本文關(guān)鍵詞：基于Isight的并聯(lián)構(gòu)型裝備多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計研究

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【摘要】：并聯(lián)構(gòu)型裝備是以并聯(lián)機構(gòu)作為主傳動進給機構(gòu)的機器人操作機、機床以及由該類機構(gòu)作為執(zhí)行機構(gòu)組成的制造單元。本文綜合考慮并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)、動力學(xué)等性能，擬建立一個基于多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計軟件Isight的并聯(lián)構(gòu)型裝備多目標(biāo)優(yōu)化及穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計平臺，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面： （1）介紹并聯(lián)機構(gòu)研究的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。包括并聯(lián)機構(gòu)位置逆解、Jacobian矩陣、動力學(xué)模型、操作空間質(zhì)量矩陣和廣義慣性橢球等理論基礎(chǔ)，以及并聯(lián)機構(gòu)工作空間、運動學(xué)靈巧性、動力學(xué)靈巧性、承載能力、剛度和支鏈驅(qū)動力等性能指標(biāo)的建立方法； （2）建立基于Isight的并聯(lián)構(gòu)型裝備多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計及穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計方法與流程。根據(jù)Isight運行原理，集成各類工程軟件，建立基于Isight的并聯(lián)構(gòu)型裝備優(yōu)化設(shè)計流程，并在此流程基礎(chǔ)上，搭建并聯(lián)構(gòu)型裝備多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計平臺； （3）并聯(lián)構(gòu)型裝備多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計工程案例研究。以3-UPS-S并聯(lián)機構(gòu)、盾構(gòu)管片拼裝機4-SPS-S并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計為研究案例，基于Isight集成MATLAB、Pro/E、ANSYS、ADAMS等軟件實現(xiàn)自動建模、自動分析仿真及性能指標(biāo)的自動化計算，建立基本流程；利用試驗設(shè)計分析因子對響應(yīng)的影響程度，利用多目標(biāo)優(yōu)化對試驗設(shè)計所得的近似最優(yōu)解進行優(yōu)化，并基于Task Plan組件有機結(jié)合試驗設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計組件，在基本流程基礎(chǔ)上搭建優(yōu)化設(shè)計操作平臺，實現(xiàn)多目標(biāo)優(yōu)化，得到Pareto解集及Pareto前沿，，并從中折衷選取合適的最優(yōu)解；將運動學(xué)、動力學(xué)靈巧性統(tǒng)稱為動態(tài)靈巧性，并以此為目標(biāo)進行優(yōu)化，比較優(yōu)化前后局部、全域動態(tài)靈巧性，定義并計算優(yōu)化后機構(gòu)的最優(yōu)工作區(qū)域； （4）并聯(lián)構(gòu)型裝備穩(wěn)健性設(shè)計優(yōu)化研究。基于Isight對太陽能收集板4-SPS-S并聯(lián)調(diào)姿機構(gòu)進行穩(wěn)健性分析；將隨機變量及質(zhì)量約束的Sigma水平作為約束條件，確定性優(yōu)化目標(biāo)的均值與方差作為穩(wěn)健性優(yōu)化目標(biāo)，在確定性優(yōu)化基礎(chǔ)上對該機構(gòu)進行6Sigma穩(wěn)健性優(yōu)化，并對結(jié)果進行分析。 本文提出一種基于Isight的并聯(lián)構(gòu)型裝備優(yōu)化設(shè)計的新方法。結(jié)果表明：該方法自動化程度高、可視性強、操作簡單、高效可靠，可方便地完成并聯(lián)構(gòu)型裝備優(yōu)化設(shè)計及穩(wěn)健性設(shè)計優(yōu)化。
【關(guān)鍵詞】：并聯(lián)構(gòu)型裝備 優(yōu)化設(shè)計平臺 Isight 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計 穩(wěn)健性設(shè)計優(yōu)化 動態(tài)靈巧性
【學(xué)位授予單位】：河北工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH112;TH122
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用13-17
• 1.2 并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.1 并聯(lián)機構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計研究17-18
• 1.2.2 并聯(lián)機構(gòu)可靠性及穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化研究18
• 1.3 Isight 軟件應(yīng)用現(xiàn)狀18-19
• 1.4 論文研究意義及內(nèi)容19-21
• 1.4.1 論文研究意義19-20
• 1.4.2 論文研究內(nèi)容20-21
• 1.5 本章小結(jié)21-23
• 第2章 并聯(lián)構(gòu)型裝備研究的理論基礎(chǔ)23-35
• 2.1 機器人空間描述及坐標(biāo)變換23-24
• 2.2 剛體運動姿態(tài)表示24-25
• 2.3 運動學(xué)研究數(shù)學(xué)基礎(chǔ)25-27
• 2.3.1 位置求解25-26
• 2.3.2 速度求解與速度雅可比矩陣26-27
• 2.4 動力學(xué)研究數(shù)學(xué)基礎(chǔ)27-29
• 2.4.1 并聯(lián)機構(gòu)動力學(xué)模型27-28
• 2.4.2 操作空間質(zhì)量矩陣28-29
• 2.4.3 廣義慣性橢球 GIE29
• 2.5 運動學(xué)、動力學(xué)性能指標(biāo)的建立29-34
• 2.5.1 工作空間29-30
• 2.5.2 奇異性30-31
• 2.5.3 動態(tài)靈巧性31-33
• 2.5.4 矢量極值理論及性能極值指標(biāo)33-34
• 2.6 本章小結(jié)34-35
• 第3章 基于 Isight 的并聯(lián)構(gòu)型裝備多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計流程及方法35-45
• 3.1 Isight 簡要概述35-36
• 3.2 Isight 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)36-41
• 3.2.1 工程軟件集成36-38
• 3.2.2 組合優(yōu)化策略38-39
• 3.2.3 6Sigma 穩(wěn)健設(shè)計優(yōu)化39-41
• 3.3 基于 Isight 的并聯(lián)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計平臺的搭建41-44
• 3.3.1 優(yōu)化設(shè)計基本流程的建立43
• 3.3.2 優(yōu)化設(shè)計的系統(tǒng)平臺搭建43-44
• 3.4 本章小結(jié)44-45
• 第4章 3-UPS-S 并聯(lián)機構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化應(yīng)用案例45-59
• 4.1 機構(gòu)模型及應(yīng)用分析45-46
• 4.2 3-UPS-S 并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)求解46-47
• 4.3 性能指標(biāo)的建立47-51
• 4.3.1 工作空間47-48
• 4.3.2 3-UPS-S 并聯(lián)機構(gòu)全域靈巧性分析48-49
• 4.3.3 全域承載能力指標(biāo)49-50
• 4.3.4 3-UPS-S 并聯(lián)機構(gòu)剛度50-51
• 4.4 基于 Isight 的 3-UPS-S 并聯(lián)機構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計51-55
• 4.4.1 構(gòu)建優(yōu)化設(shè)計模型51-53
• 4.4.2 基于 Isight 的并聯(lián)機構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計53-55
• 4.5 優(yōu)化結(jié)果分析55-56
• 4.5.1 試驗設(shè)計（DOE）結(jié)果分析55-56
• 4.5.2 優(yōu)化組件結(jié)果分析56
• 4.6 本章小結(jié)56-59
• 第5章 隧道管片拼裝機 4-SPS-S 型并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計案例59-77
• 5.1 盾構(gòu)管片拼裝機并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)模型59-60
• 5.1.1 機構(gòu)設(shè)計59-60
• 5.1.2 并聯(lián)機構(gòu)模型60
• 5.2 并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)運動學(xué)求解60-65
• 5.2.1 并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)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 恰約束從動支鏈正解分析63-65
• 5.3 并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)性能指標(biāo)的建立65-69
• 5.3.1 并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)全域運動學(xué)靈巧性65
• 5.3.2 全域動力學(xué)靈巧性65-67
• 5.3.3 全域剛度性能指標(biāo)67-68
• 5.3.4 全域承載能力指標(biāo)68
• 5.3.5 驅(qū)動力評價指標(biāo)68-69
• 5.4 微調(diào)機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計平臺的搭建69-71
• 5.4.1 微調(diào)機構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計模型69-70
• 5.4.2 基于 Isight 的并聯(lián)機構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計平臺70-71
• 5.5 優(yōu)化結(jié)果預(yù)選及分析71-76
• 5.5.1 試驗設(shè)計結(jié)果71-72
• 5.5.2 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果72-73
• 5.5.3 并聯(lián)機構(gòu)最優(yōu)解預(yù)選及優(yōu)化前后比較73-76
• 5.6 本章小結(jié)76-77
• 第6章 并聯(lián)機構(gòu)動態(tài)靈巧性多目標(biāo)優(yōu)化應(yīng)用研究77-85
• 6.1 4-SPS-S 并聯(lián)微調(diào)機構(gòu)動態(tài)靈巧性指標(biāo)的建立77-78
• 6.1.1 動力學(xué)靈巧性指標(biāo)77-78
• 6.1.2 運動學(xué)靈巧性指標(biāo)78
• 6.2 并聯(lián)機構(gòu)動態(tài)靈巧性多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計78-80
• 6.2.1 多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立78-79
• 6.2.2 多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)過程79-80
• 6.2.3 全域動態(tài)靈巧性最優(yōu)解的選擇80
• 6.3 機構(gòu)局部動態(tài)靈巧性的空間分布80-82
• 6.4 基于動態(tài)靈巧性的最優(yōu)工作區(qū)域的建立82-83
• 6.5 本章小結(jié)83-85
• 第7章 太陽能收集板并聯(lián)調(diào)姿機構(gòu) 6Sigma 穩(wěn)健性設(shè)計優(yōu)化85-97
• 7.1 太陽能收集板姿態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并聯(lián)機構(gòu)模型85-87
• 7.2 并聯(lián)調(diào)姿機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計模型87-89
• 7.3 6Sigma 穩(wěn)健性分析89-92
• 7.4 6Sigma 穩(wěn)健性優(yōu)化92-94
• 7.5 并聯(lián)調(diào)姿機構(gòu) 6Sigma 穩(wěn)健性設(shè)計優(yōu)化結(jié)果分析94-95
• 7.6 本章小結(jié)95-97
• 結(jié)論與展望97-99
• 結(jié)論97-98
• 展望98-99
• 致謝99-101
• 參考文獻101-105
• 作者簡介105-107
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和科研成果107-108

【參考文獻】

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本文編號：908557