42、柔顺机构设计案例与太空机器人的设计测试

柔顺机构设计案例与太空机器人的设计测试

1. 柔顺机构设计案例

1.1 直线运动减速器

• 设计任务 ：为重型平台的高精度可调铰链设计一种弹性柔顺机构，即运动减速器/力放大器。这是准静态运行模式下具有给定减速比的柔顺机构的典型示例。
• 初始方案 ：最初考虑采用刚性臂和弹性关节的设计（如图2a）。但通过Comsol Multiphysics中的有限元分析（FEM）计算表明，机械应力主要集中在关节处，且超过了允许值。
• 最终方案 ：最终采用分布式柔顺设计，即图2b所示的双臂结构。整个定位机构固定在试验台上进行实验测量的最终配置如图3a所示。在专业计量实验室进行了实验，对定位机构施加0、300、600 kg的不同质量负载，并测量质量体的位置，结果证实可达到约$10^{-4}$ mm的定位精度（如图3b）。

1.2 快速移动设备的两自由度直线运动机构

• 设计任务 ：设计用于X - Y微定位工作台的平面机构，该机构的位移范围为±0.5 mm，频率高达每秒100个运动周期，外部尺寸约为20×20 mm，由PZT执行器驱动。
• 设计考虑因素 ：考虑到以往的研究，需要在整个运动范围内确保对称性和最小的交叉偏转效应。
• 方案模拟与选择 ：对三种不同的变体进行了模拟，结果如下表所示。最终选择了最佳配置（c），并对所选变体进行了弯曲分析和运动模