3-PRPS并联机器人机构参数优化研究

基于机构的雅可比矩阵条件数,考虑其波动的基础上对并联机构的全域性能指标进行分析,建立了以全局条件数的平均值与波动值的综合值为目标函数的优化模型;并以3-PRPS并联机器人机构为研究对象,根据该机构的结构特点在已知位置反解基础上利用旋量法建立雅可比矩阵;同时在给定约束条件的基础上运用matlab进行数值计算,得到机构全局雅可比矩阵条件数的平均值和优化目标函数值的曲线图,从而优化出最佳参数值,最后对所得结果进行了分析验证。     

混合人工蜂群算法在并联机构尺度优化中的应用

以4-RUPaR并联机构为研究对象,以机构杆长为约束条件,利用解析几何中的坐标变换理论,得到其运动学反解模型,根据该模型,利用所有满足约束条件的"点集"描述并联机构定姿态工作空间大小。建立以并联机构驱动连杆长度、执行连杆长度和动平台尺寸为设计变量,以工作空间最大化作为优化目标的尺度优化模型。在求解多维优化问题时,为提高算法的搜索效率及解的质量,文中将差分进化(Differential Evolution, DE)算法融入人工蜂群(Artificial Bee Colony,ABC)算法,提出一种混合人工蜂群(Hybrid Artificial Bee Colony,HABC)算法,以增强算法的全局优化能力。应用HABC算法求解并联机构尺度优化设计,获得了较好的优化效果。     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

新型并联机构设计方法

研究了一种三自由度并联机构的优化设计方法。首先根据机构的运动特性和结构特点将机构简化为一简单的等效机构,接着给出了考虑了铰链约束的工作空间解析式,其次通过分析得到了灵活度最优解析式,最后提出了一种满足工作空间要求,同时使得灵活度较优和结构参数较小的并联机构优化设计方法。     

约束机构在柔索并联机器人设计中的应用

柔索并联机构是一类新型的机构 ,具有一些优于其他机构的特点 ,但因柔索特性的限制 ,可实现的运动形式较少。本文通过增加约束机构对运动平台运动进行限制 ,扩大了柔索并联机构的应用范围。文章提出约束机构的概念 ,讨论了约束机构的种类 ,并进行奇异位形的分析。     

Delta并联机构动力学性能优化

将凯恩方程用于Delta并联机构动力学建模,使得机构运动方程由形式简单的广义主动力和广义惯性力表示。以关节驱动力矩在整个编程空间的最大值,作为量化机构动态性能的全局性能指标,同时将机构对编程空间的要求处理成对结构参数的约束,基于性能指标实现了机构的动力学性能优化设计,兼顾了机构对编程空间及动力学性能两方面的要求。将机构性能指标看作结构参数的多元函数,借助灵敏度量化性能指标随结构参数变化的方向和幅度,以避免求优过程的盲目性。性能指标对参数扰动不敏感,有利于机构长期保持其优良的原始性能。     

并联机器人机构加速度的性能指标分析

给出了统一的对任何少自由度并联机器人机构和并联多环非对称机构都适用的速度和加速度的性能指标、线加速度和角加速度的性能指标、六自由度并联机器人机构的加速度性能指标、线加速度和角加速度的性能指标；少自由度并联机器人机构和并联多环非对称机构都适用的全条件性能指标；六自由度并联机器人机构和少自由度并联机器人机构及并联多环非对称机构都适用的控制精度度量指标。     

基于主成分分析方法的并联机构参数优化

以DELTA并联机构为研究对象,求解该机构的全域条件数、全域各向同性系数、全域最小奇异值指标数据,建立多维全域性能指标数据。基于主成分分析(PCA)法,对上述多维全域性能指标数据进行降维、有效融合,去除指标间的冗余信息,减小目标函数对权重系数的人为依赖性,从而确定目标函数。通过对不同结构参数样本进行PCA分析,选出基于综合全域性能最优的结构尺寸。将PCA优化结果与各性能指标值分布图进行比较分析,最优和最差样本均与各性能指标分布图的最优和最差性能区域相对应,从而验证PCA方法在并联机构参数优化时的有效性。研究结果为多目标下并联机构的优化提供了一种新思路。     

基于遗传算法的平面并联机构运动学设计

针对平面并联五杆机构提出了基于总体灵活度的运动学设计方法。该方法将运动学设计问题归结为全局运动性能指标最大为目标的单目标有约束优化设计问题，并采用遗传算法搜索到一个最优解，将其与采用随机方向法所得到的解进行比较，结果表明遗传算法具有明显的优点。     

黎曼几何在并联机构动力学中的应用

介绍了采用黎曼几何的方法描述并联机构的动力学问题,推导出了一种十分简的动务学方程,黎曼几何的引入有助于我们对并联机构的动力学进行深入研究。     

六西格玛方法优化设计微混控制器

用六西格玛设计方法(DFSS,Design For Six Sigma)对微混系统中的微混控制器(即电力电子模块)进行优化设计,以满足在成本、散热及外形尺寸等方面的要求。运用六西格玛方法论的系统化的工作流程和相应工具,对微混控制器的设计通过需求分析、因子筛选、建模、仿真、数模分析等步骤,最后得出最优化设计。该方法适用于复杂系统的前期设计开发阶段,有助于稳健设计、减少开发成本。     

基于Kriging模型的并联机器人机构的多目标优化设计

为了提高并联机器人机构的性能特性,对机构参数进行优化设计分析,以达到性能指标最优的目的。先对应用于盾构拼装机的并联机构进行了运动学分析,利用封闭矢量法建立了逆解方程,并在此基础上求解了表征驱动关节输入和动平台输出映射关系的雅可比矩阵。引入衡量并联机构性能的全域运动灵巧度和全域承载能力指标,并以结构参数为设计变量,性能指标为优化目标,基于Krigring近似模型,利用多岛遗传算法对并联机构进行多目标优化,最终得到Pareto解集,并选取了机构参数的最优解。结果表明,基于Kriging模型的多目标优化对机构性能有明显的改善。     

高速并联机械手PTP动作优化设计

高速并联机械手轨迹规划的目标为在给定位移与最大加速度的前提下,优化其末端执行器的运动轨迹,使得其运行时间和机械振动趋于最小。本文介绍了一种修正梯形的运动规律,并针对机械手PTP操作的典型工况作柔性路径优化,确定出了一种适合高速并联轻型机械手快速高精度PTP操作的最佳运动轨迹。     

六自由度并联柔性机构设计分析与优化

从自由度和约束角度进行机构设计与分析的螺旋理论,是柔性机构设计的重要方法之一。基于螺旋理论设计了一种六自由度的全柔性微动平台,并利用有限元分析软件对其进行相应的位移、应力和模态分析。通过平台的有限元分析,获取影响平台的主要结构参数,并将其作为柔性铰链的优化设计参数,为新型多自由度柔性机构的设计提供借鉴。     

基于虚拟样机技术的6-SPS并联机器人的优化设计

应用UG建立6-SPS并联机器人三维模型,通过parasolid接口导入到ADAMS软件中进行仿真,把6个杆长参数设为优化设计变量,探索当参数变化时对结构性能的影响,每一个参数在进行仿真时,采取试验次数为5的优化,得到同一参数下不同试验的值,最终从每一组仿真的数值中选取最大值作为最优值.     

可缠绕式混合驱动柔索并联机器人可靠性分析

根据可缠绕式混合驱动柔索并联机器人的机构组成及工作原理,将失效模式与影响分析法(FMEA)和引入模糊集理论的故障树分析法(FTA)应用到该机器人系统的可靠性研究中,分析了机器人各子系统中零部件所有可能的故障模式、故障原因以及故障模式对系统的影响,找出了系统中潜在的薄弱环节和关键的零部件,通过理论计算可以得到机器人系统的故障隶属函数表及总体失效概率,结果显示机器人控制子系统对系统可靠性影响要大于机器人本体子系统和机器人动力子系统。研究结果对提高可缠绕式混合驱动柔索并联机器人系统可靠性有一定的指导意义。     

基于遗传算法的并联微动机器人的机构优化设计

建立了3-RUU并联微动机器人机构的伪刚体数学模型，并给出了速度雅可比矩阵和误差映射矩阵；分析了机构尺寸对机构操作性、精度性能的影响，在此基础上应用遗传算法对机构尺寸参数进行综合优化，并对优化结果进行仿真。优化结果与尺寸型法选择的初选值的仿真对比表明：采用遗传算法实现并联机构的多目标优化设计是适宜可行的。     

整体式平面两自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化设计

基于平面两自由度并联机构微分运动学矢量连续映射关系,建立整体式平面两自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化模型-各向同性材料插值模型(SIMP模型),运用优化准则(OC)算法对所建模型进行求解,并采用Heaviside过滤技术处理优化过程中棋盘格和网格依赖问题。基于曲线拟合方法对优化后整体构型轮廓进行拟合,在Solid Works软件中建立其三维模型,进而应用有限元软件对其进行静力学仿真分析与对比。结果表明:以微分运动学矢量连续映射关系为拓扑优化设计条件,所得出的平面两自由度全柔顺并联机构与传统同构型并联机构具有相同的微分运动特性。     

整体式平面三自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化设计

基于平面三自由度全柔顺并联机构与传统并联机构的微分运动学矢量连续映射关系,建立整体式平面三自由度全柔顺并联机构构型拓扑优化模型-固体各向同性材料插值(Solid isotropic material with penalization,SIMP)模型,运用优化准则(Optimization criterion,OC)算法对所建立模型求解,采用Heaviside过滤技术处理优化过程中棋盘格和网格依赖问题。基于曲线拟合方法对优化后整体构型轮廓进行拟合,在Solid Works软件中建立其三维模型,进而应用有限元软件进行静力学仿真分析与对比,结果表明:以微分运动学矢量连续映射关系为拓扑优化设计条件,所得出的平面三自由度全柔顺并联机构与传统并联机构具有相同的微分运动特性,定性验证了基于拓扑方法对平面全柔顺并联机构设计的有效性。