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。