外文翻譯--具有動(dòng)態(tài)特性約束的高速靈活的機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計(jì) 中文版.doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯系部：機(jī)械工程系專(zhuān)業(yè)：機(jī)械工程及自動(dòng)化姓名：學(xué)號(hào)：外文出處：Computers&StructuresVol.65,No.2,pp255-259,1997ElsevierScience附件：1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：簽名：年月日注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。附件1：外文資料翻譯譯文具有動(dòng)態(tài)特性約束的高速靈活的機(jī)械手優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要：本文提出了一種強(qiáng)調(diào)時(shí)間獨(dú)立和位移約束的機(jī)器手優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，該理論用數(shù)學(xué)編程的方法給予了實(shí)現(xiàn)。將各元件用靈活的連桿連接起來(lái)。設(shè)計(jì)變量即為零件橫截面尺寸。另用最關(guān)鍵的約束等量替換時(shí)間約束。結(jié)果表明，此方法產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果比運(yùn)用Kresselmeier-Steinhauser函數(shù)，且利用等量約束所產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方案更好。建立了序列二次方程基礎(chǔ)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，且設(shè)計(jì)靈敏度通過(guò)總體有限偏差來(lái)評(píng)定。動(dòng)態(tài)非線性方程組包含了有效運(yùn)動(dòng)和實(shí)際運(yùn)動(dòng)的自由度。為了舉例說(shuō)明程序，設(shè)計(jì)了一款平面機(jī)器人，其中利用某一特定的方案并且運(yùn)用了不同的等量約束進(jìn)行了設(shè)計(jì)。版權(quán)屬于1997年埃爾塞維爾科技有限公司1導(dǎo)論目前對(duì)高速機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，元件質(zhì)量的最小化是必不可少的要求。傳統(tǒng)機(jī)器手的設(shè)計(jì)取決于靜態(tài)體系中運(yùn)動(dòng)方式的多樣化，但這并不適合于高速系統(tǒng)即應(yīng)力和繞度均受動(dòng)力效應(yīng)控制的系統(tǒng)。為了防止失敗，在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須考慮到有效軌跡和實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡之間的相互影響。在暫態(tài)負(fù)載下對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)已經(jīng)開(kāi)始展開(kāi)研究，該研究是基于下面幾個(gè)不同的等量約束條件下進(jìn)行的，分別為對(duì)臨界點(diǎn)的選擇上1，反約束的時(shí)間限制2，和Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)3,4的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究。在選擇臨界點(diǎn)時(shí)，假定臨界點(diǎn)的位置的時(shí)間是固定的，然而這種假設(shè)不適合高速系統(tǒng)。第二個(gè)辦法的缺點(diǎn)是等量約束在可行域內(nèi)幾乎為0，因此現(xiàn)在還沒(méi)有跡象表明這些約束是否重要。使用Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)在可行域中產(chǎn)生了非零的等量約束，但它定義了一個(gè)保守的約束，從而產(chǎn)生了一個(gè)過(guò)于安全的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)機(jī)器手的時(shí)候，常規(guī)方法是考慮多靜態(tài)姿態(tài)5-7，而不是考慮時(shí)間上的約束。這種方法并不適合高速系統(tǒng)，原因是一些姿態(tài)不能代表整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，此外，位移和應(yīng)力的計(jì)算也是不準(zhǔn)確的，這是因?yàn)樵谟?jì)算的時(shí)候省略了剛性和彈性運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系。事實(shí)上，這種聯(lián)系是靈活多體分析中最基本的8-10。在這項(xiàng)研究中，開(kāi)發(fā)了一種設(shè)計(jì)高速機(jī)械手的方法，這種方法考慮了系統(tǒng)剛性彈性運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系及時(shí)間獨(dú)立等約束。把最關(guān)鍵的約束作為等量約束。最關(guān)鍵的約束的時(shí)間點(diǎn)可能隨著設(shè)計(jì)變量值的變化而變化。反應(yīng)靈敏度由整體偏移所決定，設(shè)計(jì)的最優(yōu)化取決于序列二次方程式。為了說(shuō)明程序，對(duì)雙桿平面機(jī)器手的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)結(jié)果與那些采用了Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)的機(jī)器手進(jìn)行對(duì)比。2、設(shè)計(jì)理念在這一節(jié)中，機(jī)器手的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法使用用于計(jì)算強(qiáng)度和剛性的非線性數(shù)學(xué)編程方法。機(jī)器手由N個(gè)活動(dòng)連桿組成，每一個(gè)連桿由Ek個(gè)有限零件柱組成。其目的是盡可能的減小機(jī)械手的質(zhì)量。與強(qiáng)度關(guān)聯(lián)的約束主要是應(yīng)力元素和剛性約束。這些約束將使得有效運(yùn)動(dòng)的位移產(chǎn)生偏移。設(shè)計(jì)變量就是連桿和零件的截面特性。從數(shù)學(xué)上來(lái)說(shuō)，目標(biāo)函數(shù)11kENkikikifV應(yīng)滿足這樣的約束:(,)0jgxt1,.,cjN（1）其中ki和kiV分別是第k個(gè)機(jī)構(gòu)的第i個(gè)零件的密度和體積，x是設(shè)計(jì)變量VN的矢量，CN是時(shí)間約束總數(shù)。在驗(yàn)證位移和應(yīng)力的時(shí)候，參考文獻(xiàn)10中的遞推公式可用來(lái)計(jì)算機(jī)器手有效軌跡與實(shí)際軌跡。將連桿kB的變形與連桿參照系k聯(lián)系起來(lái)，其中kB在一定邊界約束條件下做完整運(yùn)動(dòng)。這樣通過(guò)縮小模型就可以減少每個(gè)連桿的實(shí)際自由度數(shù)了。系統(tǒng)的廣義坐標(biāo)系是由連桿變量i和模塊變量i組成的。微粒P的運(yùn)動(dòng)速度ki可表式為kikikiv(2)其中ki和ki是相互制約的系數(shù)。凱恩（Kane）等人的方程式12曾被用來(lái)測(cè)定一些運(yùn)動(dòng)方程式如syMQFF(3)其中,TTTy是整體速度向量，F(xiàn)是合成外力向量，M、Q還有sF分別為總質(zhì)量、柯氏力、地心引力和彈力，計(jì)算公式如下：11TkkiTkikikikirrrfENkiffVkikikiMMMdVsymMsym（4）11()TkkiTrkiENkikikifVkikiQQdVQ（5）0sFK(6)其中上標(biāo)r和f分別代表有效自由度和實(shí)際自由度。K為對(duì)角矩陣，其對(duì)角線上的子矩陣是減少了的有效矩陣kB以連桿變量的形式出現(xiàn)的。為了驗(yàn)證子矩陣在方程（4，5）中是否正確，ki和ki可表示如下：pqkikkikipqpqrsrsp,r=1,2,3；q=1,rn；s=1,12(7a)pqkkikikipqpqrsrsp,r=1,2,3；q=1,m；s=1,12(7b)其中ki是元件形狀函數(shù)，rn是連桿變量數(shù)，m是模塊變量數(shù)。方程式中的標(biāo)注即多次出現(xiàn)的下標(biāo)指數(shù)是以概括的形式出現(xiàn)的，這些下標(biāo)只不過(guò)是公式的一部分，并不表示某一含義除非特定指明。這些子矩陣可表示成：pqpqptzsptpqzspqzsptuv11()kENkkkkikkikikiffkikikiptqtzszusvkiMmPRpqpqptzsptpqzspqzsptuv11()kENkkkkikkikikirfkikikiptqtzszusvkiMmPR其中kikikikiuvuvVPdV和kikikikikizusvzsuvVRdV；z,u=1,2,3；s,v=1,12是時(shí)間變量，kim是第k個(gè)機(jī)構(gòu)的第i個(gè)元件的質(zhì)量。