الگوريتم جديد اصلاح مرز سازه در طراحي بهينه‌ چندهدفه توپولوژي يك ميكروگريپر

A new optimal structural boundary modification algorithm in the multi-objective topology optimization of microgripper

در صنايعي كه عمليات ساخت و مونتاژ بايد با دقت بالا و در ابعاد ميكرو صورت ‌گيرد، انتقال و جابجايي كنترل‌شده و دقيق قطعات در ابعاد ميكرو به شدت مورد نياز است. براي اين منظور از مكانيزم‌هاي يكپارچه ميكروگريپر استفاده مي‌گردد. در اين مقاله با استفاده از روش بهينه‌سازي توپولوژي چندهدفه، ميكروگريپري با مكانيزم يكپارچه طراحي گرديده است. معمولا سازه‌هاي استخراج‌شده با استفاده از تكنيك‌هاي بهينه‌سازي در طراحي توپولوژي سازه‌ها، داراي اشكالاتي هستند. از جمله اتصالات گره با گره به جاي اتصال صحيح المان‌‌ها و همچنين وجود مرزهاي پلكاني به دليل تحليل مسئله به صورت المان محدود. از اين رو در اين مقاله با استفاده از يك الگوريتم جديد اصلاح مرز سازه، شكل نهايي مكانيزم به گونه‌اي استخراج مي‌گردد كه براي ساخت نهايي آماده گردد. براي اين منظور از روش برازش منحني استفاده شده است تا از طريق كمينه‌نمودن مجموع خطاي مربعات، پروفيل مرز سازه اصلاح گردد، به گونه‌اي كه سازه پس از اصلاح مرز از حالت بهينه خارج نشده و حتي توابع هدف مورد استفاده در طراحي ميكروگريپر، بهبود داده ‌شوند. در انتها با مقايسه نتايج حاصل از شبيه‌سازي‌هاي عددي و تست‌هاي تجربي و آزمايشگاهي، عملكرد سازه ميكروگريپر مورد بررسي قرار گرفته و انطباق مناسبي بين نتايج مشاهده شده است.

In industries where manufacturing and assembly operations are to be carried out with a high degree of precision on a micro scale, precise control and movement of components on a micro scale are desperately needed. Integrated microgripper mechanisms are used for this purpose. In this paper, a compliant-based microgripper is designed using multi-objective topology optimization method and the final form of the mechanism is prepared for manufacturing using a new optimal structural boundary modification algorithm. Usually, the optimization faces some problems in the designing step of the structure topology, such as node to node joining rather than the correct joining of the elements, as well as staircase boundaries due to the analysis of the problem with the finite element method. To overcome these drawbacks, in this paper, the curve fitting method is used to minimize the sum of squared errors in the boundary profile of the structure; meanwhile, the optimized objective functions of the structure are improved and better results are obtained. Finally, the performance results of the microgripper are confirmed using the comparison between numerical simulations and empirical tests.