基于工作空间最大化的平面柔索驱动并联机构优化设计

工作空间是并联机构的重要指标,柔索驱动并联机构与杆支撑并联机构相比,其突出的优点是具有较大的工作空间.从平面柔索驱动并联机构出发,探讨柔索与动平台的连接位置对定姿态工作空间大小的影响.建立柔索驱动并联机构静力模型,并对4根柔索驱动的3自由度平面机构的定姿态工作空间进行分析,对此类机构的柔索与动平台的连接位置参数进行建模,通过直接搜索的优化算法对这些位置参数进行优化,得到了最优的结构参数.与常用的平面构型相对比,优化后的机构构型具有更大的定姿态工作空间.     

响应面方法在机构设计中的应用

基于响应面方法和完全因子法在机构设计中的应用,以甜玉米脱粒机输送机构设计为例,利用MSC.ADAMS和Insight软件建立输送机构的虚拟样机模型.根据响应面模型,利用多项式回归分析将随机、不确定性参数对系统性能均值和波动性的影响综合起来考虑,优化了甜玉米脱粒机输送机构的设计参数,获得目标响应和参数的函数关系,为机构精确设计提供了依据.     

采煤机牵引机构的响应面法优化设计

基于曲线参数方程建立采煤机牵引机构的参数化模型，以采煤机牵引机构的有限元接触分析结果为依据，对影响采煤机牵引机构力学性能的控制参数进行实验设计，根据实验设计点更新参数化模型并进行有限元动力学分析，获得影响度较大的控制参数并建立控制参数和响应结果响应关系。基于控制样本参数构建牵引机构的响应面模型，采用MOGA算法对响应面模型进行寻优并实现对采煤机牵引机构的优化设计。经验证，优化后的牵引机构比未优化的牵引机构表现出更好的承载能力。     

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。     

基于构型分岔的并联机构优化设计

对于给定的一组运动输入参数,并联机构有可能出现构型分岔。为了使机构在连杆长度范围内能够随意运动,基于构型分岔进行了并联机构优化设计。在连杆空间分析并联机构运动状态的基础上,应用杆长向量表示了六自由度并联机构的16种极限构型。为避免机构出现构型分岔,利用同伦法和静态分岔条件,分析了极限构型的分岔特性,得到连杆的长度范围。对所设计的机构进行了运动可控制条件分析,以保证机构在整个杆长范围内可以控制。     

考虑输入饱和和状态受限的九索并联机构自适应容错控制

针对一种用于月面起飞模拟的九索驱动并联机构,在考虑输入饱和和状态受限的情况下,采用基于反步法的自适应容错控制方法（Adaptive fault tolerant control,AFTC）设计九索并联机构控制器,提升索并联机构在驱动系统故障状态下的运行性能。控制器设计过程中,以乘性误差和加性误差的形式描述驱动系统故障对控制信号的影响,设计带有指令滤波器的辅助系统确保控制信号满足输入饱和条件,采用正切型界限李雅普诺夫方程（Tan-type barrier Lyapunov function,tan-type BLF）设计控制器确保动平台状态满足限制条件。仿真试验表明,基于AFTC方法设计的控制器可以有效辨识控制信号中的乘性误差和加性误差,在考虑输入饱和和状态受限的情况下,位置误差和姿态误差均可以被控制在一定范围内,同时保证控制过程中,九索并联机构索力连续变化且满足索力限制条件。     

七索并联对接机构作业空间分析及索力优化设计

柔性索并联机构具有工作空间大、能耗低和惯量小等优点,适合于重载及长径比大的工件吊装对接。提出一种七索驱动的6自由度柔性并联对接机构。借助静力学方程推导出该七索柔性并联机构的结构矩阵,并根据结构矩阵的零空间,计算得到设计参数下的可控工作空间和可行工作空间。通过比较工作空间大小,确定出动平台铰接点角度、动平台半径和下拉索分布半径3个设计参数。以下拉索索力均匀为优化目标,计算出下拉索索力变化情况,并结合工作空间分析和索力变化特点,给出一组满足设计要求的尺度参数。     

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。     

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。     

基于6-UPS并联机器人的副面调整机构设计

针对奇台110 m口径全可动射电望远镜（QiTai radio Telescope, QTT）天线副面调整机构的技术指标,文中提出了一种基于6-UPS并联机器人的副面调整机构。分别利用多刚体动力学分析和控制仿真软件对副面调整机构进行了虚拟样机建模和动力学仿真,得出副面调整机构运动关节在天线指天和仰平两种工况下从零位运动至指定位姿所需要的最大驱动力。进一步建立了大射电望远镜副面调整机构的有限元模型,对其零位时的结构进行了模态分析,得到了前6阶固有频率,为工程设计提供了理论参考。     

基于响应面和遗传算法的立柱多目标优化设计

由于盘形滚刀试验台立柱的刚度及内部结构布局存在着不足,严重影响了试验台整体的刚度特性,为此利用ANSYS对其进行了基于响应面和遗传算法的多目标优化;确定了优化的三要素:设计变量、约束条件、目标函数;提取相关灵敏度、响应曲面等,给出了3组最优集及之间的均衡解。结果表明:优化后立柱在X、Y、Z方向的位移和总位移的最大值分别降低了32.8%、34.3%、38%和33%。该项研究为立柱的设计提供了一种有效的方法,具有一定的实际工程借鉴价值。     

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。     

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。     

基于遗传算法的2自由度并联机构的优化设计

对一种两自由度并联机构进行精度分析,给出了机构参数的误差影响因子矩阵.以动平台姿态误差最小为目标建立了的优化目标函数,并采用遗传算法求得全局最优解.     

基于序单开链的并联机构动力学响应模式方法

提出了一种基于序单开链动力学响应模式方法,可以调用动力学静力分析方程,建立结构学、运动学和动力学的统一模型。利用adams进行动力学性能仿真,通过仿真实例验证此方法可行性。该模式方法可以丰富序单开链理论,并易于实现程序化。     

3-RPS并联机构基于任务空间的优化设计

为了充分发挥并联机构优异的运动学性能。以3-RPS并联机构的任务空间为研究对象,选取任务空间体积、局部传递指标和全局传递指标为性能评价指标。绘制了传递性能图谱,并利用局部传递指标对机构在不同位姿下的性能进行了评价和分析。机构的支链越长,任务空间越大;当动平台和静平台的比例为1:1时,机构的动力学性能最好;当动平台旋转时,机构的动力学性能会有一定程度下降,动平台的转动轴线垂直于球副的球心之间的连线时,机构的性能下降最小;完成任务所需转角越大,实体模型支链应当越长,最终获得3-RPS并联机构基于零件拆卸任务的优化方案。     

基于遗传算法的新型2-DOF并联机构优化设计

提出了一种新型2-PRR两自由度并联机构,可应用于并联机床的主轴平台,并介绍了其机构组成及其结构特点.针对该并联机构,建立了运动学方程,给出了机构的雅克比矩阵;详细描述了该机构动平台能够实现A向±90.偏转的机构设计过程,并基于遗传算法,以机构的灵巧度为目标对机构进行了优化.优化的结果通过仿真验证,表明机构在整个偏转空间中操作性能较好,且无运动干涉现象.     

基于试验设计和响应面法的涡轮盘形状优化

采用Ansys Workbench平台对某涡轮盘进行了形状优化设计,结果表明轮盘应力显著降低的同时其重量也得到减轻。本研究亦表明:集成几何建模、应力分析和优化模块的Ansys Workbench平台可显著降低优化设计工作的难度;采用试验设计和响应面法的组合代理模型精度可满足工程需要;基于试验设计、响应面法和多目标遗传算法的组合优化策略可大幅度提升优化效率。     

基于响应面分析的前大梁优化设计

文中以卸船机前大梁为研究对象,利用Ansys Workbench创建前大梁的参数化有限元模型,对前大梁进行静力学分析,得出前大梁最不利工况下的应力云图及变形状态,判断最不利工况下的危险截面位置。运用Workbench中的Design Exploration模块对前大梁参数化模型进行优化分析,以主梁截面主要尺寸为输入参数,最大应力及最大位移为输出参数,根据F.E.M1.001—1998《欧洲起重机设计规范》设置评判准则：即满足强度和刚度要求的情况下,前大梁总重最小。通过响应面分析,判断对输出参数影响较大的变量。以响应面分析结果为基础,采用MOGA优化方法进行优化设计,获得3个候选设计点。对3个候选点的设计方案分别进行有限元静力分析,并与初始设计方案对比,在满足约束条件的情况下,最优设计点的前大梁自重与初始设置相比下降了15.5%。     

基于响应面法的钻杆吊卡结构优化设计

吊卡作为钻井提升系统的重要结构，强度与可靠性要求极高。为提高吊卡的强度与安全可靠性，对吊卡吊臂部位进行结构优化。利用有限元软件ANSYS workbench对吊卡的静态特性进行了研究分析；在此分析基础上，对吊臂结构优化设计参数进行了灵敏度分析与实验设计；并基于响应面法建立了优化的数学模型，再通过遗传算法得到最优设计方案。结果表明：当吊臂截面厚度b为94mm，吊臂截面半径R为87mm，吊臂截面偏离角度β为37°时，吊臂的最大应力值降低12.5%，并通过试验进行了验证。提高了吊卡的强度与安全储备，为吊卡结构改进设计提供了理论指导。