一种六自由度并联机构优化方法技术

本发明专利技术涉及一种六自由度并联机构优化方法，在ADAMS中建立六自由度并联机构模型；根据六自由度并联机构模型中的结构优化参数和目标函数，编写六自由度并联机构遗传算法；利用动态链接库技术把六自由度并联机构遗传算法添加到ADAMS中，在ADAMS的优化设计对话框中选定运动方式、优化目标函数，优化参数以及约束条件；在优化算法中调用六自由度并联机构的遗传算法，从而完成六自由度并联机构的优化。本发明专利技术利用了ADAMS参数化建模灵活、效率高和动力学分析准确方便的优势，同时综合利用了遗传算法全局优化能力强、鲁棒性强和并行处理的优点，实现了人工智能算法和机械优化相结合，能够高效完成六自由度并联机构的结构优化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度并联机构优化方法
本专利技术涉及一种六自由度并联机构优化方法，属于结构设计及优化领域。
技术介绍
目前关于六自由度并联机构优化设计方法可分为两类：一类是基于ADAMS机械仿真软件，利用ADAMS中提供的传统优化算法来优化机构参数，即OPTDES-GRG和OPTDES-SQP。这两种算法都是DesignSynthesis公司提供的OPTDES代码，并且都要求设计变量有一定的变化范围，目标函数在一定范围内工作。缺点是这些传统算法在实际工作中，很难达到理想效果，易陷入局部最优解，并且变量多于4个时，容易出现软件错误提示。第二类是基于C语言或MATLAB等编程，使用不同优化算法进行六自由度并联机构的优化计算。优化算法可以灵活选择，除去传统优化算法，还有基于模拟生物体系的仿生优化算法，比如遗传算法和蚁群算法。专利CN201310626619.9提供的《一种标准六自由度并联机构全局优化设计方法》考虑并联机构的负载特性，给出了满足局部最佳动态各向同性的标准Stewart并联机构结构参数设计。但是方法比较繁琐，不利于提高优化效率。这些人工智能或其他复杂优化方法具有全局搜索能力强，但是得到的界面不够直观，无法与动力学、运动学相结合，不够灵活方便。
技术实现思路
：本专利技术解决的技术问题是：克服
技术介绍
中的不足，提供一种六自由度并联机构优化方法，综合考虑并联机构的负载特性、工作空间、定位精度、包络尺寸、经济技术方案，结合ADAMS参数化建模灵活、效率高和动力学分析准确方便的优势，与遗传算法全局优化能力强、鲁棒性强和并行处理的优点，针对ADAMS软件提供优化算法的用户接口，利用动态链接库技术，将遗传算法添加到ADAMS中，并在ADAMS中建立了并联机构参数化模型，建立ADAMS与目标函数的链接。从而进行对六自由度并联机构结构参数的优化设计。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种六自由度并联机构优化方法，步骤如下：(1)在ADAMS中建立六自由度并联机构模型；(2)根据六自由度并联机构模型中的结构优化参数和目标函数，编写六自由度并联机构遗传算法；(3)利用动态链接库技术把六自由度并联机构遗传算法添加到ADAMS中，在ADAMS中，在优化设计对话框中选定运动方式、优化目标函数，优化参数以及约束条件；在优化算法中调用六自由度并联机构的遗传算法，从而完成六自由度并联机构的优化。所述步骤(1)中，在ADAMS中建立六自由度并联机构仿真模型如下：选取结构优化参数为上铰点分布圆半径、上铰点分布角、下铰点分布圆半径、下铰点分布角和中位时支杆长度，并确定结构优化参数的上下限；在ADMAS中根据结构优化参数变化时支杆的行程变化，得出六自由度并联机构在不同方向运动时的特点，并基于此确定优化目标函数为支杆伸长最大值的最小值，仿真的运动形式为沿Z轴的正弦运动，最后建立约束条件函数。所述步骤(3)中，将六自由度并联机构遗传算法的程序生成.obj文件，并通过ADAMS软件编译产生动态链接库文件.dll，利用动态链接库技术，建立ADAMS/View与目标函数的链接，从而实现优化设计时成功运行自定义算法，即所述遗传算法。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：(1)本专利技术基于ADAMS机械系统动力学仿真软件，在该软件的平台上可以方便地建立机械系统的动力学模型，直接清晰地演示机械系统的动力学过程，创建完全参数化的机械系统几何模型。利用它可以在很大程度上简化建模步骤，提高建模速度，将运动学动力学和优化相结合，提高仿真分析效率。(2)本专利技术使用的遗传算法，是模拟生物进化过程的计算模型。遗传算法作为一种新的全局优化搜索算法，有简单通用、鲁棒性强、适用于并行处理以及应用范围广等显著特点。(3)本专利技术利用了ADAMS参数化建模灵活、效率高和动力学分析准确方便的优势，同时综合利用了遗传算法全局优化能力强、鲁棒性强和并行处理的优点，实现了人工智能算法和机械优化相结合，能够高效完成六自由度并联机构的结构优化设计。附图说明图1为本专利技术实现流程图；图2为本专利技术中ADAMS六自由度并联机构参数化模型；图3为本专利技术中遗传算法流程图；图4为ADAMS优化设计的设计框；图5为ADAMS优化算法的设置框。具体实施方式：下面结合附图和实施方式对本专利技术进一步说明。如图1所示，本专利技术一种基于ADAMS仿真软件结合遗传算法的对六自由度并联机构的优化方法，步骤如下：步骤一、在ADAMS中建立正确的仿真模型，如图2所示。整个六自由度并联机构系统简化为动平台、静平台、12个支杆、6个球铰链和6个虎克铰链。首先单击ADAMS建模工具条中的圆柱体按钮分别建立动平台、静平台和12个支杆，包括6个上支杆与6个下支杆。为模拟并联机构的运动，还需要给各个部件之间添加正确的约束。静平台与大地之间采用固定副约束，使静平台固定于大地；下支杆与静平台之间以虎克铰约束，使下支杆与静平台之间只具有2个转动自由度；上支杆与动平台之间以球铰约束，使上支杆与动平台之间只具有3个转动自由度；上支杆与下支杆之间以移动副约束，使二者之间只具有1个平移自由度，实现支杆的伸缩。然后对上、下铰点分布圆半径和上、下铰点分布角以及中位时支杆长度进行参数化，分别得到相应参数：r、R、α、β和L。其中，r和α决定了上支杆与动平台的球铰铰点位置，R与β决定了下支杆与静平台的虎克铰铰点位置，在此基础上，L就决定了动平台的中位高度。至此，六自由度并联机构的结构尺寸可以由r、R、α、β和L确定。步骤二、选取上铰点分布圆半径r、上铰点分布角α、下铰点分布圆半径R、下铰点分布角β和中位时支杆长度L为优化参数，并确定它们相应的上下限。以上平台沿X、Y、Z各单自由度方向平移运动相同位移来比较各支杆的行程变化，再以上平台绕X、Y、Z各轴单自由度旋转相同角度时来比较各支杆的行程变化，得到支杆行程变化曲线。结合运动范围和支杆行程变化曲线，可得到Z方向平移时支杆行程变化最大。从而可以确定研究该并联机构参数优化问题时，可以仅研究沿Z轴单自由度运动时任一支杆的行程。因此确定运动方式为沿Z轴的正弦运动，研究对象为任一支杆，不妨取支杆1。这样可以大大简化计算过程和减少计算量。当支杆的最大行程最小时，并联机构的动态力、极限位姿的静态力以及雅克比矩阵都能够得到比较合理的值，因此在ADAMS建立最优目标函数为支杆的伸缩量绝对值的最大值最小，即f(x)＝min(max|L(x)-L(0)|)x是自变量，由设计变量r、R、α、β、L组成，x＝[rRαβL]＝[x1x2x3x4x5]，L(0)表示在中位时第一个支杆的长度，L(x)表示上平台沿Z轴位移z时第一个支杆的长度。并定义xmin＝[rminRminαminβminLmin]和xmax＝[rmaxRmaxαmaxβmaxLmax]。在ADAMS中建立约束函数，包括支杆上下平台尺寸约束、支杆长度约束和上下铰链转角范围约束等。步骤三、设计遗传优化算法，包含编码和产生初始群体、适应度值评估检测、选择、交叉、变异和终止，流程如图3所示。(1)编码和产生初始群体。首先通过实值编码方式把解空间变量，也就是六自由度并联机构的五个优化参数r、R、α、β和L表示成遗传空间的基因型浮点数，然后随机产生若干个染色体，使其均匀分布在解空间，构造遗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种六自由度并联机构优化方法，其特征在于步骤如下：(1)在ADAMS中建立六自由度并联机构模型；(2)根据六自由度并联机构模型中的结构优化参数和目标函数，编写六自由度并联机构遗传算法；(3)利用动态链接库技术把六自由度并联机构遗传算法添加到ADAMS中，在ADAMS中，在优化设计对话框中选定运动方式、优化目标函数，优化参数以及约束条件；在优化算法中调用六自由度并联机构的遗传算法，从而完成六自由度并联机构的优化。

【技术特征摘要】
1.一种六自由度并联机构优化方法，其特征在于步骤如下：(1)在ADAMS中建立六自由度并联机构模型；(2)根据六自由度并联机构模型中的结构优化参数和目标函数，编写六自由度并联机构遗传算法；(3)利用动态链接库技术把六自由度并联机构遗传算法添加到ADAMS中，在ADAMS中，在优化设计对话框中选定运动方式、优化目标函数，优化参数以及约束条件；在优化算法中调用六自由度并联机构的遗传算法，从而完成六自由度并联机构的优化。2.根据权利要求1所述的一种六自由度并联机构优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，在ADAMS中建立六自由度并联机构仿真模型如下：选取结构优化参数为上铰点分布圆半径、上铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭爽，梁凤超，康建兵，林喆，康晓军，张超，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11