(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111537304.8 (22)申请日 2021.12.15 (71)申请人 江西理工大 学 地址 342399 江西省赣州市红旗大道86号 (72)发明人 汪启亮　魏健鸣　龙益平　夏世甜　 胡俊峰　 (74)专利代理 机构 深圳紫辰知识产权代理有限 公司 44602 代理人 万鹏 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 柔顺放大机构拓扑优化方法、 装置、 设备和 存储介质 (57)摘要 本申请提出一种柔顺放大机构拓扑优化方 法、 装置、 设备和存储介质， 该方法包括： 根据输 入参数集合构建对应的待优化柔顺放大机构模 型； 确定待优化柔顺放大机构 模型的设计区域和 非设计区域； 将设计区域离散成第一数量的第一 单元， 将非设计区域离散成第二数量的第二单 元； 采用优化准则算法以增大放大位移和减小寄 生位移为目标对待优化柔顺放大机构模型的待 优化单元的相对密度进行迭代优化， 得到满足收 敛条件的目标柔顺放大机构 模型， 待优化单元包 括第一单元， 收敛条件包括使相对寄生位移小于 设定阈值， 相对寄生位移为输出端的寄生位移与 放大位移的比值的绝对值。 本申请通过优化设计 区域的单元的相对密度来达到增大放大位移减 小寄生位移的目的。 权利要求书3页 说明书13页 附图7页 CN 114357641 A 2022.04.15 CN 114357641 A 1.一种柔 顺放大机构拓扑优化方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 根据输入参数集 合构建对应的待优化 柔顺放大机构模型； 确定所述待优化 柔顺放大机构模型的设计区域和非设计区域； 将所述设计区域离散成第 一数量的第 一单元， 将所述非设计区域离散成第 二数量的第 二单元； 采用优化准则算法 以增大放大位移和减小寄生位移为目标对所述待优化柔顺放大机 构模型的待优化单元的相对密度进行迭代优化， 得到满足收敛条件的目标柔顺放大机构模 型， 其中， 所述待优化单元包括所述第一单元， 所述收敛条件包括使 所述相对寄生位移小于 设定阈值， 所述相对寄生位移为所述待优化放大机构模型输出端的寄生位移与放大位移的 比值的绝对值。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述根据输入参数集合构建对应的待优化 柔顺放大机构模型， 包括： 根据所述输入参数集合确定待优化柔顺放大机构模型的固定端、 输入端和输出端， 在 所述输入端设置第一虚拟弹簧， 向所述输入端施加输入载荷， 在所述输出端设置第二虚拟 弹簧， 向所述输出端施加虚拟载荷； 所述确定所述待优化 柔顺放大机构模型的设计区域和非设计区域， 包括： 确定所述待优化柔顺放大机构模型的设计区域为所述待优化柔顺放大机构模型的固 定端与输入端之间的矩形区域， 确定所述非设计区域为所述待优化柔顺放大机构模型的输 入端和输出端之间的直梁。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 所述采用优化准则算法以增大放大位移和 减小寄生位移为目标对所述待优化柔顺放大机构模型的待优化单元的相对密度进行迭代 优化， 得到满足收敛 条件的目标柔 顺放大机构模型， 包括： 以所述相对寄生位移小于设定阈值为收敛条件， 以增大所述放大位移和减小所述寄生 位移为目标构建目标函数， 以体积比不超过体积比阈值为约束条件， 以所述待优化单元 的 相对密度为待优化模型参数构建柔顺放大机构模型 的数学模型， 其中， 所述体积比由所述 待优化单 元的相对密度确定； 从所述输入参数集合中获取所述待优化单元的相对密度的初始相对密度值作为初始 迭代优化节点所述待优化模型参数的取值； 通过所述数学模型对所述待优化单元的相对密度进行迭代优化， 得到满足收敛条件的 目标柔顺放大机构模型。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特征在于， 所述通过所述数学模型对所述待优化单元 的相对密度进行迭代优化， 得到满足收敛 条件的目标柔 顺放大机构模型， 包括： 通过所述数学模型循环执行迭代优化步骤， 以对所述待优化单元的相对密度进行迭代 优化， 直至满足所述收敛 条件； 其中， 所述迭代优化 步骤包括： 获取当前迭代优化节点所述待优化模型参数的取值作为 候选密度值； 通过所述数学模型和所述候选密度值计算得到在所述当前迭代优化节点输出端的放 大位移和寄生 位移； 根据在所述当前迭代优化节点输出端的放大位移和寄生位移判断所述当前迭代优化权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114357641 A 2节点的待优化 柔顺放大机构模型 是否满足所述收敛 条件； 若不满足所述收敛条件， 则根据所述当前迭代优化节点的候选密度值和目标函数计算 每个所述待优化单 元对应的灵敏度； 根据所述数学模型的约束条件、 所述灵敏度以及当前迭代优化节点的候选密度值更新 所述待优化模型参数的取值， 得到下一迭代优化节点的候选密度值。 5.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 所述目标函数包括： 其中， 所述 为输出端产生的放大位移， 为输出端产生的寄生位移， ω为权重系 数； 所述收敛 条件包括： 所述约束条件 包括： 0≤xmin≤xi≤1， (i＝1， 2， 3， . ..， n) 其中， find： X＝{x1， x2， ...， xn}T∈Rn， X为待优化单元的相对密度的取值的集合， xi为第 i个待优化单元的相对密度的取值， g(x)为约 束函数， g(x)为体积比； vi为第i个待优化单元 的体积， V0为初始设计 域体积， V*为体积比阈值， n为待优化 单元的总个数， xmin为最小相对密 度； s.t.： Ku＝Fin Kux＝Fx Kuy＝Fy 其中， K为全局刚度矩阵， u为输入载荷 Fin作用下产生的位移场， ux为输出端的第一虚拟 载荷Fx作用下的位移场， uy为输出端的第二虚拟载荷Fy作用下的位移场， 所述全局刚度 矩阵 K由所述第一单元和 第二单元的相对密度以及所述第一虚拟弹簧所对应的第一弹簧刚度和 第二虚拟弹簧所对应的第二弹簧刚度确定； 目标函数的灵敏度为： 约束函数的灵敏度为： 其中， k0为对应的待优化单 元的单元刚度矩阵， p为 惩罚因子 。 6.根据权利要求1所述的方法， 其特 征在于， 所述方法还 包括： 输出至少一种目标柔顺放大机构模型所对应的柔顺放大机构结果图形， 其中， 每种所权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114357641 A 3