3-RHUR/PUS+PP混联机器人构型与性能分析

为提升串并混联机器人大行程刚度与综合性能,提出一种带随动滑筒的3-RHUR/PUS三自由度并联头串联XY双导轨的混联五自由度机器人构型。根据非线性约束方程组给出其位置正反解,并基于螺旋理论建立了串并混联的正逆运动学映射关系,基于建立的混联机器人的柔度模型讨论了其方向刚度;综合考虑机器人的转动能力、力传递性能、速度和刚度性能,在利用线性加权法对机器人进行多目标优化的基础上,提出最优拉丁超立方采样（Optimal Latin hypercube sampling, OptLHS）与插值相结合的优化算法,从而缩短了优化计算所需时间,得到了机器人最优尺寸参数。     

四自由度混联机器人运动学分析与仿真

根据串联机构和并联机构的特点,以两平移一转动并联机构为主体,设计了一种四自由度混联机器人,该机器人动平台自由度为三平移和一转动,同时,在并联机构动平台和虚拟固定平台间增加一辅助支链,该辅助支链具有独立的转动自由度。与具有同样运动特性的并联机构相比,该机器人的工作空间大,转动灵活。分析了该机器人的运动学特征,求出其位置正反解析解,利用运动影响系数对其速度和加速度进行了系统研究,并进行了动态仿真验证。     

基于多目标约束的机器人复杂轨迹优化方法

工业及农业领域存在诸多复杂场景,使得机器人常面临由大量非连续离散局部路径组成的复杂轨迹,合理的运动规划是机器人实现预期作业目标的首要基础。本文提出一种基于非支配遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm, NSGA-Ⅱ)的多目标综合优化方法,算法基于个体的相互支配关系进行分层并引入“拥挤度”指标来表征个体间的差异性,从而为保持遗传过程的种群多样性提供了有力支撑。同时建立了机器人运动学模型并构造了缩短机器人空载路程、运动时间及关节冲击的路径序列优化函数,并在笛卡尔空间与关节空间进行了高阶样条拟合与插值规划,显著提升了空间轨迹的光顺性及几何特性。基于NSGA-Ⅱ生成空间Pareto最优前沿解集,解决了机器人运动时间短、关节冲击小、任务路径优等约束下的多目标优化问题。优化后机器人运动路径长度缩减74%,作业效率提升33.44%,关节稳定性平均可增强50.97%,通过仿真与实验,验证了算法在改善机器人运动效率、连续性和非突变性等方面具有显著效果。     

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。     

多喷枪协同式喷涂五轴混联机器人设计

针对大型扁平型立方体工件的喷涂工艺特点,将并联机构应用于喷涂工艺,设计了一种控制解耦性很好的五轴混联喷涂机器人,阐述了这种喷涂机器人的机构设计、工作原理、运动学分析、驱动方式、控制系统硬件组成及其控制方式。该机器人具有结构紧凑、喷涂效率高、涂层厚度均匀和操作简便等特点,具有较好的应用前景。     

制动器多目标优化最化解空间专家变尺度规范

多目标优化最优解空间飘移和畸变的主要原因是，组成总目标函数的各分目标函数不是依据共同的工作基准建立起来的，运用专家系统原理与方法，确定了既是建立多目标函数的规则，又是辨识和评价最优解空间标准的工程规范。基于产品设计工作规则提出的浮法加权技术，通过尺度变换，可显著改善最优解空间性态，绘制出的制动器多目标优化最优解空间图形符合工程规范。     

6-DOF混联采茶机器人机构设计与动平衡分析

为确保采茶机器人的精准采摘,研究设计安装于移动底盘的6-DOF混联采茶机器人机构。根据基于方位特征的机器人机构拓扑结构设计理论,提出并设计一个6-DOF混联操作手;对混联机构进行正反解位置分析;以杆长之和最小为目标函数,采用非线性规划法对机构进行杆件尺寸优化;应用有限位置法求出完全平衡时配重的质量参数与位置参数;运用遗传算法研究摆动力部分平衡优化,求出其配重质量和位置参数最优解,部分平衡优化结果表明,质心轨迹在y、z方向上的波动分别减少53.72%、25.10%,总摆动力波动减少43.33%,从而验证了部分平衡优化的有效性。为该混联采茶机器人结构设计与样机研制奠定了技术基础。     

一种基于多目标优化的制动器底板轻量化设计方法研究

【目的】汽车轻量化技术是汽车节能减排的重要手段,加快汽车轻量化技术的发展具有重要现实意义。【方法】课题组以减小底板体积、保证疲劳寿命为优化目标,采用计算机辅助集成技术对制动器底板进行轻量化设计。首先,对底板进行有限元分析,确定轻量化设计的目标区域;其次,根据优化目标建立相应的CAD模型,使用局部应力应变法计算底板的疲劳寿命;最后,通过ISIGHT集成CATIA、ABAQUS和MATLAB对制动器底板进行轻量化设计。【结果】该轻量化方法可以同时对制动器底板上的多个目标尺寸进行优化,使其质量减少了9%,轻量化效果明显。【结论】该轻量化方法同样适用于其他机械零件,借助于该方法对汽车零部件进行轻量化设计有着非常重要的工程价值。     

2-PUR-PSR并联机构尺度综合多目标优化

针对由外副驱动的三自由度两转一移并联机构运动学性能优化问题,提出一种尺度综合多目标优化设计方法。首先,运用螺旋理论分析机构的运动学性能;其次,将可达工作空间离散为n层,采用极坐标方法计算每层高度的最大内切圆,通过数值方法计算由每层最大内切圆构成的规则圆台工作空间体积;然后,以规则工作空间体积和全局运动/力传递指标为目标函数,以驱动限制和关节转角限制为约束条件,以机构参数为设计变量;最后,采用多目标粒子群优化算法得到目标函数的Pareto最优解集。结果显示,两个目标函数之间存在相互冲突,Pareto前沿的全局运动/力传递性能(GTI)最优值比优化前提高了57.57%,规则工作空间体积（Vr）最优值比优化前提高了37.59%,证明了优化方法的有效性。     

五连杆足式机器人腿部机构多目标优化算法

为了减小腿部转动惯量,提高承载能力,提出了一种电驱式2自由度平面五杆机构的腿部结构。然而杆件尺寸会对机器人性能产生影响,为了得到最优五杆尺寸参数,对腿部运动学和动力学进行分析,建立关节电机峰值力矩、峰值角速度、单个步态周期内总能耗与五杆尺寸参数间的函数关系,构建面向机器人五杆尺寸参数设计的多目标优化模型,采用层次分析法确定各目标决策属性权重,将多目标优化问题转换为单目标优化问题,利用遗传算法得到机器人总体性能最优解。在ADAMS中建立优化前后的机器人腿部模型,进行行走仿真试验,并与理论计算结果进行对比,再根据优化结果进行电机选型,使机器人自重减少7.8%,有利于负载能力和续航能力的提高,从而验证了本文所提算法的正确性和有效性。     

风水光互补发电系统多目标优化设计

为了贯彻国家大力发展小水电的政策,满足偏远地区的农村用电需求,可以利用当地的新能源建立风水光互补发电系统,就地发电.为此,在充分考虑互补系统环境价值的基础上,采用了多目标优化策略的模式和模糊线形加权的算法,以确定户用风水光发电系统优化设计的方法,建立互补系统设计的数学模型,并对某村的具体情况进行计算,得出符合实际情况的最优配置.     

基于多目标遗传算法的404P型拖拉机齿轮系优化

针对404P型拖拉机变速箱齿轮系存在的齿轮总质量大、疲劳强度低、换挡平顺性较差的问题,建立了以变速箱齿轮系总质量最小、疲劳强度最高、换挡平顺性最高为优化目标的齿轮系多目标参数优化数学模型。提出利用带精英策略的非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行多目标优化求解。基于Matlab优化工具箱编写程序进行齿轮系参数的优化设计,结果表明,齿轮系总质量优化率差值为187.30%,齿轮系疲劳强度优化率差值为85.27%,齿轮系换挡平顺性优化率差值为9.09%。相比于传统经验设计,进一步提高了404P型丘陵山地拖拉机的变速箱传动性能。     

基于多目标模糊优化的低比转数多级自吸喷灌泵研究

在单级自吸离心泵基础上,提出了一种具有高自吸性能及优良外特性的多级自吸泵的自吸装置。基于多目标模糊优化设计,确定追求关死点扬程极大值、最大轴功率极小值的多目标优化模型,结合设计经验及工艺需求建立相关约束条件,并进行非线性极值求解,最后以最优解完成过流部件的水力优化设计。对多级自吸喷灌泵进行了外特性试验,发现原始模型泵的关死点扬程和最大轴功率分别为10.7 m和250.4 W,而新模型泵的关死点扬程和最大轴功率分别为13.3 m和189.6 W。     

电动拖拉机底盘多目标优化设计

针对目前电动拖拉机底盘布置研究相对较少的情况,基于现有的整机匹配结果进行了底盘布置设计,利用三维建模软件建立模型,输入质量参数,提取整机主要零部件重心位置参数,然后通过分析拖拉机牵引机组作业时的力学特性,建立相关数学模型。以电动拖拉机的牵引效率和整机质量作为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。综合考虑了犁耕作业下拖拉机的稳定性要求、驱动力要求、载荷波动情况以及传动系和行走系零件寿命等影响因素,制定了算法运行的约束条件,建立了约束方程组。以电动拖拉机的使用重力、前后电池组的质心和整机质心为目标变量,推导出动力性和经济性最优的目标函数。通过ModeFRONTIER平台,采用NSGA-Ⅱ算法对电池分布式方案进行了多目标优化。两种不同耕深条件下的优化结果对比分析表明,按照本文方式优化布置后的电动拖拉机在耕深为180mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了14.3%,配重质量为25.3kg;耕深为240mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了10.3%,配重质量仅为4.4kg,说明在牵引工况下无需额外增加配重就能达到良好的牵引性能。与经验法相比,两种耕深条件下拖拉机的配重都小很多,说明基于传统拖拉机的配重经验法计算并不适用于电动拖拉机,同时也能说明,电动拖拉机因自身总质量超过同功率段传统拖拉机,可以通过合理设计底盘布置方案,在没有配重的情况下达到理想的牵引效率。优化后的电动拖拉机底盘布置方案,在作业工况下驱动轮滑转率小于特征滑转率,整机牵引效率明显提高。     

基于WinSRFR的畦灌灌水技术参数的多目标模糊优化

为了改善畦灌的灌水效果,以汾东灌区北长寿的灌水试验为背景,基于Win SRFR软件模拟灌水质量的可靠性,以畦田长度L、单宽流量q和灌水时间t为灌水技术参数变量,分析其对灌水效果的影响,并通过Matlab进行了多元回归分析,建立了包括灌水效率Ea、储水效率Es和灌水均匀度Du在内的多目标优化模型。针对该模型存在的模糊性,将模型的目标函数模糊化,对该模型的优化求解进行了研究。根据模糊求解所获得的最优技术参数组合,利用Win SRFR软件模拟,对优化结果进行了分析。结果表明,该优化组合可以有效改善畦灌灌水效果,其优化求解方法可以合理优化灌水技术参数。     

高速6—PSS并联机器人参数优化设计

针对高速6-PSS并联机器人尺寸参数多、动态性能复杂等特点,提出一种以工作空间为基础、动力学特性为优化目标的多目标优化方法。首先构建机构运动学方程,并利用拉格朗日法构建动力学模型,对机构的约束条件及工作空间进行分析,确定尺寸参数的搜索范围。然后,分析各个尺寸参数对关键动态性能的影响趋势,综合分析计算结果并提出优化目标函数。最后,通过优化数学模型计算,得到并联机器人尺寸参数最优解。通过仿真验证,对比优化前后驱动力、速度、功率等动态性能参数值,结果表明了优化算法的有效性和正确性,可为高速并联机构的参数设计提供一种有效的优化方法。     

基于遗传算法的离心泵多目标优化

建立了以离心泵效率最大、汽蚀余量最小和曲线无驼峰的多目标函数优化的数学模型,并利用Matlab遗传算法工具箱进行优化计算,取得了很好的结果.相比于传统的优化方法,Matlab的遗传算法工具箱能使求解过程简化和得到全局最优解,并且省去编程的时间,为多目标优化提供了一种新思路,具有广阔的应用前景.