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。     

基于多目标优化算法的并联机构综合设计

针对并联机构尺寸综合设计参数多、关系复杂的问题,以少自由度并联机构为研究对象进行尺度综合。首先,基于雅可比矩阵的性能指标条件数、刚度、速度极值作为目标函数。其次,采用罚函数法处理约束条件,提出性能分类的方式来作为多目标优化的准则,最后利用遗传算法进行参数优化。分别构建了以条件数、刚度性能指标最优为目标的双目标优化模型和以条件数、刚度性能和速度极值指标最优为目标的三目标优化模型,对这2个方案基于提出的尺寸综合方法进行优化,得到符合设计要求和约束条件的尺寸参数。     

三自由度3-RPUR并联机构性能指标分析及优化设计

基于性能图谱对一种具有良好性能的3-RPUR并联机构性能指标进行了研究,并对机构进行了优化设计。首先建立该并联机构的空间模型,然后绘制了该机构的可达工作空间、全域条件数和全域速度的性能图谱,并对其进行了分析。根据分析结果,可以按照不同的工作需求来优化机构的结构参数。最后以将该机构应用于搬运机器人为例,基于性能图谱对该机构进行了优化设计。     

一种平面冗余驱动并联机器人的优化设计

以一种平面2自由度冗余驱动并联机器人为研究对象,在已有文献对机构的空间模型、运动学方程、工作空间和运动学性能指标分析的基础上,提出了全域性能指标和局域性能指标的概念,讨论了各种局域性能指标之间的关系,并结合运动学性能指标,在各种性能指标综合最优的基础上进行了机构尺寸参数优化设计,优化出尺寸参数范围,并选取典型尺寸设计实际机器人机构;再利用实际机器人机构的各项全域性能指标值和局域性能指标在可达工作空间内的分布,首次提出了组装构型优化概念,在反解多的机器人机构设计中选择最佳反解组装构型.     

三自由度拟人并联机构的尺度参数优化研究

为提升并联机构的运动学与静力学综合性能,提出了一种基于空间模型技术的并联机构多目标尺度参数优化方法。首先,根据人机工程学设计了一种2-PUS/RS三自由度并联机构,并基于螺旋理论分析了机构2种类型支链的自由度,计算了并联机构的自由度;采用欧拉角描述了动平台姿态,推导了机构的位置反解;在肘、腕关节的转动副和驱动器约束条件下,利用搜索法得到了机构的工作空间;然后,定义了角速度传递、角速度各向同性性能评价指标,绘制了评价指标在工作空间中的等高线分布图;最后,利用空间模型技术无量纲化尺度参数,绘制了各项全域性能图谱,并采用加权求和法对其进行了多目标参数优化,得到了机构的最优结构参数。研究结果表明:优化后机构的各项指标大幅提升,全域角速度传递性能、力矩传递性能和各向同性性能分别提高了16%、80%、40%,验证了该尺度参数优化方法的有效性。     

一种并联机械手的尺度优化综合

以一种可实现整周回转两平动自由度并联机器人为研究对象,提出以空间操作性能最优为目标的综合性能指标。在对该并联机构进行位置逆解分析及速度分析的基础上,推导其速度雅可比矩阵,利用其全域相关代数特征,构造出一种综合考虑条件数全域均值与方差、灵巧工作空间及可操作性的性能指标,依据几何及性能要求给出约束条件,获得机构尺度参数最优化设计结果。最后结合一组算例,验证该性能指标对并联机构优化设计的有效性。     

基于Isight平台DOE方法的并联机构多目标优化设计

以提高并联机构的整体性能为目的。以3-PUU并联机构为例,首先根据虚设机构法建立影响系数矩阵,包括雅可比矩阵和海塞矩阵,并通过Adams虚拟建模仿真验证影响系数矩阵的正确性,然后综合考虑工作空间、速度、加速度、惯性力等方面的需求建立并联机构的性能指标,根据性能指标多目标优化设计模型,最后基于Isight软件集成MATLAB,采用最优拉丁超立方法进行试验设计,通过NSGA-II算法进行多目标优化设计。优化结果表明,基于Isight的多目标优化设计方法不仅高效而且可以得到Pareto解集,决策者可以根据并联机构的具体服役环境权衡选择整体性能最优解。     

2-UPR-SPR并联机构尺度综合

五自由度Exechon机器人被广泛应用于高端制造业,其由具有两转一移三自由度的2-UPR-SPR并联机构和RR串联机构组成(U代表虎克铰,P代表移动副,R代表转动副,S代表球副)。目前对Exechon中并联机构的尺度综合鲜见报道。运用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标对Exechon中并联机构2-UPR-SPR进行尺度综合。建立机构运动学反解模型,并对机构进行螺旋分析,得到2-UPR-SPR并联机构的局部传递性能指标和全域性能指标,作为机构运动/力传递性能评价准则。结合空间模型法,获得2-UPR-SPR并联机构的相关指标性能图谱,且根据工程实际需要确定最优区域,在该区域内选取多组数值实例并进行最优筛选。     

DFSS算法在并联机构可靠性设计优化中的应用

以茶叶筛分机所依托的空间并联机构4-UPS-S为研究对象,对机构进行运动学分析,建立机构的雅可比矩阵,并提出了衡量机构工作性能的指标。鉴于加工误差对机构参数的不确定性造成机器人性能的影响,建立了包含不确定性因素的优化设计模型,基于多学科多目标软件IOSO NM采用DFSS优化算法对模型进行求解,使工作性能指标达到整体最优。研究结果表明,考虑不确定性的多学科多目标优化应用在并联机构中是可行的,能为并联机构的优化设计奠定理论基础。     

基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化设计及其应用

提出一种基于运动学、刚度和动力学性能的并联机构有序递进三级优化策略,即分别应用遗传算法（GA）、粒子群算法（PSO）、差分进化算法（DE）三种智能算法,以工作空间性能和运动/力传递性能为目标的尺度参数优化方法,又在优化尺度参数基础上,以机构承载刚度和整体刚度为目标进行构件截面参数优化,再在优化尺度参数和截面参数基础上,以动力学灵巧度和能量传递效率为目标进行构件质量参数优化,从而使得机构的尺度、截面及质量参数达到最优。以一种零耦合度三平移一转动（SCARA）并联操作手为例,运用矢量法建立了并联操作手的运动学模型,通过工作空间性能和运动/力传递性能两个运动学指标,优化其尺度参数;运用虚拟弹簧法得到该并联操作手的刚度模型,通过对三维模型的参数识别得到其柔度矩阵,并分析了承载刚度、整体刚度两个刚度性能指标,优化了构件的截面参数;利用动力学普遍方程导出了该并联操作手的动力学模型,通过动力学灵巧度和能量传递效率两个动力学性能指标,优化了构件的质量参数。最终,该并联操作手的运动学、刚度和动力学综合性能达到最优,也得到了一些尺度、截面及质量参数的设计准则。