基于Isight的并联构型装备多目标优化设计研究

发布时间：2017-09-24 01:22

  本文关键词：基于Isight的并联构型装备多目标优化设计研究

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【摘要】：并联构型装备是以并联机构作为主传动进给机构的机器人操作机、机床以及由该类机构作为执行机构组成的制造单元。本文综合考虑并联机构运动学、动力学等性能，拟建立一个基于多目标优化设计软件Isight的并联构型装备多目标优化及稳健性优化设计平台，主要研究内容包括以下几个方面： （1）介绍并联机构研究的数学基础。包括并联机构位置逆解、Jacobian矩阵、动力学模型、操作空间质量矩阵和广义惯性椭球等理论基础，以及并联机构工作空间、运动学灵巧性、动力学灵巧性、承载能力、刚度和支链驱动力等性能指标的建立方法； （2）建立基于Isight的并联构型装备多目标优化设计及稳健性优化设计方法与流程。根据Isight运行原理，集成各类工程软件，建立基于Isight的并联构型装备优化设计流程，并在此流程基础上，搭建并联构型装备多目标优化设计平台； （3）并联构型装备多目标优化设计工程案例研究。以3-UPS-S并联机构、盾构管片拼装机4-SPS-S并联微调机构的多目标优化设计为研究案例，基于Isight集成MATLAB、Pro/E、ANSYS、ADAMS等软件实现自动建模、自动分析仿真及性能指标的自动化计算，建立基本流程；利用试验设计分析因子对响应的影响程度，利用多目标优化对试验设计所得的近似最优解进行优化，并基于Task Plan组件有机结合试验设计与优化设计组件，在基本流程基础上搭建优化设计操作平台，实现多目标优化，得到Pareto解集及Pareto前沿，，并从中折衷选取合适的最优解；将运动学、动力学灵巧性统称为动态灵巧性，并以此为目标进行优化，比较优化前后局部、全域动态灵巧性，定义并计算优化后机构的最优工作区域； （4）并联构型装备稳健性设计优化研究。基于Isight对太阳能收集板4-SPS-S并联调姿机构进行稳健性分析；将随机变量及质量约束的Sigma水平作为约束条件，确定性优化目标的均值与方差作为稳健性优化目标，在确定性优化基础上对该机构进行6Sigma稳健性优化，并对结果进行分析。 本文提出一种基于Isight的并联构型装备优化设计的新方法。结果表明：该方法自动化程度高、可视性强、操作简单、高效可靠，可方便地完成并联构型装备优化设计及稳健性设计优化。
【关键词】：并联构型装备 优化设计平台 Isight 多目标优化设计 稳健性设计优化 动态灵巧性
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112;TH122
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 并联机构的应用13-17
• 1.2 并联机构优化设计研究现状17-18
• 1.2.1 并联机构的多目标优化设计研究17-18
• 1.2.2 并联机构可靠性及稳健设计优化研究18
• 1.3 Isight 软件应用现状18-19
• 1.4 论文研究意义及内容19-21
• 1.4.1 论文研究意义19-20
• 1.4.2 论文研究内容20-21
• 1.5 本章小结21-23
• 第2章 并联构型装备研究的理论基础23-35
• 2.1 机器人空间描述及坐标变换23-24
• 2.2 刚体运动姿态表示24-25
• 2.3 运动学研究数学基础25-27
• 2.3.1 位置求解25-26
• 2.3.2 速度求解与速度雅可比矩阵26-27
• 2.4 动力学研究数学基础27-29
• 2.4.1 并联机构动力学模型27-28
• 2.4.2 操作空间质量矩阵28-29
• 2.4.3 广义惯性椭球 GIE29
• 2.5 运动学、动力学性能指标的建立29-34
• 2.5.1 工作空间29-30
• 2.5.2 奇异性30-31
• 2.5.3 动态灵巧性31-33
• 2.5.4 矢量极值理论及性能极值指标33-34
• 2.6 本章小结34-35
• 第3章 基于 Isight 的并联构型装备多目标优化设计流程及方法35-45
• 3.1 Isight 简要概述35-36
• 3.2 Isight 多目标优化设计关键技术36-41
• 3.2.1 工程软件集成36-38
• 3.2.2 组合优化策略38-39
• 3.2.3 6Sigma 稳健设计优化39-41
• 3.3 基于 Isight 的并联机构优化设计平台的搭建41-44
• 3.3.1 优化设计基本流程的建立43
• 3.3.2 优化设计的系统平台搭建43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 3-UPS-S 并联机构多目标优化应用案例45-59
• 4.1 机构模型及应用分析45-46
• 4.2 3-UPS-S 并联机构运动学求解46-47
• 4.3 性能指标的建立47-51
• 4.3.1 工作空间47-48
• 4.3.2 3-UPS-S 并联机构全域灵巧性分析48-49
• 4.3.3 全域承载能力指标49-50
• 4.3.4 3-UPS-S 并联机构刚度50-51
• 4.4 基于 Isight 的 3-UPS-S 并联机构多目标优化设计51-55
• 4.4.1 构建优化设计模型51-53
• 4.4.2 基于 Isight 的并联机构多目标优化设计53-55
• 4.5 优化结果分析55-56
• 4.5.1 试验设计（DOE）结果分析55-56
• 4.5.2 优化组件结果分析56
• 4.6 本章小结56-59
• 第5章 隧道管片拼装机 4-SPS-S 型并联微调机构优化设计案例59-77
• 5.1 盾构管片拼装机并联微调机构模型59-60
• 5.1.1 机构设计59-60
• 5.1.2 并联机构模型60
• 5.2 并联微调机构运动学求解60-65
• 5.2.1 并联微调机构速度映射模型求解60-62
• 5.2.2 隧道管片速度模型求解62-63
• 5.2.3 恰约束从动支链正解分析63-65
• 5.3 并联微调机构性能指标的建立65-69
• 5.3.1 并联微调机构全域运动学灵巧性65
• 5.3.2 全域动力学灵巧性65-67
• 5.3.3 全域刚度性能指标67-68
• 5.3.4 全域承载能力指标68
• 5.3.5 驱动力评价指标68-69
• 5.4 微调机构优化设计平台的搭建69-71
• 5.4.1 微调机构多目标优化设计模型69-70
• 5.4.2 基于 Isight 的并联机构多目标优化设计平台70-71
• 5.5 优化结果预选及分析71-76
• 5.5.1 试验设计结果71-72
• 5.5.2 多目标优化设计结果72-73
• 5.5.3 并联机构最优解预选及优化前后比较73-76
• 5.6 本章小结76-77
• 第6章 并联机构动态灵巧性多目标优化应用研究77-85
• 6.1 4-SPS-S 并联微调机构动态灵巧性指标的建立77-78
• 6.1.1 动力学灵巧性指标77-78
• 6.1.2 运动学灵巧性指标78
• 6.2 并联机构动态灵巧性多目标优化设计78-80
• 6.2.1 多目标优化模型的建立78-79
• 6.2.2 多目标优化设计的实现过程79-80
• 6.2.3 全域动态灵巧性最优解的选择80
• 6.3 机构局部动态灵巧性的空间分布80-82
• 6.4 基于动态灵巧性的最优工作区域的建立82-83
• 6.5 本章小结83-85
• 第7章 太阳能收集板并联调姿机构 6Sigma 稳健性设计优化85-97
• 7.1 太阳能收集板姿态调节系统并联机构模型85-87
• 7.2 并联调姿机构参数优化设计模型87-89
• 7.3 6Sigma 稳健性分析89-92
• 7.4 6Sigma 稳健性优化92-94
• 7.5 并联调姿机构 6Sigma 稳健性设计优化结果分析94-95
• 7.6 本章小结95-97
• 结论与展望97-99
• 结论97-98
• 展望98-99
• 致谢99-101
• 参考文献101-105
• 作者简介105-107
• 攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果107-108

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈吉清;兰凤崇;;基于机构刚度的六杆虚拟轴并联机床几何结构优化[J];兵工学报;2006年01期

2 路懿;胡波;;三自由度SP+SPR+SPS并联机构的运动学和工作空间分析[J];燕山大学学报;2010年06期

3 胡国胜;并联机器人的工作空间研究现状[J];仪器仪表用户;2004年06期

4 高尚,陈钢;可靠性优化的一种新的启发式算法[J];工程设计学报;2004年03期

5 杨强;孙志礼;闫明;王淑仁;;改进Delta并联机构运动可靠性分析[J];航空学报;2008年02期

6 宋保维;李楠;;iSIGHT在多目标优化问题中的应用研究[J];火力与指挥控制;2008年S2期

7 魏敏和;韩先国;张军;;3-UPS/S并联转台球铰链的优化研究[J];航天制造技术;2011年03期

8 张彦斌;张海军;吴鑫;;新型纯移动并联机构的运动学和灵巧性分析[J];机床与液压;2010年15期

9 李占贤;赵永杰;;一种二自由度并联机器人机构灵活度研究[J];机械设计与研究;2007年02期

10 丁卫东,尉宇;基于遗传算法的机械零部件可靠性优化设计[J];机械设计;2003年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 崔国华;盾构管片拼装机的设计及动态性能研究[D];吉林大学;2009年

本文编号：908557