本文關鍵詞：基于Isight的3-PRS并聯機構多目標優(yōu)化設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文結合設計的皮下穿刺手術機器人,對3-PRS并聯機構進行多目標優(yōu)化設計,針對運動學和動力學的多個性能進行多目標優(yōu)化研究,并且對算法的優(yōu)劣進行了研究分析。把優(yōu)化軟件Isight運用到3-PRS并聯機構的多目標參數優(yōu)化中,建立的優(yōu)化流程和提出的優(yōu)化算法評判標準對今后的研究有一定的參考意義。本文的主要研究內容如下。對手術機器人主要部分3-PRS機構的基本理論進行了詳細的研究與計算,分析并聯機構運動學,計算出反解,并應用軟件Isight和ADAMS對運動學反解進行仿真驗證,采用螺旋理論結合李群理論對并聯機構雅克比矩陣進行求解。對并聯機構靜力學進行分析,建立靜平衡方程,求出力雅克比矩陣。建立了運動學層面和靜力學層面的性能指標為下文的多目標優(yōu)化設計奠定了基礎�；贗sight軟件對手術機器人的3-PRS并聯機構進行運動層面的多目標優(yōu)化設計。采用前文建立的3-PRS并聯機構的指標作為目標�；贜SGA-Ⅱ方法進行多目標優(yōu)化。得到分布性良好的Pareto解集及Pareto前沿,分析目標指標,并給出優(yōu)化算例以體現優(yōu)化效果的有效性。對3-PRS并聯機構進行6Sigma穩(wěn)健性優(yōu)化設計,將運動層面的多目標優(yōu)化設計作為確定性優(yōu)化設計,首先進行6Sigma穩(wěn)健性分析,然后對其進行6Sigma穩(wěn)健性優(yōu)化設計,結果分析表明,并聯機構Sigma質量水平和可靠性性有了明顯的提高,百萬次品率下降明顯。對3-PRS并聯機構進行動力學分析,建立動力學方程,基于動能等效原理求解動力學質量矩陣。根據質量矩陣建立了動力學靈巧度指標,基于有限元法建立了基頻指標�；贗sight軟件,采用DOE實驗設計與多目標優(yōu)化算法混合的方法解決優(yōu)化問題。由DOE實驗設計得到的效果圖表現了各參數對目標函數的影響程度。Pareto解集給出了所有可行解。最后給出的算例體現了良好的優(yōu)化效果。目前優(yōu)化設計方法繁雜,為提高優(yōu)化質量,本文提出了評價優(yōu)化算法的方法標準,分別用NSGA-Ⅱ和NCGA算法對并聯機構進行多目標優(yōu)化,對這兩種非歸一化方法的優(yōu)化質量進行研究比較。實驗分析表明NSGA-Ⅱ算法的優(yōu)化質量優(yōu)勢明顯。
【關鍵詞】：手術機器人 3-PRS并聯機構 Isight平臺 多目標優(yōu)化 6Sigma穩(wěn)健性
【學位授予單位】：河北工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 并聯機器人的簡介以及發(fā)展10-13
• 1.2 并聯機構的應用領域13-16
• 1.3 并聯機構多目標優(yōu)化設計國內外研究狀況16-17
• 1.4 軟件Isight的研究現狀17-18
• 1.5 論文研究意義以及內容18-20
• 1.5.1 論文研究意義18
• 1.5.2 論文研究內容18-20
• 第2章 3-PRS手術機器人的設計分析及優(yōu)化指標的確立20-37
• 2.1 基于 3-PRS并聯機構的輔助皮下穿刺手術機器人的設計20-22
• 2.2 自由度分析22-25
• 2.2.1 螺旋理論對自由度的分析22-24
• 2.2.2 Kutzbach-Grubler公式計算自由度數24-25
• 2.3 3-PRS并聯機構的運動學分析25-31
• 2.3.1 3-PRS并聯機構運動學逆解求解25-26
• 2.3.2 基于Isight的運動學逆解數值仿真26-28
• 2.3.3 基于ADAMS的運動學反解仿真驗證28-29
• 2.3.4 3-PRS并聯機構的雅克比矩陣的建立29-31
• 2.4 3-PRS并聯機構的靜力學分析31-33
• 2.5 運動學性能指標的研究33-36
• 2.6 本章小結36-37
• 第3章 3-PRS機構運動學多目標優(yōu)化及 6Sigma穩(wěn)健性優(yōu)化37-51
• 3.1 基于Isight軟件的多目標優(yōu)化37-42
• 3.1.1 Isight軟件的多目標優(yōu)化流程簡介37
• 3.1.2 優(yōu)化性能指標的建立37-39
• 3.1.3 多目標優(yōu)化模型的建立39
• 3.1.4 基于Isight的多目標優(yōu)化設計過程39-40
• 3.1.5 多目標優(yōu)化結果分析40-42
• 3.2 3-PRS并聯機構穩(wěn)健性優(yōu)化設計42-50
• 3.2.1 穩(wěn)健性優(yōu)化概念簡介42-44
• 3.2.2 6Sigma穩(wěn)健性優(yōu)化設計問題描述44-45
• 3.2.3 基于可靠性評價技術的 6Sigma穩(wěn)健性分析45-47
• 3.2.4 6Sigma穩(wěn)健性優(yōu)化47-50
• 3.3 本章小結50-51
• 第4章 3-PRS機構動力學分析及動態(tài)特性多目標優(yōu)化51-61
• 4.1 動力學分析及動力學指標的建立51-55
• 4.1.1 動力學方程51
• 4.1.2 基于動能等效的質量矩陣的求解51-53
• 4.1.3 動力學性能指標53-55
• 4.2 3-PRS并聯機構動態(tài)特性多目標優(yōu)化55-59
• 4.2.1 動態(tài)特性優(yōu)化目標55-56
• 4.2.2 動態(tài)特性多目標優(yōu)化模型的建立56-57
• 4.2.3 動態(tài)特性多目標優(yōu)化流程57-58
• 4.2.4 動態(tài)特性多目標優(yōu)化實驗結果分析58-59
• 4.3 本章總結59-61
• 第5章 非歸一化算法在并聯機構多目標優(yōu)化中的對比分析61-70
• 5.1 3-PRS并聯機構優(yōu)化模型建立61-64
• 5.1.1 優(yōu)化目標的確定61-63
• 5.1.2 動態(tài)特性多目標優(yōu)化模型的建立63-64
• 5.2 實驗方法與流程64-66
• 5.2.1 算法優(yōu)劣的評判指標64
• 5.2.2 算法描述64-65
• 5.2.3 優(yōu)化實驗流程65-66
• 5.3 動態(tài)特性多目標優(yōu)化實驗結果分析66-69
• 5.4 本章小結69-70
• 結論與展望70-72
• 致謝72-73
• 參考文獻73-76
• 作者簡介76
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和科研成果76-77

【參考文獻】

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本文編號：392371