[发明专利]一种微位移放大柔顺机构的构建方法及系统

说明书

本发明公开了一种微位移放大柔顺机构的构建方法及系统，方法包括：确定柔顺放大机构的初始设计区域和安装方式；对初始设计区域进行离散处理，得到离散设计区域；根据柔顺放大机构的安装方式，对柔顺机构施加边界载荷和约束；根据柔顺放大机构的待位移大小和当前位移机构的最大位移大小，确定柔顺放大机构的增益倍数；根据柔顺放大机构的增益倍数，创建优化模型；采用优化准则算法对优化模型进行求解，得到柔顺放大机构模型；对柔顺放大机构模型进行几何重构，得到三维模型。本发明可以在当前位移机构的基础上，精确得到所需增益系数的柔顺放大机构，节省了购置设备的成本，可广泛应用于微纳操作技术领域。

技术领域

本发明涉及微纳操作技术领域，尤其是一种微位移放大柔顺机构的构建方法及系统。

背景技术

在微纳操作领域，小位移运动机构已经得到了广泛应用，针对不同的使用场合，所要求机构运动位移也不尽相同，对于小型科研机构或个人研究者而言，当产生不同的位移要求时，如果花费大额购置费用去拥有一套能够满足精确位移要求的定位装置，资金压力较大；而想要更换一套定位机构也很难快速实现。因此，在已有精密定位机构的背景下，设计出一种能够实现给定位移需求的机构显得尤为重要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种成本低且精确度高的，微位移放大柔顺机构的构建方法及系统。

本发明一方面所采取的技术方案为：

一种微位移放大柔顺机构的构建方法，包括以下步骤：

根据柔顺放大机构的工作空间大小和待位移放大尺寸，确定柔顺放大机构的初始设计区域和安装方式；

采用有限单元法对初始设计区域进行离散处理，得到离散设计区域；

根据柔顺放大机构的安装方式，对柔顺机构施加边界载荷和约束；

根据柔顺放大机构的待位移大小和当前位移机构的最大位移大小，确定柔顺放大机构在工作过程中所需要的增益倍数；

根据柔顺放大机构的增益倍数，创建优化模型；

采用优化准则算法对优化模型进行求解，得到满足增益倍数要求的柔顺放大机构模型；

对柔顺放大机构模型进行几何重构，得到三维模型。

进一步，所述根据柔顺放大机构的工作空间大小和待位移放大尺寸，确定柔顺放大机构的初始设计区域和安装方式这一步骤，包括以下步骤：

根据柔顺放大机构的工作空间大小，确定柔顺放大机构的初始设计区域；

为当前位移机构分配安装底座；

根据当前位移机构和安装底座，确定柔顺放大机构的安装方式。

进一步，所述采用有限单元法对初始设计区域进行离散处理，得到离散设计区域这一步骤，包括以下步骤：

采用有限单元法将初始设计区域划分为若干个单元；

对划分得到的若干个单元进行离散处理，得到可优化区域和不可优化区域；

其中，所述可优化区域和不可优化区域均由有限个单元组成。

进一步，所述根据柔顺放大机构的安装方式，对柔顺机构施加边界载荷和约束这一步骤中，所述约束为螺栓约束。

进一步，所述对柔顺机构施加约束这一步骤，其具体为：

建立柔顺放大机构与当前位移机构的安装底座之间的螺栓连接。

本发明另一方面所采取的技术方案是：

一种微位移放大柔顺机构的构建系统，包括：