申请/专利权人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

申请日：2022-08-12

公开（公告）日：2024-04-23

公开（公告）号：CN115292845B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G16C60/00;G06N3/04;G06N3/092;G06F111/04;G06F111/06;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.23#授权;2022.11.22#实质审查的生效;2022.11.04#公开

摘要：本发明涉及机械结构优化领域，具体涉及一种基于多目标优化的圆弧型柔性球铰设计方法及装置。该方法及装置包括：计算柔性铰链的结构参数，并根据参数初值进行结构建模，获得理论模型；通过改变设计参数，并利用有限元方法计算不同结构参数下的有限元模型，根据不同结构参数下的有限元模型得出柔度矩阵；设计神经网络模型，以不同设计参数为神经网络模型输入，以不同柔度矩阵为神经网络模型输出；利用设计得到的神经网络模型对理论模型进行修正，获得理论优化模型；基于理论优化模型，根据实际的设计需求得出约束条件。本发明解决了现有技术中圆弧形柔性球铰的参数优化设计问题。

主权项：1.一种基于多目标优化的圆弧型柔性球铰设计方法，其特征在于，包括以下步骤：根据具体设计要求对柔性铰链设计参数初值；计算柔性铰链的结构参数，并根据参数初值进行结构建模，获得理论模型；通过改变设计参数，并利用有限元方法计算不同结构参数下的有限元模型，根据不同结构参数下的有限元模型得出柔度矩阵；设计神经网络模型，以不同设计参数为神经网络模型输入，以不同柔度矩阵为神经网络模型输出；利用设计得到的神经网络模型对理论模型进行修正，获得理论优化模型；基于理论优化模型，根据实际的设计需求得出约束条件；所述根据具体设计要求对柔性铰链设计参数初值包括：设计参数为最小截面直径t，圆弧圆心角θm，圆弧半径R，以及柔性铰链整体长度的偏转角θ，输入参数用矩阵表示为X＝[tθmRθ]，设定好柔性铰链的材料属性，分别为柔性铰链的材料密度ρ单位kgm3，柔性铰链的弹性模量E单位为MPa以及材料的剪切模型G单位为MPa，设定实际需要的目标条件；所述计算柔性铰链的结构参数，并根据参数初值进行结构建模，获得理论模型包括：计算柔性铰链的长度信息，柔性铰链厚度表示为tx＝t+2R1-cosθ，θ∈[-θm，θm]，柔性铰链的总长度表示为L＝2Rsinθm+2tx，柔性铰链柔性部分长度表示为l＝2Rsinθm，最后利用UG软件对参数初始值进行结构建模；所述基于理论优化模型，根据实际的设计需求得出约束条件包括：对柔性铰链转动能力设计，转动能力定义为y方向单位转矩作用下绕y轴的转角θt，θt越大表明铰链转动范围越大；θt＝C1，由柔性铰链的设计规则可知柔性铰链需要较强的转动能力所以C1应保持尽可能大；相对柔度设计，引入相对刚度的概念，很显然当ρ越大时，结构越稳定； 优化目标为maxC1maxC2minC3；根据实际情况对参数X＝[tθmRθ]最大值和最小值进行约束，对结构尺寸的数值进行约束。

全文数据：

权利要求：

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