以一种两转动一移动非对称2UPS-UP并联机构为研究对象,对其进行了性能分析和尺度参数多目标优化。机构自由度由恰约束支链UP确定,即机构可实现绕该支链U副中心的两转动运动和沿P副的移动运动。给出正逆向位置符号解,且正逆解具有部分运动解耦特性,有利于后续误差分析、轨迹规划与控制。应用矢量法推导出速度表达式,根据速度Jacobian矩阵分析了机构奇异位形。以旋量代数为工具,给出了机构运动和力传递性能评价指标。在机构性能评价和工作空间分析的基础上,建立了机构尺度参数昂贵约束多目标优化模型,并采用多目标进化算法求解该问题,得到多组Pareto最优解。

以一种两移动两转动(2T2R)自由度面对称(CRR)2S-(3R)2R并联机构为研究对象,基于方位特征集理论分析该机构的自由度数目和性质,并对其进行了运动学分析。应用坐标变换法,建立求机构位置正解的非线性方程组,并采用差分进化算法求解该方程组。推导出机构逆解解析表达式,应用数值算例验证机构正解、逆解的正确性。采用矢量法推导机构速度及加速度表达式,并应用Matlab编程绘制机构的位置、速度和加速度曲线。同时,应用Adams进行运动学仿真,并求得Matlab理论曲线与Adams仿真曲线的最大误差。结果表明,二者运动学分析曲线基本一致,表明该机构理论分析正确可靠。

以三移动一转动4-PRP_aR并联机构为研究对象,采用进化多目标算法求解机构尺度综合问题。应用约束旋量理论分析机构自由度,给出了机构位置逆解解析表达式,为机构性能分析奠定基础。建立机构运动和力传递性能评价指标,给出了规则有效传递工作空间(Regular effective transmission workspace,RETW)及其平均传递指标的定义。以最大化RETW半径及平均传递指标为目标,建立机构尺度参数多目标优化设计模型,并应用快速精英多目标遗传算法和差分进化算法相结合的方法求解该问题。给出了机构尺度参数多目标优化设计实例。结果表明,模型和算法可行有效,可为物理样机研制和实际应用提供理论基础。

提出一种对称三移动一转动(3T1R)4-PRPaU并联机构。根据杆长条件,建立机构位置正解模型,再转化为无约束优化问题,并运用差分进化算法求解。推导出机构位置逆解解析表达式,运用机构位置逆解验证机构位置正解的正确性。运用矢量法推导出机构速度、加速度表达式,给定机构尺度参数,并运用Matlab进行数值仿真。同时,运用Adams进行运动学仿真。结果表明,Adams运动仿真曲线与Matlab数值仿真曲线一致,验证了理论推导的正确性。

应用坐标变换原理,推导出球面4R机构连杆点轨迹参数方程。在此基础上,以轨迹误差平方和最小为目标函数,以曲柄存在、杆长协调和传动角限制等为约束条件,建立机构不带预定时标近似轨迹综合的约束优化模型。结合自适应罚函数法,应用社会认知优化(Social Cognitive Optimi?zation,SCO)算法求解该问题。为提高SCO算法的收敛精度和速度,以差分进化(Differential Evolu?tion,DE)操作为邻域搜索算子,设计一种加速社会认知优化(Accelerating Social Cognitive Optimiza?tion,ASCO)算法。给出机构综合实例,轨迹分析结果表明,所建立的模型和提出的ASCO算法可行有效。比较了基本SCO、DE和ASCO算法求解该机构综合实例的优化性能,数值实验显示,ASCO算法的收敛速度、收敛精度和稳健性等性能指标优于基本SCO和DE算法。

以2自由度球面5R并联机构为研究对象,应用教学优化(Teaching-learning-based optimization,TLBO)算法求解机构尺度优化设计问题。首先,采用坐标变换法推导机构位置反解方程,再以传动角为机构运动或力传递性能评价指标,进而给出球面5R并联机构的优质传递工作空间(Good transmission workspace,GTW)定义和数值计算方法。以最大化GTW面积为目标,建立机构尺度参数约束优化模型,并用TLBO算法求解该问题。结果表明,文中给出的优化模型和算法是可行有效的。

含恰约束支链的两转动一移动2PUS-PU并联机构在约束方向无伴随运动,可有效降低控制难度。在机构拓扑结构特征分析的基础上,应用矢量法推导出机构位姿、速度和加速度方程。根据Jacobi矩阵奇异性,考察了机构可能存在的奇异位形。采用方位角和倾摆角描述末端执行器输出轴的姿态,并以机构运动/力传递性能评价指标为基础,给出规则传递姿态工作空间(Regular transmission orientational workspace,RTOW)定义和计算方法。以最大化RTOW半径为目标,建立机构尺度参数约束优化设计模型,并应用粒子群优化和差分进化算法求解机构尺度参数优化设计问题。最后,给出机构尺度优化设计实例。结果表明,模型和算法有效可行。

提出一种非对称1T2R型UPS-RPU-PU并联机构,并基于该机构设计一种新型液压支架试验台,以期为解决现有试验台面临的技术难题提供新思路。应用矢量方程法推导出并联机构位置逆解方程;采用方位角和倾摆角描述机构偏置式动平台输出轴的姿态。以螺旋理论为数学工具,建立机构运动/力传递性能指标的解析数学模型。在此基础上,给出优质传递姿态工作空间(GTOW)、全域传递性能指标(GTI)及其波动性能指标的定义和计算方法。依据液压支架加载试验实际需求,建立并联加载装置尺度参数昂贵约束多目标优化模型。采用第2代非支配排序遗传算法(NSGA-II)求得多组Pareto最优解,以供工程设计备选。选择综合性能较优的一组折中解,设计新型液压支架试验台虚拟样机,并利用ANSYS进行3种典型工况下的仿真试验。研究结果表明:基于并联机构的新型试验台具有良好的运动性能...

对一种新型3T1R并联机构-4RUP aR并联机构进行工作空间分析和尺度参数优化设计。首先利用解析几何中的坐标变换理论,以机构的杆长作为约束条件,得到了运动学反解方程;然后根据运动学反解方程,建立工作空间的约束条件,通过MATLAB编程实现机构的定姿态工作空间的可视化,并通过"点集"近似表达工作空间的大小;最后采用单一变量分析法得出了并联机构尺度参数与定姿态工作空间的关系。以工作空间最大化作为优化目标,采用差分进化算法求解该优化问题,获得了良好的机构尺度参数,使得并联机构的有效工作空间更大更健壮,也更加符合工程实用要求。

基于方位特征集理论及并联机构降耦原理,设计一种新型混合驱动1T3R结构降耦并联机构,该机构具有局部运动解耦特性。通过对其进行拓扑结构分析,得出动平台方位特征集的类型,计算出机构的自由度及耦合度。运用空间投影原理及位姿变换矩阵方法,推导出机构位置正反解的显式表达式。运用MATLAB软件编程,分别得出机构位置正、反解数值算例,其数值结果完全吻合,表明位置正反解模型正确可靠。运用MATLAB软件编程和Adams软件运动仿真得到机构角位移曲线,两者结果一致,验证了运动理论分析模型的正确性。基于运动仿真三维模型,直接得出机构的角速度、角加速度曲线。