喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 譯文： 題目 機械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)工作周期的優(yōu)化問題 出處：springer Bogdan Posiadala · Mateusz Tomala · Dawid Cekus ·Pawe? Wary′s Received: 25 February 2014 / Revised: 27 March 2014 / Accepted: 4 April 2014 / Published online: 5 May 2014 ? The Author(s) 2014. This article is published with open access at Springerlink.com 摘要：在這項工作中，機械手轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的工作周期的優(yōu)化運動建模問題一直受到關(guān)注。在任何空間工作周期條件下的機械手元件的運動方程已制定。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程完成了該公式的編制。利用商業(yè)軟件得到了系統(tǒng)的運動方程。為每個致動器考慮所選擇的運動模型是具有準(zhǔn)梯形速度分布的點至點運動模型。此外,優(yōu)化問題提出了一個特定的工作周期。優(yōu)化目標(biāo)已被選為最小化致動器的負載(扭矩)。他目標(biāo)函數(shù)已經(jīng)在每個考慮執(zhí)行機構(gòu)制定了使用性能指標(biāo)和設(shè)計變量的額定速度值和工作周期的初始時間值。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解該優(yōu)化問題。數(shù)值計算已使用完畢并且專門執(zhí)行軟件和計算的結(jié)果已被附加到文書工作。 B. Posiadala · M. Tomala (B) · D. Cekus · P. Wary′s Institute of Mechanics and Machine Design Foundations,Czestochowa University of Technology, Czestochowa, Poland e-mail: tomala@imipkm.pcz.pl 關(guān)鍵詞:建模學(xué)，動力學(xué)，機器人，機械手，運動，優(yōu)化 一、引言 多體系統(tǒng)動力學(xué)現(xiàn)象的建模與分析問題一直是許多工作的主題。在作品[1-3]，這個文章的作者提出的建模和汽車起重機及其組件的動態(tài)分析的問題。從這項工作的角度來看，這是值得引用的作品[4—7]。在作品中，機器人的建模和優(yōu)化問題已經(jīng)提出不同的目標(biāo)函數(shù)和約束應(yīng)用于算法。 在這部作品中,4R機械手的動力學(xué)建模的問題已經(jīng)提出。此外，優(yōu)化的點對點的工作周期的問題已經(jīng)制定和解決。示例性計算已經(jīng)執(zhí)行和計算的結(jié)果已被附加到文書工作。 二、機械手的運動學(xué)和動力學(xué) 在一個三維空間中操縱器和四個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(4R機械手)允許定位機械手的末端執(zhí)行器,另外,允許旋轉(zhuǎn)的制動裝置機械手。這樣的系統(tǒng)是一個開放的運動鏈,以簡單的形式顯示在圖1。 考慮系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)一直在制定全球坐標(biāo)系統(tǒng)OXYZ笛卡爾,如圖1所示。機械手的模型由四自由度剛體的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)連接P，Q，S和N。所有功能的運動學(xué)已經(jīng)確定使用經(jīng)典力學(xué)引入局部坐標(biāo)系永久連接到所考慮的運動鏈的機構(gòu)。開放運動鏈的運動學(xué)問題被廣泛描述的作品[8-12]。 圖1 4R機器人的方案 機器人機械手的逆動力學(xué)問題與轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)包括確定每個考慮關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩的變化,而位置,速度和加速度函數(shù)是已知的。解決這個問題的最好方法是制定適當(dāng)?shù)臋C械功能(動力學(xué)和潛在)能源和使用拉格朗日第二類方程。如果L是拉格朗日,考慮機械手的動力學(xué)方程是: 廣義坐標(biāo)： q={ (2) 拉格朗日是系統(tǒng)的總動能減去總勢能。由于每個元素的系統(tǒng)被認為是一個剛體，一個特定的元素的動能是平移和旋轉(zhuǎn)運動的動能總和。一個特定元素勢能是重元素乘以距離勢能最?。ㄈ蚩蚣躉xy平面）。 在這項工作中，還提出了4R機械臂的優(yōu)化問題。優(yōu)化的目標(biāo)是最小化每個考慮的致動器的轉(zhuǎn)矩。目標(biāo)函數(shù)可以使用性能指數(shù)[12]制定。對于一個特定的致動器，該指數(shù)具有一個形式： 三、運動模型 在這部作品中,點對點模型的運動已被接受。在文獻中，各種型號的速度分布可以滿足。例如,配置文件可以被選為梯形,正弦或拋物線[12]。在這項工作中，一個準(zhǔn)梯形速度分布已采取。速度和加速度的時間變化如圖2和圖3所示。其中數(shù)據(jù)是所有重要的工作周期參數(shù)。 圖2選擇運動模型的角速度隨時間變化 圖3選擇運動模型的角加速度隨時間變化 從優(yōu)化的角度來看，最重要的參數(shù)是工作周期的開始時間及其額定速度。在每個考慮關(guān)節(jié)角位移可以簡單地計算為: 額定速度保持的最大加速度和持續(xù)時間等于： 設(shè)計變量可以被收集到一個向量： 四、粒子群優(yōu)化算法 粒子群優(yōu)化算法是一種最現(xiàn)代的隨機優(yōu)化技術(shù),是1995年由肯尼迪和埃伯哈特在工作中首次提出的[13]。從一開始,這種方法得到了廣泛的發(fā)展，不斷的應(yīng)用以及修改到目前為止,例如[14-16]。在機器人技術(shù)中，這種方法通常被用來找到最佳的幾何參數(shù)和慣性參數(shù)的固定機器人，如機械手[4-7]。它也被用于移動機器人找到二維空間的移動機器人最優(yōu)軌跡。 粒子群優(yōu)化算法是基于觀察自然界中出現(xiàn)的現(xiàn)象，如昆蟲或魚群的覓食。 粒子群的每個粒子都能夠記住并使用它的經(jīng)驗，從整個迭代過程中，也可以與其他成員進行溝通。粒子群是能夠識別“好”領(lǐng)域的領(lǐng)域，并可以在這些領(lǐng)域?qū)ふ乙粋€最佳的。 圖4約束粒子群優(yōu)化算法的簡化方案 設(shè)計變量的初始值（特定粒子的位置）是隨機的。然后，在一個迭代步驟n + 1，所覆蓋的距離在m方向的粒子（在m個方向的粒子的速度）如下： 在χ是收縮因子，是在先前的迭代速度，w是一個權(quán)重系數(shù)，和是隨機實數(shù)從（0；1），和是學(xué)習(xí)的因素，是考慮粒子從整個迭代過程和一個人最好位置是一個全球性的最佳位置以獲得整個群。在公式中，三個不同的影響因素可以確定：第一是慣性的影響，其次是個人的影響，第三是社會影響。還有另一個版本的這個公式,全球最佳位置通用被替換為一個本地最好的位置。在這個版本中，每個粒子都有指定的鄰域，并將其個人最好的位置和附近的鄰居進行比較。 此外，在每個考慮方向的最大速度應(yīng)設(shè)置為保護群從爆炸： (9) 其中是M個方向的最大速度。 每一個粒子在每一個方向上的一個新位置等于： 在迭代過程中，設(shè)計變量的值必須滿足某些約束條件。所有變量都必須是正的。速度的跡象是已知的，并依賴于每個被認為的致動器的角位移的跡象（第3章）。此外，速度被限制的最大速度，可在每個致動器中。此外，最大時間的工作周期是指定的，并為每個關(guān)節(jié)的最大轉(zhuǎn)矩值是已知的。所有制定的限制如下： 0 0 考慮到前面介紹的運動模型（第3章）： =- 在粒子群優(yōu)化算法中，引入了懲罰函數(shù)。有必要重新約束成下面的形式： 罰函數(shù)可以被假定為： F（x）= r是數(shù)量的限制。在式（17）中，是校正因子為罰函數(shù)和的校正因子為每個約束。max函數(shù)以值0當(dāng)（x）＜0，（x）時，（x）＞0。h(n)函數(shù)依賴于迭代步驟，并已被假定為： h(n)=n 使用的注意事項包含在2和3，無約束優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)可以制定： f(x)=min 在權(quán)重系數(shù)和的功能進行了描述由方程（3）。將罰函數(shù)引入目標(biāo)函數(shù)，給出了一個新的目標(biāo)函數(shù)，給出了一個新的公式： 在這項工作中所使用的粒子群優(yōu)化算法，已提出了在圖4中的簡化形式。 五、示范性計算 在前幾章中介紹的算法，已被用來執(zhí)行的示范性計算。對4R機械手的工作周期的優(yōu)化問題進行了研究。設(shè)計變量是在每個考慮關(guān)節(jié)的啟動時間和額定速度，所以有8個設(shè)計變量。該工作循環(huán)包括從一開始點A到最后一點B的運動，同時夾持旋轉(zhuǎn)的裝置和一個負載。夾持裝置和負載被認為是一個剛性體。笛卡爾坐標(biāo)系的選擇點A{ 0.5,0.2,0.8 }和點B{?1.3,1.3,0.9 }。3r機械手的逆運動學(xué)問題已經(jīng)得到解決和特定的旋轉(zhuǎn)制動裝置設(shè)置從-π/3到π/3(rad)。完整的逆運動學(xué)結(jié)果: {0.38051,?0.63141, 2.54841,?1.04720} (22) (23) 假定特定身體的中心被放置在身體的一半長度的一半。幾何和慣性參數(shù)：=0.4[m], =1[m], =0.8[m], =0.4[m], =0.7[kg], =1.1[kg], =0.8[kg],=1.5[kg],={0.05,0,0,0,0.03,0,0,0,0.05},={0.1,0,0,0,0.1,0,0,0,0.002},={0.1,0,0,0,0.1,0,0,0,0.002} ={0.05,0,0,0,0.05,0,0,0,0.001}。運動模型參數(shù)：,,。最大角速度和扭矩已被假定為：，，，。所選擇的粒子群優(yōu)化參數(shù)： X=0.8,。在每一種情況下，粒子數(shù)被設(shè)置為500，每一個迭代中的100次迭代。 圖5優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例1 圖6角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例1 四種不同情況下的優(yōu)化已經(jīng)調(diào)查了不同的工資值。在第一種情況下,所有的重量系數(shù)是相等的:=0.25。對于這種情況,最終的目標(biāo)函數(shù)的值是672.63個人價值的性能指標(biāo):=3.52,=1487.58,=1201.36,=1201.36×10?6。設(shè)計變量是{0.90,0.13,1.15,0.90,0.13,0.00,8.92,3.87}。在第二種情況下的權(quán)重系數(shù)是:=0.1,=0.5,=0.3,=0.1和1257.52的優(yōu)化結(jié)果和{0.38,0.84,0.78,0.38,0.84,8.27,0.00,4.75}。對于這種情況,個別性能指標(biāo)有:=0.36,=1170.88,=2236.31,=2236.31×10?6。在第三個案例權(quán)重系數(shù)被選為:=0.1,=0.3,=0.5,=0.1。目標(biāo)函數(shù)的獲得的結(jié)果是945.61個人價值的性能指標(biāo):=6.83,=2794.95,=213.173,=213.173×10?6和設(shè)計變量{0.33,1.06,1.15,0.33,1.06,0.00,8.92,3.60}。在 第四個案例權(quán)重系數(shù):=0.05,=0.55,=0.35,=0.05和1236.84的優(yōu)化結(jié)果,{0.69,0.13,1,15,0.78,2.34,0.02,8.92,2.41}。對于這種情況,個別性能指標(biāo)有:=1.92,=1475.86,=1214.36,=1214.36×10?6。所有的結(jié)果已被提出作為每個考慮的情況下的轉(zhuǎn)矩-時間變化（圖.5，7，9，11）。此外，速度時間限制已添加（圖6，8，10，12）。 圖7轉(zhuǎn)矩變化與時間的優(yōu)化解決方案 案例2 圖8角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例2 圖9優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例3 圖10角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例3 圖11優(yōu)化的溶液隨時間變化而變化的曲線圖 案例4 圖12角速度隨時間變化而變化，隨時間變化 優(yōu)化案例4 六、結(jié)論 在這項工作中，優(yōu)化了4R機器人的動力學(xué)建模問題。該點與準(zhǔn)梯形速度輪廓點模型已被接受。利用經(jīng)典的矢量力學(xué)和二類拉格朗日方程得到了運動方程。利用約束多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法求解優(yōu)化問題。設(shè)計變量是在每個致動器的額定速度和工作周期的開始時間。目標(biāo)函數(shù)是基于使用性能指標(biāo)的執(zhí)行器中的扭矩最小化的基礎(chǔ)上。 該算法可以用來研究不同的目標(biāo)函數(shù)和不同的設(shè)計變量的其他優(yōu)化問題?？紤]可用于解決卷和柱狀節(jié)理機器人優(yōu)化問題，關(guān)鍵是要用目標(biāo)函數(shù)來確定設(shè)計變量。 感謝 這項研究已經(jīng)進行了法律研究學(xué)士BS/PB-1-101-3010/13/P的力學(xué)和CZE,?stochowa科技大學(xué)機械設(shè)計基礎(chǔ)研究所內(nèi)。本文是2013年二月到五月在第十二次定期會議動力系統(tǒng)理論與應(yīng)用上，由羅茲，波蘭提出 [ 17 ]。 開架閱覽 本文是根據(jù)創(chuàng)造性的共用許可證的條款，允許任何介質(zhì)中的任何用途，分布和復(fù)制，提供了原始作者(年代)和源被認為。 參考文獻： [1] Posiadala B (1999) Modelowanie i analiza zjawisk dynamicznych maszyn roboczych i ich elementów jako dyskretno-cia?g?ych uk?adów mechanicznych.Czestochowa,Poland (in Polish) [2] Posiadala B, Tomala M (2012) Modeling and analysis of the dynamics of load carrying system. 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