五自由度并联机器人机构运动性能优化研究

围绕一种5自由度的4UPS-UPU并联机构,建立其运动学模型及雅克比矩阵,考虑机构在运动空间内的运动学性能,引入全域条件指标和全域梯度指标作为运动灵巧度的评价指标,并采用柱坐标边界极限搜索法求解工作空间,建立全域指标的数学模型;基于多学科设计优化软件Modefrontier对机构进行了多目标优化研究,采用实验设计和粒子群优化算法对机构进行了优化,求得Pareto最优解。通过优化前后结果比较,机构运动性能得到增强,为并联机构多目标优化设计提供参考。     

基于遗传算法的3-DOF并联机床机构的结构参数优化

建立了3-P-(2U-2S)并联机床机构的反解方程,求解得到机床的工作空间。通过雅克比矩阵条件数的计算,得到并联机床机构的运动特性条件指标。以工作空间与全局条件指标(GCI)作为评价指标,应用BP网络算法和遗传算法对机床机构尺寸参数半径R与杆长L进行了综合优化。结果表明优化后的综合性能得到了提高。     

基于遗传算法的六连杆机构尺寸优化设计

为了使压力机具有更好的性能,需要对主传动机构进行尺寸优化设计。构建了一套完整的六连杆传动机构综合优化设计模型,首先建立了运动学与动力学模型,针对机构的运动稳定性、传力性能、位置精度及增力特性4方面进行分析,以滑块速度波动、压力角、侧向力和机构的机械增益为优化性能指标,通过统一量纲和线性加权的方式构造出反映综合性能的多目标优化函数,引入几何、位置以及行程约束,并添加压力机的工作空间和杆件不干涉等约束条件,采用遗传算法完成了多目标优化设计。结果显示：优化后的传动机构在工作阶段的速度波动降低了20.71%,最大侧向力降低了9.34%,最大压力角降低了9.16%,最大机械增益降低了5.52%,有效地提升了压力机的综合锻压性能。     

新型三平移2PPPa并联机构运动学分析与优化设计

以空间三平移并联机构作为研究对象,根据方位特征集设计理论和方法,设计一种运动解耦、结构对称、运动副简单、工作空间大的空间纯移动并联机器人机构,通过拓扑结构特性分析证明机构具有空间三维移动的运动特性,并建立运动学方程模型,推导得到运动学正逆解以及雅克比矩阵;在此基础上分析机构奇异性、操作空间、灵巧度等性能指标,以工作空间最大化的实际需求作为数学优化模型,选择萤火虫算法进行优化设计,通过优化后的结构参数尺寸进行算例分析。结果表明:优化后的工作空间性能得到显著改善,工作空间体积较优化前增加12%,优化后的参数为机构的应用设计和控制提供参考。     

一种平面二自由度并联机器人承载能力分析

以一种可实现末端运动平台平动且具有较小运动惯量的平面二自由度并联机器人机构为研究对象,分析其承载能力性能。与传统的分析和优化设计方法不同,综合考虑机器人机构的几何尺寸和运动变量的变化范围,作为机器人机构的运动学参数,利用空间模型理论,建立了机器人机构的设计空间。在设计空间内计算机器人机构的承载能力性能指标并绘制了相应的承载能力性能图谱,并探讨了机构承载能力性能指标与运动学参数之间的关系。这些图谱为设计者评价该机器人机构的承载能力性能和选择优化的运动学参数提供了帮助。提出的新方法也为以移动副为驱动的平面并联机器人分析与优化设计提供了一种有效的新途径。     

一种平面二自由度并联机器人承载能力分析（英文）

以一种可实现末端运动平台平动且具有较小运动惯量的平面二自由度并联机器人机构为研究对象,分析其承载能力性能。与传统的分析和优化设计方法不同,综合考虑机器人机构的几何尺寸和运动变量的变化范围,作为机器人机构的运动学参数,利用空间模型理论,建立了机器人机构的设计空间。在设计空间内计算机器人机构的承载能力性能指标并绘制了相应的承载能力性能图谱,并探讨了机构承载能力性能指标与运动学参数之间的关系。这些图谱为设计者评价该机器人机构的承载能力性能和选择优化的运动学参数提供了帮助。提出的新方法也为以移动副为驱动的平面并联机器人分析与优化设计提供了一种有效的新途径。     

3-R2H2S并联机器人运动学和动力学性能分析

本文提出了一种含可预紧虎克铰铰链的新型3-R2H2S并联机器人。在其结构简化和一阶影响系数矩阵分析的基础上,将二阶影响系数矩阵引入全域性能指标中。通过设置不同的结构参数,对3-R2H2S并联机构进行速度和惯性力指标分析,讨论了在可达工作空间内机构尺寸变化对机构性能的影响,并绘制相关指标的等高线性能图谱,得到了机构性能的最优组合。该方法为该类型机器人结构优化设计和机构性能分析提供了理论依据。      

平面2自由度并联平动机器人理论工作空间分析

以一种平面2自由度并联平动机器人为研究对象,对该机器人机构尺寸进行量纲一化,建立反映机构几何参数变化范围的设计空间模型;分别讨论该机器人机构理论工作空间的形状及大小与尺寸参数之间的关系,并绘制工作空间面积与尺寸关系的性能图谱,该图谱是该机器人机构设计的重要参考依据.     

磁悬浮主轴——转子系统LQR控制优化研究

为提高磁悬浮主轴—转子系统运行状态的控制性能,从非线性角度对电主轴上主动磁力轴承—转子系统的动力学特性进行了研究。在考虑转子偏心造成的不平衡力周期性影响的情况下,建立了2自由度的磁悬浮主轴—转子动力学模型。通过模型简化与线性化近似处理构建系统状态空间模型,选择LQR控制器作为系统全状态反馈控制方法,设计出多种群遗传算法来实现对加权矩阵的优化设计,很大程度上解决了标准遗传算法未成熟收敛问题,增强了遗传算法全局搜索能力。在Simulink中的仿真实验结果表明:该算法收敛至最优值速度更快,响应时间较标准遗传算法减少58%,同时LQR控制系统具有更好的动态稳定性。     

基于遗传算法的气压传动系统优化设计的改进研究

利用遗传算法对气压传动系统进行优化设计是一种新型的优化设计方法。但应用标准遗传算法使整个优化过程计算量大，计算时间长；且优化过程中有时会出现系统参数不匹配的情况。因此，本文采用以最优遗传算法参数代替原有参数、用聚类算法减少适应度计算量及预优化三种方法对算法进行了改进，结果证明改进后的算法运行速度明显快于原算法，并且优化结果更加合理。     

考虑位姿变换的钻铆工业机器人刚度寻优

针对航空航天飞机蒙皮壁板等大尺度构件自动钻铆加工中工业机器人刚度较低、加工精度差的问题,以KUKA KR600 R2830型工业机器人为例,通过调整工业机器人加工位姿的方式进行刚度优化。建立所选型号工业机器人运动学模型,在此基础上建立刚度模型并通过刚度辨识实验求解工业机器人各关节刚度;采用蒙特卡洛法绘制工业机器人作业空间并结合刚度性能评价指标在工作空间基础上绘制刚度云图,表征机器人刚度性能分布;结合参数优化后的模拟退火算法求解机械臂刚度最优位姿及当前位姿下的关节角;最后利用仿真及实验进行验证,证明刚度最大位姿的有效性。此方法可为高精重载工业机器人的加工稳定性研究提供思路和指导,提升6R工业机器人钻铆质量。     

低耦合度PRPaR-2CPR并联机器人机构设计与运动学分析

提出一种支链含平行四边形结构的新型PRPaR-2CPR并联机器人机构，机构由1条PRPaR支链和2条CPR支链构成，具有结构简单、耦合度低、刚度高特点。基于方位特征(POC)方程的并联机构拓扑设计理论和方法，对自由度和运动性质进行分析计算，利用杆长约束条件建立运动学方程，计算得到逆解表达式，同时得到正解数值解。另外，根据雅克比矩阵分析出奇位性存在条件，通过位置逆解表达式，运用极限边界搜索法分别得到工作空间和运动灵巧度性能图谱，绘制相应性能图谱加以分析，期望在有限的操作空间范围内获得更好的运动灵活性性能。以任务工作空间内的全局灵巧度作为优化目标，选择遗传优化算法进行结构参数的优化设计。优化后的任务工作空间内灵巧度性能得到极大的改善，使此并联机构运动性能得到改善。     

具有符号式位置正解的2T1R并联机构的运动学分析与尺度综合

基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法,设计一种零耦合度且具有符号式位置正解的两平移一转动并联机器人机构,分析计算机构的方位特征集、自由度以及耦合度等拓扑特性。利用机构支链运动副布置的特点建立运动学方程,计算出正运动学和逆运动学的位置解析式,通过一组算例验证计算结果可靠性。研究机构的奇异性并给出正解奇异和逆解奇异的产生条件。分析机构的工作空间,以给定的工作空间作为约束条件,建立实际工作空间最小化的优化目标,选择天牛群优化算法优化得到满足给定的工作空间且使实际工作空间最小的设计结构参数最优解。结果表明：机构具有符号式的位置正解,且工作空间形状规则,呈对称分布、边界光滑。     

8-SPU并联机器人工作空间分析及参数优化

并联机器人工作空间是评价并联机构工作能力的重要指标,而结构参数是影响工作空间的基本因素。通过圆弧相交法求定姿态的工作空间,得到其截面形状,利用梯形积分法计算出工作空间体积。以工作空间体积为目标函数,通过遗传算法对机构的结构参数进行优化,获得了性能优良的结构参数。利用MATLAB软件编程得到了该并联机构的工作空间图,可以更直观观察工作空间的变化,为该并联机构性能的进一步研究和推广应用奠定了基础。     

3-PSR并联机构运动学和动力学分析

建立3-PSR并联机构的约束方程,求解3-PSR并联机构的运动学正逆解.在此基础上,求解3-PSR机构的速度雅可比矩阵以进行动力学分析.采用凯恩法建立动力学模型,以动平台位姿为参数,对机构各构件进行受力分析,并转化为3个驱动滑块的等效驱动力.通过对比MATLAB和ADAMS仿真结果,总结了该机构的基本动力学性能.研究结...     

混合动力机器人加工动力学模型及优化设计研究

针对加工用混合动力机器人结构，提出混合机器人动力学模型和优化设计方法。建立混合机器人的动力学模型，综合考虑了机器人工作空间/机器体积比、横向刚度和低阶模态3个性能指标，分析设计变量对性能指标的影响。在此基础上制定机器人内部并联机构的设计问题和综合设计策略，对机器人的结构进行优化。通过搭建多自由度混合机器人加工实验平台，结果表明所设计的混合机器人在较大的工作空间内具有良好的静态和动态特性，验证了所提模型的合理性。     

新型6-SPS三维平台并联机床工作空间研究

工作空间是并联机床的重要性能指标。研究了一种以 6 -SPS并联三维平台机构为原形的新型 6自由度并联机床的工作空间 ,基于位置反解方程并考虑其结构约束条件 ,求出其定位姿工作空间任意截面的轮廓图 ,分析了机床结构参数对工作空间大小的影响 ,这对该并联机床的合理设计和使用很有意义。     

高速开关阀动态响应特性研究及性能优化

为研究某型高速开关阀的动态响应特性并开展参数优化,描述开关阀的结构组成及工作原理,并建立其数学模型;基于电磁铁的有限元模型,重点研究极靴盆口磁分路的作用,并求解电磁力及磁通量离散空间分布;进而建立开关阀的机-电-液联合仿真模型,研究其静态压力控制特性及关键参量的动态响应过程。以单变量作用规律分析为基础,应用（1+1）-ES算法完成多参数迭代优化。最后,测定高速开关阀的动态响应特性,完成对比验证。实验结果表明:所建立的联合仿真模型较好地刻画了开关阀的动态响应特性,并借助进化策略优化算法实现了性能的有效提升。     

基于特征库和基因再造技术的带钢层流冷却系统多目标优化

针对热轧带钢层流冷却系统粗调区给定冷却路径和目标卷取温度的二维度多目标优化问题,提出了基于特征库和基因再造技术的多目标优化遗传算法,用来锁定粗调区集管的最佳开闭特征库。该算法通过历代Pareto前沿面的交集来建立特征库,从中挖掘出集管开闭的较优特征,将其嵌入至下一代种群,可有效抑制种群进化的漫游性和随机性;特征库采用动态竞争机制,使种群个体在全局寻优空间呈现更理想的并行搜索特性;特征库的随机舍取策略保证了历代Pareto前沿面在空间分布的均匀性,提高了系统对二维度多目标的均衡把控能力;最后,基于基因再造技术是驱动算法收敛于全局最优目标解群的强力引擎,是提高系统控制精度的有效措施。编写了基于MFC的仿真程序,仿真结果验证了该多目标优化策略的有效性和先进性。