少自由度并联机构尺度参数的多目标优化研究

发布时间：2017-05-03 03:04

  本文关键词：少自由度并联机构尺度参数的多目标优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：少自由度并联机构以其结构简单、逆解求解简单与控制简单等优点在工程应用越来越得到重视。在工程应用中，设计者一般同时关注是并联机构的多个使用性能要求，在并联机构构型确定的情况下，机构的尺度参数决定了机构的性能。因此，研究同时针对多个机构性能评价目标的机构尺度参数优化问题是十分重要而且必要的。 本文以典型3-PRS并联机构为研究对象，利用螺旋理论分析动平台运动的自由度类型和数目，建立3-PRS机构模型。同时针对尺度参数的优化问题需要，研究少自由度并联机构的性能评价指标，给出了用于评价3-PRS机构工作空间、运动灵巧性、精度等性能的量化评价指标，并针对3-PRS机构动平台有转动自由度和平动自由度给出将转动和平动的灵巧性、精度性能分别评价的评价指标，避免了由于旋转运动和平移运动量纲不同带来的性能评价指标物理意义不明确的问题。针对机构尺度加工误差将引起机构性能变化的问题，给出机构性能对于机构尺度参数变化的鲁棒性评价，用于机构参数优化解选取的参考指标。 研究多目标优化问题的求解方法，设计复合局部邻域搜索方法与遗传变异算法的Pareto多目标最优化求解算法。利用Pareto优化算法的测试问题，验证算法求解的有效性。同时利用设计算法对简单平面并联机构进行尺度优化求解结果，将结果与经典图谱法在尺度参数设计中的结果对比，验证该算法的有效性。针对在优化目标数多于2个时Pareto最优解的分布无法直观显示给设计者的问题，，给出基于Pareto最优解集的特征数值描述方法，使设计者通过不断修改目标空间约束值，观察Pareto最优解集的特征数值的变化，最后从Pareto最优解集中选取一组适宜解。 最后，应用分析的性能评价指标和设计的多目标优化算法，以不同的设计指标组合获得3-PRS机构尺度参数的Pareto最优解集，为3-PRS并联机构的应用提供兼顾多个目标性能的机构备选尺度参数设计解。
【关键词】：并联机构 性能评价 尺度综合 多目标优化
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景、意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-14
• 1.2.1 并联性能指标与建模10-12
• 1.2.2 并联机构尺度参数优化方法12-13
• 1.2.3 Pareto 多目标优化算法13-14
• 1.3 本论文的主要研究内容14-16
• 第二章 并联机构分析建模16-37
• 2.1 自由度分析理论16-25
• 2.1.1 Kutzbach-Grubler 自由度计算公式16-17
• 2.1.2 螺旋理论分析机构自由度17-18
• 2.1.3 自由度分析应用18-25
• 2.2 并联机构建模分析25-35
• 2.2.1 机构位置正解与位置反解25-30
• 2.2.2 机构速度雅可比矩阵30-33
• 2.2.3 机构动力学建模33-35
• 2.3 本章小结35-37
• 第三章 3-PRS 机构性能评价指标研究37-53
• 3.1 机构运动学性能评价指标37-49
• 3.1.1 工作空间37-43
• 3.1.2 机构的速度性能评价43-48
• 3.1.3 机构的定位精度评价48-49
• 3.1.4 机构的静力承载性能评价49
• 3.2 机构动力学性能评价49-50
• 3.3 机构性能对参数变化的鲁棒性50-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 多目标优化算法研究53-67
• 4.1 多目标问题描述53
• 4.2 传统的多目标优化处理方法53-55
• 4.3 PARETO 多目标最优评价基本原理55-56
• 4.4 基于遗传算法的复合 PARETO最优化方法56-60
• 4.4.1 算法实现流程57-59
• 4.4.2 测试函数验证59-60
• 4.5 改进算法在简单机构中的验证60-66
• 4.5.1 5R 机构性能图谱61-65
• 4.5.2 Pareto 优化结果分析65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 并联机构的多目标优化67-78
• 5.1 本章引言67
• 5.2 少自由度并联机构尺度参数优化方法67-71
• 5.2.1 机构尺度参数多目标优化基本流程67-68
• 5.2.2 Pareto 解集中的优化解的选取方法68-71
• 5.3 3-PRS 机构的尺度优化71-77
• 5.3.1 设计变量和变量设计空间确定71-72
• 5.3.2 选定设计目标与优化结果72-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 全文结论78-80
• 6.1 全文总结78
• 6.2 研究展望78-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 王立平,汪劲松,李育文;并联机床动态特性研究的理论与实际意义[J];工具技术;2002年11期

2 李铁民,郑浩峻,汪劲松,段广洪;并联机床不同位形下的运动精度评价指标[J];机械工程学报;2002年09期

3 高峰;机构学研究现状与发展趋势的思考[J];机械工程学报;2005年08期

4 张利敏;梅江平;赵学满;黄田;;Delta机械手动力尺度综合[J];机械工程学报;2010年03期

5 黄鹏;王立平;关立文;姚蕊;;新型3自由度并联机构运动性能及精度分析[J];机械工程学报;2010年15期

6 郭希娟,黄真;并联机器人机构加速度的性能指标分析[J];中国机械工程;2002年24期

  本文关键词：少自由度并联机构尺度参数的多目标优化研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：342186