一种新型并联机构工作空间边界搜索算法研究

针对传统工作空间数值搜索法搜索效率低的问题，提出了一种利用变步长天牛须算法确定机构工作空间边界的新求解算法。通过对基于变步长天牛须优化算法（BAS）的改进，制定基于距出发起点的欧氏距离和符合工作空间的复合通用目标函数，定义了天牛须速度变量、衰减系数等参数，多天牛群（MBSA）能在多维度机构边界点寻找达到其最大值，从而快速找到精确的边界点集合。以3RPR平面并联机构和空间3UPRRR并联机构为例，利用MBSA算法最优化求解得到工作空间边界集合，与极坐标搜索法相比，验证该方法的有效性、高效性。还研究了初始位置、速度以及变步长和速度衰减系数对工作空间搜索的影响，结果表明：MBAS工作空间搜索算法具有较强通用性，初始点的选择的不影响搜索结果，速度以及变步长和速度衰减系数对收敛速度有明显影响，与离散化方法相比MBAS搜索过程搜索效率高、边界点准确、通用性强。     

基于变步长天牛须搜索算法的空间直线度误差评定

为提高空间直线度评定精度,建立了空间直线度数学模型。采用变步长天牛须搜索算法对目标函数进行求解,主要包括天牛须搜索及变步长等步骤。针对原始天牛须搜索算法求解精度不高,易陷入局部最优等问题,设计变步长方法,增强算法多样性,从而充分提高计算精度。对其进行求解,并根据终止准则得到计算结果,将该寻优结果与其他方法的评定结果相比较,验证了该算法的可行性及优越性。     

3T1R并联机构的工作空间与参数优化

以3T1R并联机构作为研究对象,基于matlab软件,考虑杆长约束条件与逆解存在条件运用边界搜索法完成可达工作空间与姿态工作空间求解,通过工作空间的体积来定量的分析了机构动平台半径、静平台半径、各杆长结构参数对工作空间大小的影响,以姿态工作空间体积所占机构围成的空间体积比为目标函数,利用遗传算法求得各个参数最优值,为并联机构应用奠定了理论基础。     

基于球波法的空间并联机构的工作空间快速搜索法研究

以3T1R空间并联机构为研究对象,提出1种基于混沌映射算法原理的球波法,并通过此方法对3T1R并联机构的定姿态工作空间与可达工作空间进行求解,同时,通过球坐标搜索法求解机构的定姿态工作空间与可达工作空间。通过对比两种方法,验证了球波法算法的有效性、快速性。     

线性驱动并联机构基于有效工作空间比的尺度优化

提出了1种并联机构工作空间的几何求解及尺度优化方法。首先,借助闭环矢量法构造了线性驱动6自由度并联机构的位置逆解模型;推导得出并联机构定姿态可达工作空间的边界曲面方程,获得精确的3维可达空间;提出"有效工作空间比"概念,以刻画可达工作空间的有效尺度域;最后,在考察归纳机构关键尺度参数对有效工作空间比的影响规律的基础上,以包络已知任务空间的可达空间体积最小作为目标函数,结合有效工作空间比取值范围、驱动关节位移范围、构件干涉及尺度约束等约束条件,联合应用模拟退火+模式搜索算法进行了机构关键尺度参数的优化设计。研究成果可为并联机构的结构设计奠定必要理论基础。     

基于遗传算法3-RCR并联机器人的结构参数优化设计

确定机器人机构结构参数是并联机构优化设计的难题,因为并联机器人的机构结构参数优化属于多维,多目标和多约束条件优化问题。基于3-RCR并联机构的工作空间体积,分析了机构结构参数对工作空间体积的影响。运用坐标变换法对机构的位置反解进行求解;利用极坐标边界搜索法通过具体算例确定了机构的工作空间及其边界,以工作空间为目标利用遗传算法对机构进行了结构参数优化,获得了性能优良的结构参数,运用MATLAB软件编程得到了该并联机构的工作空间图谱。为该类并联机构的进一步研究和推广应用奠定了基础。     

基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解

针对采用牛顿或拟牛顿迭代算法求解Stewart并联机构接近奇异位姿的位置正解时存在计算结果不收敛以及采用牛顿下山迭代算法求解时间较长的问题,提出了将调整步长牛顿法应用于并联机构位置正解。首先设计基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解流程;然后,采用遗传算法以步长矩阵初值及等比参数为变量,以Stewart并联机构64种极限位姿正解所需迭代步数为目标,得到步长矩阵初值及等比参数最优值。通过数值算例,设置机构杆长绝对误差为0.01mm,对64种极限位姿进行正解,牛顿法与拟牛顿法共6种位姿正解不收敛;牛顿下山法10种位姿正解时间大于2.0ms;调整步长牛顿法正解时间均小于2.0ms。调整步长牛顿法为Stewart并联机构位置正解的实时应用提供了理论指导。     

工作空间最大化的4-RUP_aR并联机构尺度优化设计

对一种新型3T1R并联机构-4RUPaR并联机构进行工作空间分析和尺度参数优化设计。首先利用解析几何中的坐标变换理论,以机构的杆长作为约束条件,得到了运动学反解方程;然后根据运动学反解方程,建立工作空间的约束条件,通过MATLAB编程实现机构的定姿态工作空间的可视化,并通过"点集"近似表达工作空间的大小;最后采用单一变量分析法得出了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系。以工作空间最大化作为优化目标,采用差分进化算法求解该优化问题,获得了良好的机构尺度参数,使得并联机构的有效工作空间更大更健壮,也更加符合工程实用要求。     

混联贴标机构运动学分析及工作空间研究

根据成捆圆钢端面贴标的工程应用场景提出一种新型3T2R混联机构,该机构由3-RRP~(4R)R并联机构和2自由度旋转串联机构串接而成。提出运用两次蒙特卡洛法相结合的办法求解混联机构工作空间。建立混联机构运动学模型,根据并联机构的几何关系得到反解方程,并确定并联机构工作空间的约束条件,采用蒙特卡洛法得到并联机构工作空间内的点集;根据坐标变换矩阵求得串联机构运动学正解及混联机构运动学正解,并将并联机构工作空间内的点坐标代入混联机构位置正解中,采用蒙特卡洛法得到混联机构的工作空间内的点集。     

基于拟Newton法的并联机构位置正解

基于Newton法的迭代搜索算法是求解并联机构位置正解的重要数值算法,但是在其每一步的迭代过程中都需要构造机构的Jacobian矩阵。在Newton法的基础上,将拟Newton法应用于并联机构的位置正解求解,该方法用当前的函数值代替Jacobian矩阵,能够减小每一迭代步的计算量。定义机构的虚工作空间,并分析6-RUS这一类并联机构虚工作空间受限的原因及迭代搜索算法在求解这一类机构位置正解时的局限性,提出将这一类机构的位置正解等效求解的方法。进一步分析耦合型少自由度机构虚工作空间受限的原因,采用虚设机构法和改进的Jacobian矩阵使迭代搜索算法能够适用于这一类机构。数值算例表明:相比于Newton法,拟Newton法的总迭代步数并没有明显增加,但由于每一迭代步的计算量少,计算效率明显提高,为并联机构位置正解在实时场合的应用提供了一定的理论指导;等效机构法能够扩大机构的虚工作空间,增加迭代搜索算法的适用范围。     

RGRR-Ι构造混联6R机器人

新型并联双自由度转动关节(RGRR-Ⅰ)活动构件少、工作空间大,利用RGRR-Ⅰ构造混联6R机器人可以实现高刚度、大工作空间、机构紧凑等。提出混联机构的求解新方法,即建立少自由度并联机构的运动坐标参数与机构运动输入参数之间的关系,把混联机构的求解转化为各少自由度并联机构的求解和运动坐标参数之间的串联求解,降低了求解难度,可以方便地推导出位置的正解和反解。此方法对其他混联机器人的运动学分析有借鉴作用。     

8-SPU冗余机构大工作空间/杆长行程优化分析

鉴于并联机器人工作空间较小的状况,对一种等效8-SPU并联机构采用三维边界搜索法对工作空间进行了求解及优化。考虑机构杆长约束、转角约束、连杆干涉,建立逆运动学方程,搜索所有工作空间内的点,绘出了定姿态工作空间的三维边界图,然后给出了两个机构参数对工作空间的影响曲线。最后以体积比杆长行程为目标函数,采用粒子群算法优化后得到最大的函数值。得到全局最优解后,给出了优化后的工作空间三维图以及优化前后综合指标对比。优化结果表明,仅增加27.59%的连杆行程,工作空间体积增加了143.91%,优化效果较明显。     

3-PTT并联微操作机器人工作空间分析

研究了 3- PTT空间并联微操作机器人机构的工作空间 ,分析了驱动杆伸长量和运动副转角等限制因素对工作空间的影响。通过圆柱坐标数值搜索算法求得工作空间的边界和体积 ,并通过计算机仿真给出了 3- PTT空间并联微操作机器人机构工作空间的三维可视化描述。     

2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构工作空间分析与优化

根据变胞理论,提出一种新型可变转动副轴线的2-PrRS-PR(P)S并联变胞机构,通过机构两个分支转动副轴线角度的改变实现机构变胞。首先,分析得出机构两个工作构态的运动学反解;其次,分析机构各参数对不同构态工作空间的限制,采用三维扫描法求解机构两个工作构态的工作空间;最后,研究机构各参数变化对机构不同构态工作空间体积大小的影响,以工作空间体积最大化为目标,利用遗传算法和单一变量法优化机构的结构参数。     

基于改进天牛须算法的主汽温控制系统PID参数优化

为了在实时性要求高、弱计算力环境中更好应用PID规律,对天牛须算法进行改进。更改了步长衰减公式,使步长的衰减更符合算法的需求,同时加入了变异环节,在进行局部搜索时发挥作用。改进天牛须算法与原天牛须算法的测试结果表明,改进天牛须算法有更好的搜索能力;与粒子群算法、经验公式法在电厂主汽温控制系统PID参数优化中的对比表明,主汽温控制系统在改进天牛须搜索算法的优化下拥有更好的、更快的调节效果,而且优化所需时间更短。     

一种一平移两转动并联机构的运动学与工作空间分析

以1T2R并联机构为研究对象,详细论述了该并联机构机型的特点、数学模型与三维模型的建立、运动位置的正反解计算、运动仿真和结果分析四块内容。首先采用解析法建立空间位置数学模型,分析计算1T2R并联机构的位置正反解;其次,建立1T2R并联机构的虚拟样机模型,并结合ADAMS软件进行运动学位置仿真和MATLAB软件求解理论位置曲线以验证所求位置正反解的正确性;最后,利用位置正反解求解动平台的中心坐标,并利用MATLAB计算1T2R并联机构的运动空间,并进行分析。     

3-CPR并联机构的设计与工作空间优化

提出一种可以实现三维平动的新型正交三自由度并联机构3-CPR。用ADAMS建立虚拟样机对该机构进行运动学仿真实验,表明该机构具有良好的运动学性能。采用搜索法求解机构工作空间,用遗传优化算法对机构工作空间体积进行优化,得到工作空间体积取最大值时机构的尺寸参数。3-CPR并联机构用移动副作为驱动副,具有结构简单、刚度大、输出力大等优势。工作空间的优化结果对该机构在实际应用中具有重要的参考价值。     

一种新型3T1R并联机器人机构运动学分析与参数优化

基于方位特征集设计理论,提出一种动平台能实现三平移动一转动并联机器人机构.根据方位特征方程分析机构的拓扑结构特性,通过杆长约束条件建立运动学方程模型并完成正逆解分析,根据雅可比矩阵确定了发生奇异位形的运动条件.进一步研究了机构的动平台操作空间形状与转动灵活性,同时,根据单一变量法分析结构参数对操作空间的影响,建立操作空间最大化优化模型,运用搜索速度快、全局搜索能力强的天牛须搜索算法进行了尺度优化.结果表明,该机构具有较大的、几何形状规则的工作空间,转动能力强.优化后的尺寸参数为该操作手的应用设计提供了理论依据.     

对称3T1R并联机构构型设计与位置分析

基于螺旋理论,深入研究了一种适用于轻小物料高速操作的3T1R运动机构—全对称4-URU并联机构。首先应用螺旋理论对能实现3T1R运动的全对称并联机构进行型综合,列举出了支链中仅含R副的3T1R机构,考虑机构的结构复杂度、工作空间和力/运动传递性能,优选出了一种综合性能较好的4-URU并联机构,验证了优选机构的自由度特征,建立了位置正逆解数学模型,搜索求解了工作空间,结果表明该机构工作空间体积较大,各向同性度较好。     

空间3-PRR并联机构的奇异性及其在不规则曲面雕刻机中的应用

提出了一种空间3-PRR并联机构,该并联机构所有转动副的轴线均相互平行.基于螺旋理论计算得到1R2T机构具有3个自由度.用闭环矢量法求得并联机构的运动反解,基于运动反解求出了机构的Jacobian矩阵,并利用矩阵获得了该机构的两种奇异位形.由给定参数和约束条件,采用工作空间搜索法求得动平台的可达工作空间,给出了并联机构...