五自由度并联机器人机构运动性能优化研究.pdf

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1、2015年2月机床与液压Feb．2015第43卷第3期MACHINETO0L＆HYDRAULICSVo1．43No．3DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2015．03．012五自由度并联机器人机构运动性能优化研究李瑞霞(长治医学院生物医学工程系，山西长治046000)摘要：围绕一种5自由度的4UPS—UPU并联机构，建立其运动学模型及雅克比矩阵，考虑机构在运动空间内的运动学性能．引入全域条件指标和全域梯度指标作为运动灵巧度的评价指标，并采用柱坐标边界极限搜索法求解工作空间，建立全域指标的数学模型；基于多学科设计优化软件Modefrontier对机

2、构进行了多目标优化研究，采用实验设计和粒子群优化算法对机构进行了优化，求得Pareto最优解。通过优化前后结果比较，机构运动性能得到增强，为并联机构多目标优化设计提供参考。关键词：并联机构；灵巧度；全域指标；多目标优化中图分类号：TH122文献标志码：A文章编号：1001—3881(2015)3-047—5KinematicsPerformanceOptimizationandResearchof5．DOFParallelManipulatorLIRuixia(DepartmentofBiomedicineEngineering，ChangzhiMedicalColle

3、ge，ChangzhiShanxi046000，China)Abstract：Concernedabouta5．DOFparallelmanipulatorof4一UPS—UPU，itskinematicsmathematicalmodelandJacobianmatrixwereestablished．TheGlobalConditionsIndex(GCI)andtheGlobalGradientIndexwhichrepresentedtheevaluationindexofdexteritywereintroducedinconsideringthekinema

4、ticsperformanceoverthewholeworkspaceofthemanipulator．Theworkspacewassolvedbyusingtheboundarylimitresearchmethodofcylindricalcoordinate，andthemathematicalmodeloftheglobalconditionnumberwases—tablished．Themulti—objectiveoptimizationresearchwasconductedonthebasisofthemuhidisciplinarydesigno

5、ptimizationsoftwareIsight．ThemanipulatorwasoptimizedbyusingtheDesignofExperiment(DOE)andtheParticleSwarmOptimizmionAlgorithm(PSOA)，achievingtheParetosolutions．Moreovertheoptimalsolutionwaschosenfromthemuhi—optimalsolutionsinareasonablemanner．Throughthecomparisonofresultsbeforeandafteropt

6、imization，thekinematicsperformanceofthemanipulatorisenhanced，whichprovidesreferenceforthemultipleobjectivesoptimaldesignofparallelmanipulator．Keywords：Parallelmanipulator；Dexterity；GlobalIndex；Multi—objectiveoptimization0前言学科设计优化软件Modefrontier对机构进行了多目标并联机构由于其本身具有的诸多优点，如刚度优化研究。采用柱坐标极限搜索法求

7、解机构工作空高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单间，通过求解其全域条件指标的近似值，得到优化目等，受到了国际学术界和工程界的广泛重视Ⅲl]。陈标的数学模型：采用实验设计和粒子群优化算法对机修龙等对4．UPS．UPU并联式坐标测量机的灵巧度构进行了优化求解，求得最优Pareto解，对优化前后从7个性能指标进行了研究．齐明_4对4．UPS／UPU5的运动性能进行了比较分析．为并联机构多目标优化自由度并联机构进行了分析。提出给定工作空间使其设计提供参考依据。操作性能最优的尺度综合方法，吴文强等对串联机14一UPS．UPU并联机构模型器人