平面平台型6-PSS并联机构构型选择与参数优化

针对4种典型平面平台型6-PSS并联机构构型特点，研究了最优构型选择及其参数优化。建立平面平台型6-PSS并联机构的运动学模型，并进行ADAMS仿真验证；绘制不同构型下的平面平台型6-PSS并联机构的可达工作空间图和灵巧度分布图，求解工作空间体积V和全局灵巧度G_CI,经过对比分析，构型Ⅲ的可达工作空间范围、工作空间体积、灵巧度分布和全局灵巧度等性能指标均最优，确定构型Ⅲ为机构的最优构型；针对构型Ⅲ分析各结构参数对其工作空间和灵巧性的影响规律，结果表明，在一定的结构参数范围内，工作空间体积和全局灵巧度呈正相关；以工作空间体积V为目标函数进行优化，得到了最优结构参数，优化后工作空间体积V和全局灵巧度G_CI相比优化前均有明显提高，证明了优化模型的正确性和有效性，并对优化后的机构进行了误差分析，为平面平台型6-PSS并联机构设计提供了依据。     

4-SPRR-SPR并联机构运动性能评价与尺寸优化

以一种空间五自由度4-SPRR-SPR并联机构为研究对象,结合实际应用工况对其进行运动性能评价与尺寸优化。建立并联机构的运动性能评价指标——运动/力传递性能,基于螺旋理论求解机构的输入螺旋、输出螺旋和传递力螺旋,并将其从局部坐标系进行坐标统一,通过增广矩阵法,得到机构的单位输出运动螺旋。将该并联机构作为搅拌摩擦焊机器人的主进给机构,并以焊接汽车铝合金轮毂为例,以优质工作空间(GTW)、全域传递指标(GTI)作为优化目标,基于遗传算法求解并联机构的尺寸最优值,绘制LTI性能图谱。研究结果表明,优化后的机构不仅其优质工作空间GTW明显增大,出现0.9的区域,而且全域传递指标GTI也得到相应的提高。     

运动分岔并联机构运动学性能分析

提出一种具有运动分岔特性的并联机构，利用螺旋理论分析了其自由度和运动分岔特性，结果表明当机构处于运动分岔点时，动平台拥有5个自由度，通过驱使不同驱动副，机构可以演变成具有不同运动分岔特性的构型，包括三移动一转动，两移动两转动。为实现两种构型合理切换，采用刚化驱动的方法，选取合理的驱动副。分析并联机构在不同构型下的运动学正反解，得出在两种构型下运动反解方程与正解方程的解析解，机构具有较好的运动解耦性，利用ADAMS验证了运动正反解的正确性。通过雅可比矩阵分析了机构的奇异位形，结果表明在合理的工作范围下两种运动模式均没有奇异位形。绘制了机构的工作空间。基于运动/力传递性能方法分析了机构性能指标，得到了工作空间内的性能分布图，结果显示两种构型都具有较好的运动/力传递特性，优质工作空间大。     

基于Isight的3—UPS—S并联机器人机构多目标优化

综合考虑并联机器人机构工作空间、灵巧度、承载能力、刚度等多方面性能要求,以3—UPS—S型并联机构为例,基于Isight集成Matlab、Pro/E、ANSYS等软件,构建多目标优化设计基本流程,进行并联机构多目标尺度综合,建立一种并联机构多目标优化的方法。研究结果表明,该方法可以有效集成各领域工程软件进行组合试验设计与多目标优化,实现自动计算运动学和动力学性能指标、自动三维模型建立及有限元分析等步骤,得到Pareto图及Pareto前沿,决策者可根据优化信息选取合适的最优解。     

2RPU+2UPR+RPR多冗余驱动并联机构运动学分析与优化

提出一种RPR型多冗余驱动两转一移并联机构2RPU+2UPR+RPR。基于螺旋理论建立机构运动螺旋系与约束螺旋系,分析机构自由度性质;建立机构运动学模型,基于软件仿真结果验证理论模型正确性;推导机构传递螺旋系,建立机构局部性能指标与全域性能指标;基于优质工作空间和优质传递性能分布对机构进行尺度优化,获得机构优化尺度与传递性能图谱,分析关键尺度参数对机构传递性能的影响;基于雅可比矩阵和传递性能分布分析优化尺度下机构奇异特性,机构在优化空间内无奇异位形。     

两支链三平移并联机构动力学分析与性能优化

对前期提出的三平移并联机构2P4R(Pa)-PR(Pa)R进行了动力学分析及其性能优化。首先，基于该机构的符号式位置正解，直接求得其各杆件（角）速度和（角）加速度；然后，采用基于虚功原理的序单开链法，对该机构进行动力学建模，并通过比较3个驱动力的理论计算值与仿真结果，验证了动力学建模的正确性；进一步，以杆件长度和质量参数作为设计变量，以可达工作空间和能量传递效率两种性能指标为目标函数，对该机构进行运动学和动力学性能的二级递进优化，得到机构在上述两种性能指标下的最优解，使机构可达工作空间性能指标提高56.2%，全局能量传通效率性能指标提高63.6%，为机构设计与样机研制奠定了基础。     

直线驱动型并联机器人工作空间分析与优化

与旋转驱动型相比,直线驱动并联机器人具有更大的工作空间,但存在工作空间求解较复杂、精度不高和优化目标不合理的问题。针对上述问题,根据并联机器人的结构和运动学模型,提出了一种极坐标变步长迭代搜索法求解并联机器人工作空间,分析各结构参数变化对工作空间的形状、尺寸、对称性的影响趋势。提出一种综合机器人灵巧度与工作空间利用率的全局混合性能指标,并以此为目标函数建立了结构参数优化的数学模型,利用粒子群算法对不同工况下机器人尺寸参数进行优化,得到基于机器人操作性能和工作空间利用率的最优参数,对不同权重下优化得到的参数进行仿真,验证了目标函数的正确性和有效性。通过激光跟踪仪测出的实际工作空间与理论工作空间模型进行对比,验证了工作空间理论模型的正确性,为后续的尺度综合研究打下基础。     

基于运动学分配性能的并联机构优化设计

根据给定的并联机构末端执行器的任务要求,在其结构参数优化设计中,为保证各分支运动学传递性能相对均较优,利用离差的性质,定义了局域和全域运动(速度)、力及功率分配性能指标,以此反映各分支共同承担负载要求的能力。对于单驱动分支功率输出,探讨了速度和力两个可变的物理量对功率的作用大小,并定义了运动、力作用系数,以此对机构的工作空间进行了分析。最后以用作姿态调整部件的3-RPS空间并联机构为例,对上述指标进行了详细的求解,在改进的设计空间中叠加性能图谱,优化了机构的结构参数尺寸,同时求出了相应的工作空间。     

一种运动部分解耦的2R2T并联机构运动学与性能分析

提出了一种新型四分支并联机构。采用李群理论对机构进行了自由度分析,该机构能输出两转动两移动运动,可由与机架相邻的移动副驱动。研究了机构的位置模型,推导得到了位置反解和正解的表达式,分析了机构的运动部分解耦特性。求解了机构的雅可比矩阵,基于雅可比矩阵行列式讨论了其奇异位形。绘制了机构的工作空间及内部奇异分布,机构的奇异分布在工作空间边缘,具有很大的转动能力。机构在中间位置两个方向的转角范围分别可达-44°～60°和-35°～52°。对机构进行了运动/力传递性能分析,得到了工作空间内的性能分布情况,以全域传递指标为目标对机构进行了尺度优化。     

直线驱动型并联机器人工作空间分析与优化

与旋转驱动型相比,直线驱动并联机器人具有更大的工作空间,但其存在工作空间求解较复杂且精度不高和优化目标不合理的问题。针对上述问题,本文根据并联机器人的结构和运动学模型,提出了一种极坐标变步长迭代搜索法求解并联机器人工作空间,分析各结构参数变化对工作空间的形状、尺寸、对称性的影响趋势。提出一种综合机器人灵巧度与工作空间利用率的全局混合性能指标,并以此为目标函数建立了结构参数优化的数学模型,针对不同工况,利用粒子群算法对机器人尺寸参数进行优化,得到基于机器人操作性能和工作空间利用率的最优参数,通过对不同权重下优化得到的参数进行仿真,验证目标函数的正确性和有效性,该优化方法对并联机器人优化设计具有一定的指导意义。通过激光跟踪仪测出的实际工作空间与理论工作空间模型进行对比,验证了工作空间理论模型的正确性,为后续的尺度综合打下基础。     

基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化设计

传统离心泵多目标优化设计中,代理模型的预测精度随着Pareto前沿不断向前推进将逐渐降低,为改善离心泵多目标优化效果,提出一种基于动态RBF代理模型与NSGA-Ⅱ算法的离心泵叶轮优化方法,将生成的Pareto前沿解中部分最优样本添加到RBF样本集中,重新训练RBF代理模型,依据动态代理模型预测子代各样本的目标函数值.以MH48-12.5型离心泵为研究对象,选取叶片的进口安放角、出口安放角及叶片包角为优化变量,采用拉丁超立方抽样(LHS)构建代理模型初始样本空间,并以扬程和效率为优化目标进行多目标优化分析.结果表明:动态RBF代理模型多目标优化方法得到的Pareto前沿要大大优于静态代理模型方法结果,静态代理模型方法得到的Pareto前沿各点均被动态模型方法得到的Pareto前沿所支配;动态代理模型对前沿解的预测精度均大于静态代理模型;动态代理模型方法得到扬程最大点比原始设计高2.86%,比静态模型高1.03%;动态代理模型方法得到水力效率最高点比原始设计效率高4.36%,比静态模型高1.32%.     

基于Pareto遗传算法的切削用量优化

针对计算机辅助工艺规划中的切削用量决策问题,提出了一种基于Pareto遗传算法的切削用量优化算法。首先,以切削速度和进给量为优化变量,以切削效率和刀具耐用度为优化目标,通过对约束条件的分析,建立多目标优化模型。其次,改进选择算子,设置非劣解集以保存进化过程中用竞争法构造产生的Pareto最优解,从而保证算法的搜索方向;建立基于小生境技术的排挤机制以提高种群的多样性。然后,采用混合交叉算子和步长变异算子进行基因重组,经过若干次迭代,得到一个均匀分布于Pareto前沿的优化解集。最后,通过实例验证了该算法的可行性和有效性。     

3T1R并联机构运动学分析与优化设计

提出了一种可实现三维移动和一维转动的四自由度并联机构,它的2条相同支链通过被动转动副连接到动平台上,每条支链有2个相同分支,通过安装在基座上的移动副驱动。首先,阐述4PPa-2PaR并联机构的构型,通过螺旋理论验证机构的运动性质,基于机构自身特点研究机构的运动学特性;其次,利用数值法确定机构的工作空间,分析各设计参数对工作空间的影响,基于解析法研究机构工作空间的形状及满足的几何约束条件;最后,以工作空间占机构自身的比重为目标函数,设置影响工作空间的约束条件(如边界约束、不干涉性约束、避奇异约束和工作空间形状约束),并选择遗传算法对机构的尺寸参数进行优化设计。分析结果表明,优化后工作空间占机构自身的比重增大,工作空间体积也明显增大,优化结果可为后续样机研制提供参考依据。     

面向服务的网络化协同制造资源多目标重组优化调度

针对网络化协同制造资源重组优化调度所存在的问题,综合考虑影响网络化协同制造资源重组优化调度的4个主要因素:最小化生产作业时间、最小化生产作业成本、最优化生产加工质量、最优化资源服务质量,建立了网络化协同制造资源多目标优化调度的数学模型。提出了一种基于Pareto多目标免疫遗传算法的网络化协同制造资源重组优化调度方法,该算法综合运用了小生境技术、群体排序技术和精英保留策略,并对遗传算子进行改进,自适应地调整交叉和变异算子,结合免疫算法的免疫选择淘汰了相似个体,保证了种群多样性,避免了早熟现象的发生。免疫记忆对近似最优解进行动态邻域搜索,提高了算法的局部搜索能力。实例仿真表明了该算法的有效性。     

基于正交设计模型的多目标进化算法

为提高多目标进化算法在求解复杂多目标问题上的收敛性和解集多样性,提出了一种基于正交设计模型的多目标进化算法。该算法在基于分解技术的多目标进化算法框架下,将正交实验设计方法同分解技术相融合。利用正交实验设计方法,有针对性地对父代个体进行重组,并生成多个保留优良基因的子代个体,避免了盲目性搜索以提高算法收敛性,并应用分解技术选择优秀个体来维持全局搜索和局部寻优的动态平衡。将该算法与目前典型的优异算法在18个标准测试函数集上进行对比测试,仿真结果表明所提算法相比另外4种算法具有良好的竞争力,在保持良好收敛性的同时,所获得的Pareto前端分布更加均匀,尤其在求解具有复杂Pareto解集的问题时,能保持较好的搜索性能。为了测试算法在求解含有约束问题的性能,将其应用于I型主梁多目标优化设计中,获得的Pareto前沿较均匀,且解集域较宽广,对比分析表明了算法的工程实用性。     

算法在多目标优化问题中的仿真应用

综合了PSO算法应用于求解多目标问题的一些思想,引入罚函数对约束条件进行处理,并利用均值的概念来计算选取PSO算法更新方程中的全局最优值,从而使算法在最优解的引导下,跳出局部最小值,更快地向Pareto最优解前沿收敛。压缩弹簧多目标优化设计实例证明了所提出算法的有效性。     

多邻域结构多目标遗传算法

为了解决应力约束类桁架结构的尺寸优化多目标问题,提出一种多领域结构的多目标遗传算法应用于尺寸优化设计。利用个体之间欧氏距离信息,将种群划分为多个领域以形成多个小生境种群。该算法为每个个体提供一定数量的邻居个体,并规定只能同邻居个体进行交叉变异操作,通过实验分析了不同邻居规模对算法性能的影响。将新算法与其他经典算法在18个标准测试函数上进行了仿真分析,结果表明,所得到的Pareto前端分布更加均匀且更加逼近真实Pareto前端,具有良好的收敛性和多样性。将该算法应用于经典的25杆空间桁架结构优化的求解,获得Pareto前端更均匀,收敛性更好,相对于其他的优化算法具有更好的优化效果。该算法在程序设计、求解空间及其方法通用性等方面表现出良好的性能,并且简单、实用,更加适合于工程实际应用。     

焊点布局的结构多目标拓扑优化设计

针对结构优化设计中先分解后组合的重复优化问题,提出一种焊点布局的结构多目标拓扑优化方法.在连续设计域中,给定载荷和约束的情况下,同时优化整个结构的拓扑空间和几何造型,并决定子结构间的连接位置和布局形态.通过有限元分析和基于几何学交叉过程的多目标遗传算法得到Pareto解集,可根据不同需求确定权重,选择最优方案.     

基于帕莱托的汽车悬架参数多目标优化

为了提高汽车平顺性,减少轮胎对路面的动载,以某1/2载货汽车的弹簧刚度和阻尼系数为设计参数,以最大动挠度为约束条件,以车身垂直加速度、前后轮胎动载荷的均方根值为目标函数,运用多目标遗传算法求得三目标的帕莱托解集,经过后期决策得到不同要求下的最优解。结果表明:优化后的悬架弹簧刚度减少而阻尼系数增大,前悬比后悬变化小,性能有大幅度改善,而且采用先寻优后决策的求解模式,能有效弱化先验知识不足的影响,避免局部最优问题,较传统多目标优化方法更为实用有效。