基于支持向量机柔性机构动态可靠性分析

针对柔性机构可靠性分析中计算效率低和精度差的问题,提出一种柔性机构动态可靠性分析的支持向量机回归极值法。该方法利用蒙特卡洛法抽取柔性机构动态响应极值的小样本;基于这些样本和支持向量机回归理论,建立柔性机构动态响应极值的代理模型;使用该代理模型进行柔性机构动态响应可靠性分析。结合曲柄摇杆柔性机构实例,利用支持向量机回归极值法、蒙特卡罗法、人工神经网络代理模型和二次响应面代理模型方法,分别对连杆的变形和摇杆的摆角进行可靠性分析,通过对四种方法计算结果的比较,证明了支持向量机回归极值法在柔性机构动态可靠性分析中高效率和高精度,验证了支持向量机回归极值法在柔性机构动态可靠性分析的可行性和适用性。     

基于ANN—RSM方法的摩擦和柔性影响的机构动态可靠性分析

在摩擦和柔性的共同影响下,机构运动参数的动态响应为复杂非线性.考虑构件变形与运动的耦合,利用多柔体系统动力学分析方法求解柔性机构运动参数的随机动态响应.提出了一种柔性机构动态可靠性分析的神经网络响应面方法,结合柔性机构实例进行可靠性分析,结果表明该方法计算速度快,为柔性机构系统的动态可靠性分析提供了一种有效可行的方法.     

基于极值响应面法的叶片变形可靠性分析

为了提高航空发动机叶片动态可靠性分析的计算精度与计算效率,提出了一种极值响应面法。综合考虑温度载荷、机械载荷的共同作用,通过确定性分析找到叶片的最大变形点。然后,以叶片的材料密度、转速、温度、气动压力作为输入随机变量,随机小批量抽取输入随机变量样本,并对每个样本求解有限元基本方程,得到对应的变形在分析时域内的动态输出响应。取各组动态输出响应在分析时域内的全部最大值及其对应的输入随机变量作为新的样本点,构造极值响应面函数(ERSF)。最后,应用蒙特卡罗法对输入随机变量进行大批量抽样并带入ERSF计算输出响应,获得叶片的动态可靠性指标。通过方法对比表明,ERSM有很高的计算精度与计算效率。     

基于极值响应面法的叶盘应力可靠性分析

针对航空发动机叶盘动态可靠性问题,提出了一种极值响应面法。该方法首先综合考虑了温度载荷和离心载荷的影响作用,通过确定性分析找到叶盘最大应力点;然后以叶盘材料密度、转速和温度作为输入随机变量,随机小批量抽取随机变量样本,得到叶盘应力在分析时域内的动态输出响应,并取各组动态输出响应在分析时域内的最大值,建立极值响应面函数;最后,应用蒙特卡罗法对ERSF模型进行大批量抽样,获得叶盘动态可靠性指标。     

柔性机构动态强度可靠性分析理论和方法研究

提出机构动态强度可靠性分析的理论和方法,给出柔性机构动态强度可靠性分析的模型.将驱动加速度、驱动时间、摩擦和阻尼力(矩)等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,根据抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出得到动态应力分布,进而求出机构动态强度可靠度.通过空间站柔性展开机构实例计算动态强度可靠度,结果表明, 该方法精度高,与单纯使用蒙特卡罗方法的结果相比,提高了计算精度,大大减少计算时间,可用于复杂柔性机构的动态强度可靠性分析.     

失谐叶盘振动可靠性分析的径向基极值响应面法

为了研究随机刚度失谐对叶盘振动可靠性的影响,将径向基函数神经网络与极值响应面结合提出了径向基极值响应面法。选取叶盘材料密度、工作转速、激振力幅值作为随机输入变量,叶盘振幅极值为输出响应,利用拉丁超立方抽样法抽取不同输入样本点,通过有限元分析计算得到各样本点对应的振幅极值响应,用抽取的样本点构建径向基极值响应面,并结合蒙特卡洛法对随机变量进行大批量抽样,将其带入径向基极值响应面分析得到叶盘振动可靠度。结果表明,在随机刚度失谐因素影响下,叶盘振动可靠性降低,更容易发生振动失效。通过与蒙特卡洛法、极值响应面法进行对比,得出径向基极值响应面在保证计算精度的情况下提高了计算效率。     

考虑摩擦和柔性的机构运动参数模糊动态可靠性分析

因摩擦和柔性的影响,柔性机构运动参数为高度非线性,极限状态方程具有模糊性。为了进行动态可靠性分析,提出了柔性机构模糊响应的动态可靠性分析方法。在多柔体系统动力学分析的基础上,利用人工神经网络方法计算柔性机构模糊随机动态响应的分布特性。根据可靠性要求,计算出模糊动态可靠度。结合空间站柔性展开机构实例进行分析和计算,取得了很好的结果,为柔性机构可靠性分析提供了一种新方法。     

关节式同步带减速机械臂精度分析与优化研究

针对关节式同步带减速机械臂精度可靠性差、制造成本高等问题,对机械臂误差建模、精度可靠性分析、精度优化设计进行了研究。利用柔性多体理论,建立了考虑机械臂杆长、关节间隙和同步带柔性耦合等因素的精度误差模型,利用实验手段获得了模型不确定性参数,利用所建立的可靠性模型应用一阶二次矩法进行了可靠性分析;对比了计算可靠度和实测可靠度验证模型准确性,开展了以灵敏度分析为基础的可靠性优化过程,建立了以制造成本最低为优化目标,满足精度可靠度要求为约束的优化模型;利用Matlab中遗传算法工具箱进行了机械臂精度优化设计。研究结果表明:未优化前X轴和Y轴可靠度基于模型计算和实验测试的相对误差为0. 16%和0. 32%,大臂和小臂加速度为主要误差因素;经优化后X、Y轴可靠度分别提高到了99. 71%和99. 78%,且与经验设计相比,制造成本降低27. 92%,为关节式同步带减速机械臂设计制造提供了理论依据。     

柔性机构可靠性优化的均值-概率分解协调法

为了减少柔性机构总体设计质量,结合可靠性优化的均值模型、概率模型和普遍型分解协调方法,提出了柔性机构可靠性优化的均值-概率分解协调法。该方法首先把柔性机构整体优化模型通过普遍型分解协调法转化为单约束的均值模型主规划优化和多约束的概率模型的分规划优化;在分规划优化中,把所有失效模式的概率约束转化为确定型约束;利用导重法分别对分规划和主规划求解。通过双连杆柔性机械臂实例进行了分析和计算,结果表明:在柔性机构可靠性中,均值-概率分解协调法的优化结果最好。该方法为柔性机构可靠性整体优化提供了一种优化的新思路。     

概率密度演化方法在机构运动精度可靠性中的应用研究

以工程中实际应用的某压力机平面多连杆机构为例,分析了其运动方程,得到了其运动精度可靠性分析的功能随机过程。采用极值变换理论,构造了机构运动精度极值概率演化的虚拟随机过程。利用概率密度演化方法求解得到了响应极值的概率密度函数,概率密度演化方法可直观地反映机构运动精度响应量与输入随机变量的概率演变、转化关系,并可方便地求解出机构运动精度可靠度。最后,结合计算结果分析了概率密度演化方法在机构运动精度可靠性分析中应用的优越性和可能存在的问题。     

基于ANN-MC方法进行弹性机构的动态强度可靠性分析

弹性机构强度可靠性和运动可靠性是工业机器人、空间操作臂等领域最为关注的问题,而精确实用的可靠性分析方法是解决此问题的关键。本文在弹性机构动力学有限元分析的基础上,引入构件尺寸和运动副摩擦等随机变量,获得弹性机构随机动态应力的时间历程;将蒙特卡罗法(Monte-Carlo,MC)与人工神经网络结合(artificial neural network,ANN),形成了基于小样本对弹性机构动态强度可靠性进行计算的ANN-MC方法;将该方法用于曲柄滑块机构的动态强度可靠性计算,获得其动态强度可靠性为99.10%。本文方法不仅节省了计算时间,而且提高了动态可靠度求解精度。     

考虑摩擦和柔性的机构动态可靠性分析方法研究

提出了摩擦和柔性影响下的机构动态可靠性分析的理论和方法,给出了柔性机构动态可靠性分析的广义模型。将驱动力（矩）、摩擦和阻尼力（矩）等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,根据抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出的动态参数分布,得到机构动态可靠度。通过空间站柔性展开机构实例计算,求出了动态可靠度,减少了计算时间。     

柔性机构运动参数动态可靠性分析方法研究

研究目的是提出柔性机构运动参数动态可靠性分析方法,给出了柔性机构运动参数动态可靠性分析的广义模型.将驱动力（矩）、摩擦和阻尼力（矩）等作为随机变量,应用蒙特卡罗方法,取得动态参数样本,再利用人工神经网络方法,根据抽取的样本对网络进行训练,统计网络输出的动态参数分布,得到机构动态可靠度.空间站柔性展开机构动态可靠度计算实例表明该方法减少了计算时间.     

谐调柔性机构的失谐动态响应分析

谐调机构在构件柔性大速度快的情况下,出现失谐动态响应。为了揭示这种现象,建立了谐调机构虚拟样机模型并进行运动仿真,得到了谐调机构的受力失谐和质量失谐的动态响应。利用蒙特卡洛方法得到随机失谐量引起的动态响应分布。计算结果表明,周期柔性机构存在失谐动态响应,并且在机构中以振动形式传播,为进一步研究失谐机构振动局部化特性研究打下了基础。     

组合柔性机械臂变形及滞迟特性分析

可利用组合构件良好的减振性来抑制柔性机构的振动，并以叠层矩形截面柔性机械臂为例．在考虑几何非线性与状态非线性的情况下，对其进行有限元分析及数值仿真，得到了其力一变形的滞迟回线，较好地反映该组合柔性机械臂的滞迟特性及阻尼特性，为组合柔性机械臂的变形计算、阻尼特性及减振性的研究提供了有效手段。     

基于劳斯判据的柔性机械臂弹性运动稳定性分析

为了研究柔性机械臂的弹性运动稳定性,分析末端附加质量和关节惯量对弹性运动稳定性的影响,并计算柔性机械臂的动态最大许用载荷,建立了单连杆柔性机械臂的物理模型,用时空分离法和拉普拉斯变换法求解了柔性机械臂的弹性运动微分方程,用拉格朗日法建立了末端有集中质量的柔性机械臂的动力学模型并对其简化和截断。在指定状态变量、控制作用和输出变量后,建立了状态空间表达式和传递函数,并且用劳斯判据建立了稳定性判据并对其进行了简化。用得到的稳定性判据分析了末端附加集中质量和关节惯量对柔性机械臂弹性运动稳定性的影响,并从保证弹性运动稳定的角度计算了柔性机械臂的最大许用载荷。     

基于MDH法的并联式机械臂末端位置误差分析建模

主要针对并联式机械臂中的典型构件——平行四边形机构进行研究,分析各连杆长度变化对机械臂末端位置造成的影响,并推导位姿计算公式。以某型二自由度机械臂为研究对象,利用Modified D-H法对其进行正运动学解算,建立了考虑平行四边形机构误差的末端位姿预测模型。随后在Matlab中利用蒙特卡洛法进行相关误差分布仿真实验,得到不同公差精度下并联式机械臂末端位置误差的分布特点,并通过样机试验验证了该预测模型的准确性。研究表明,应用该方法得到的并联式机械臂关节角数值更准确,提高了末端位置建模的精度。     

基于柔性补偿的行星表面采样机械臂控制策略研究

为了适应行星表面较大范围采样及系统减重需求,行星表面采样机械臂通常由细长的臂杆和多个旋转关节串联组成,柔性特征明显。针对4自由度行星采样机械臂,提出基于柔性补偿的控制策略,以提高机械臂的运动精度。基于混合坐标法建立考虑关节和臂杆弯曲变形的机械臂运动学模型,计算机械臂末端柔性偏差;设计机械臂末端笛卡尔空间加速度连续平滑的变加速-匀速-变减速的运动路径,并在期望路径中实时补偿柔性偏差项;基于simulation X软件,建立精细的动力学和关节控制器模型,对机械臂的典型任务进行仿真,验证控制算法的有效性。结果表明,采用柔性补偿的控制策略能够明显提高机械臂的动态跟踪精度及末端定位精度。     

组合柔性机械臂动力学模型参数识别

将柔性机械臂做成组合结构,利用结合面摩擦效应抑制柔性机械臂的振动。用单根叠层组合柔性臂与实体柔性臂的自由振动对比试验验证组合柔性臂具有优良的抑振性能。用弹簧摩擦副双折线模型和三次非线性弹性力模型建立组合柔性臂的动力学模型。根据组合柔性臂有限元仿真激振试验数据,确定组合柔性臂的形函数和动态恢复力滞迟回线。用动能等效原理、滞迟回线分解法和最小二乘法确定组合柔性臂的动力学模型参数。在Simulink平台上,编制弹簧摩擦副恢复力计算模块,解决含有记忆环节的柔性臂非线性微分方程的数值求解问题。经试验验证,用该模型参数识别方法确定的动力学模型能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计提供有效方法。     

取件机械臂定位精度的可靠性优化研究

针对取件机械臂存在的绝对定位精度低、成本高等问题,采用基于定位精度可靠度的评价方法对机械臂进行了可靠性优化设计。使用多体系统理论建立了机械臂的静态误差模型,基于蒙特卡罗法对其定位精度进行了分析,并得出了机械臂末端总的误差敏感度。采用响应面法建立了机械臂动态误差的近似模型,并得出了其输出量表达式,考虑工程实际中动态误差与静态误差的耦合,将动态误差等效为机械臂的末端形变,建立了动静态耦合误差模型。以定位精度可靠度为约束,成本与体积最小为目标,静态误差源与结构参数为设计变量,建立了定位精度的优化模型,利用NCGA-II算法结合蒙特卡罗法对设计变量进行了优化设计。研究结果表明,优化使定位精度可靠度满足实际要求,成本与体积分别降低了15%与7.6%,为机械臂的设计制造提供了依据。