雙四連桿外文翻譯DOC

1、MeccanicaDOI 10.1007 / s11012 - 013 - 9699 - 6 最優(yōu)合成四桿機(jī)構(gòu)自由缺陷與聯(lián)合間隙使用PSO算法Arash Sardashti H.M. Daniali S.M. Varedi收到:2012年1月24日/接受:2013年1月15日施普林格科學(xué)+商業(yè)媒體多德雷赫特2013文摘 本文介紹了平面設(shè)計以自由的四連桿連接順序、分支和電路的缺陷為目的的路徑生成,包含有一個,兩個,三個或者所有間隙的連接。連接間隙是視為一個無質(zhì)量的虛擬鏈路,其方向是已知的指導(dǎo)方向。用一個粒子群優(yōu)化算法的基礎(chǔ)來解決這個高度非線性優(yōu)化問題的一些約束,即格拉曉夫的無粒子群缺陷條件。其中

2、的一個例子是解決在不同情況下包含該優(yōu)化的問題,即平面四桿機(jī)構(gòu)有間隙在一,二,三,所有的連桿和無間隙。所有的設(shè)計,生成的路徑,錯誤和方向的虛擬鏈接繪制并進(jìn)行對比。最后,比較優(yōu)化設(shè)計與現(xiàn)實(shí)。 關(guān)鍵字 順序缺陷分支缺陷電路缺陷連接間隙優(yōu)四連桿機(jī)構(gòu)合成PSO 術(shù)語 ai 長度鏈接Ki 位置的重力中心i方向連接ri VJCL連接的i方向長度i VJCL連接的i方向指導(dǎo) 結(jié)構(gòu)角聯(lián)合的耦合連接Px x坐標(biāo)的點(diǎn)Py y坐標(biāo)的點(diǎn)i 替角鏈接xGi 質(zhì)量中心的x坐標(biāo)的i方向連接yGi 質(zhì)量中心的y坐標(biāo)的i方向連接mi i方向連接的質(zhì)量IG3中心慣性矩的耦合IB0 從動軸周圍穿過B0的慣性矩Fxij x坐標(biāo)從i方向

3、連接到j(luò)方向連接的連接間隙力Fyij y坐標(biāo)從i方向連接到j(luò)方向連接的連接間隙力Tin 輸入轉(zhuǎn)矩a . Sardashti莫萊森Daniali()s m Varedi機(jī)械工程系,精工科技大學(xué),精工,郵政信箱47148 - 71167年,伊朗電子郵件:mohammadinit.ac.ir 1介紹 在理想情況下運(yùn)動合成的聯(lián)系,幾何完美通常是認(rèn)為和他們是沒有間隙連接的。但在實(shí)踐中,連接間隙是必要的,因?yàn)樗峁┝艘粋€鏈接的鏈接余量使彼此相對運(yùn)動。在存在的連接間隙中，接觸間隙產(chǎn)生脈沖效應(yīng)和惡化性能有聯(lián)系。在過去,許多研究人員研究連接間隙的效果1 - 7。一些人認(rèn)為只有在一個間隙連接(8 - 17),而其

4、他人認(rèn)為影響更多的是連接間隙的聯(lián)系18 - 20)。另一方面,大多數(shù)的報道與分析的工作聯(lián)系與連接間隙121和報道的合成工作聯(lián)系是有限的(22、23)。 Ting et al18提供了一個方法來確定由于連接間隙產(chǎn)生的最大錯誤。他們模仿了一個小的虛擬聯(lián)合間隙作為連接的連桿。蔡和賴19分析了傳輸性能的聯(lián)系與連接間隙?？ú既鹄璭t al21通過使用遺傳算法(GA)合成沒有任何連接間隙的平面機(jī)制。Pramanik和Naskar設(shè)計了一個以有兩個轉(zhuǎn)動連接間隙連接驅(qū)動和驅(qū)動連接與耦合23為目的的路徑生成的四連桿機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在的工作目的是設(shè)計一個自由秩序的分支和電路的缺陷，以有間隙在一,二,三,及所有的連桿為目的

5、的路徑生成平面四連桿機(jī)構(gòu),。盡管用連接間隙合成連桿機(jī)構(gòu)并不新鮮,但設(shè)計這些沒有缺陷的連桿機(jī)構(gòu)從來沒有在文獻(xiàn)中報告過。如果間斷的旋轉(zhuǎn)輸入(驅(qū)動)連接，要么CCW (+)要么CW (),但是這個機(jī)械裝置產(chǎn)生序列的缺陷耦合點(diǎn)不是想要的(24、25)。此外,如果標(biāo)志的傳動角在目標(biāo)點(diǎn)變化,分支缺陷將會發(fā)生變化26,即解決方案相關(guān)的不同的目標(biāo)點(diǎn)是來自不同裝配方式,因此并不可行。此外,如果機(jī)械裝置的耦合點(diǎn)通過所有目標(biāo)點(diǎn)沒有重新組裝它的任何連桿,它的運(yùn)動將會在一個電路中27。如果是這樣的話,每個不同的連續(xù)范圍的機(jī)構(gòu)運(yùn)動被稱為“電路”。當(dāng)一個可能的解決方案連接不改變裝配時不能移動目標(biāo)點(diǎn),將出現(xiàn)電路缺陷。 路徑生

6、成合成沒有上述缺陷并且存在間隙是高度非線性和應(yīng)該數(shù)值求解。最近，進(jìn)化算法解決非線性問題在各個領(lǐng)域越來越流行 28-33.粒子群優(yōu)化(PSO)、微分進(jìn)化、遺傳算法和蟻群算法技術(shù)用于生成的路徑問題是最受歡迎的進(jìn)化算法 21, 3442。 主要的優(yōu)勢在其他現(xiàn)代的PSO進(jìn)化算法是其建模的靈活性,快速收斂和更少的計算時間。該算法是只需要幾個參數(shù)進(jìn)行調(diào)優(yōu)并且能容納很容易通過的約束使用懲罰的方法,這使得它從實(shí)現(xiàn)的角度來看非常有吸引力。此外,該算法可以生成一個高效高質(zhì)量的解決方案與穩(wěn)定收斂特征28,43。這里，我們提出一個基于PSO算法來解決這個高度非線性優(yōu)化問題與一些約束,即,格拉曉夫的無上述缺陷條件。我們

7、假設(shè)一個連續(xù)接觸模型的連接,而聯(lián)合力的方向共同作用在正常的銷和孔19。連接間隙建模能通過一些虛擬的連接方向是由牛頓第二定律決定的。 在理想的情況下比較是完成上述設(shè)計之間的聯(lián)系,即沒有連接間隙。 本文組成如下,第二節(jié)描述了等效模型的虛擬連接間隙。在第三節(jié)中分析四連桿機(jī)構(gòu)的存在提出了聯(lián)合間隙。第四節(jié)致力于合成四連桿軌跡生成。在第五節(jié)中概述了PSO的算法。在第六節(jié)中提出了一個案例研究，最后在第七節(jié)中總結(jié)。 2等效模型的虛擬連接間隙連接 在這項研究中,平面四桿機(jī)構(gòu)被認(rèn)為是一個連接間隙。一個平面轉(zhuǎn)動連接包括半徑為i的第i個連接的銷連接和下一個孔將附加到半徑為i+ 1的第(i+ 1)個連接,見圖1。在這種

8、情況下,連接位置的兩個耦合鏈接是根據(jù)合力和僅限于內(nèi)部圓孔連接的。它是便捷分兩個耦合的鏈接假設(shè)中心，是連接虛擬連接間隙連接(VJCL)r的方向合成力22。另一方面,每個連接間隙給額外自由度的連鎖控制方向的合力。此外,r等于8, 18r = ri+1 ri。3分析 在這一節(jié)中,我們包括運(yùn)動到靜態(tài)分析的平面四桿機(jī)構(gòu)。假定輸入鏈接常數(shù)和旋轉(zhuǎn)角速度(2)。然后,隔離體圖的鏈接存在的慣性力量和時間如圖2。一個輸入鏈接可以編寫為以下方程同樣,一個耦合和輸出鏈接可以寫為以下方程詳情見附錄一。和的描述如圖2。方程式(5)(6)能解決Fx23, Fy23在返回的值替換Fx34 和Fy34。 同樣,把Fx23, F

9、y23值導(dǎo)入方程式(2)(3)導(dǎo)出Fx12,Fy12。最后,把Fx34和Fy34的值導(dǎo)入方程式(8)(9)從而導(dǎo)出Fx14, Fy14。值得注意的是,VJCL方向與前面的力的方向相同。因此,VJCL方向在連接A上可以得出 同樣,VJCLs 在A0,B和B0方向上分別給出了 3.1四連桿機(jī)構(gòu)與四連桿間隙 在本節(jié)，我們在現(xiàn)實(shí)中分析平面四桿機(jī)構(gòu),即有四個連接間隙,如圖3,其運(yùn)動學(xué)模型如圖4。 為了來自于點(diǎn)A0的參考不失通用性。因此,質(zhì)量中心的連接將分別給出此外,由P點(diǎn)的耦合坐標(biāo)P=f(2,1,r1、r2,23,r3,4,r4)給出循環(huán)閉合方程可以寫成這個方程可以作為特定組件寫出來 符合上面的關(guān)系和用

10、包含3的方程解決它，導(dǎo)出 A1、A2和A3查附錄B。 把方程式(23)用3帶入方程式(22)中簡化，得到 角速率的耦合和后續(xù)可以寫成 此外,線性速度的質(zhì)量中心的輸入、耦合和從動件可以寫為 最后,方程式(25)和(26)的時間衍生品,角加速度的耦合和后續(xù)者及線性加速度的質(zhì)量中心見附錄C。 3.2沒有連接間隙的四桿機(jī)構(gòu) 通過替換r1 = 0,r2= 0,r3 = 0 ,r4 = 0,1 = 0,2 = 0,3 = 0和4 = 0到方程式(17)(26),下降為沒有連接間隙的四桿機(jī)構(gòu)。 3.3四連桿機(jī)構(gòu)與A的間隙聯(lián)合 通過替換r1 = 0,r3= 0，r4 = 0 ,1 = 0,3 = 0和4 =

11、0到方程式(17)(26),減少到四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)系與A的間隙聯(lián)合。 3.4四連桿機(jī)構(gòu)和A和B的連接間隙 通過替換r1 = 0,r4 = 0,1 = 0,4 = 0到方程式(17)(26),減少到四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)系與A和B的連接間隙。 3.5四連桿機(jī)構(gòu)與A、B和B0的連接間隙 通過替換r1 = 0和1 = 0到方程式(17)(26),減少到四桿機(jī)構(gòu)的關(guān)系與A、B和B0的連接間隙。 4設(shè)計四連桿軌跡生成的聯(lián)系問題 這里，我們設(shè)計的平面四桿機(jī)構(gòu)軌跡生成有五種不同的情況,即沒有聯(lián)合間隙,在連桿A或B的連接間隙,在連桿A、B和B0的連接間隙，最后是包含全部連桿的連接間隙。 4.1設(shè)計參數(shù) 有幾個設(shè)計參數(shù)對軌跡

12、生成沒有規(guī)定的時間,即;a1, a2, a3, a4,AP, x0, y0, 1, ，在一個向量總結(jié)了所有形式這里N是用目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量來進(jìn)行優(yōu)化。 4.2設(shè)計目標(biāo) 制定綜合誤差函數(shù)主要的問題在鏈接的優(yōu)化。目的函數(shù)有兩個部分，即位置誤差和約束強(qiáng)加在這里一些懲罰函數(shù)。通常,在路徑生成合成,前者是定義為均方距離生成和所需的路徑,而后者被定義為一些不等式約束。在這里,我們有四個類型的約束,即,格拉曉夫條件、順序、分支缺陷和電路缺陷。 根據(jù)格拉曉夫條件的情況 25， 約束的順序、分支和電路的缺陷是給定的,分別是25 因此,目標(biāo)函數(shù)為路徑生成鏈接與前述約束可以被定義為 最小化 分別是所需的精密的點(diǎn)和生成的點(diǎn)

13、。此外,M1、M2、M3、M4是常量為20的值,函數(shù)在約束失敗時，客觀的功能是不利的。 5 PSO算法 在本部分中,我們說明了一個基于PSO算法的合成路徑生成平面四桿機(jī)構(gòu)和一些約束作為解釋，見章節(jié)4.2。PSO的想法是基于社會行為和動態(tài)運(yùn)動的蜜蜂、黃蜂、螞蟻、白蟻、魚類和鳥類。一個粒子的路徑PSO在群是一個函數(shù)的自己的知識和信息,也是知識和信息的群可能修改在每個迭代中。最好位置的j粒子稱為“Pbest,j”，最佳位置的群在每個迭代中被稱為“Gbest”。 位置和速度的j粒子在迭代中的計算,如下所示 常量c1和c2的被稱為“社會參數(shù)”，它們的值通常是材料尺寸2；u1和u2是0到1之間的隨機(jī)數(shù)和

14、(i)被稱為“權(quán)重因子”在迭代中改變,也就是 max和min的值通常是0.9和0.4,分別地;i是大量的迭代次數(shù)，imax是最大迭代數(shù)。 此外,該算法見圖5,我們確保序列的精確點(diǎn),也就是 在這里給出的算法,格拉曉夫的條件和可能缺陷的可行設(shè)計如順序、分支和電路的缺陷,也被認(rèn)為是可行的。然而,發(fā)現(xiàn)概率的初始隨機(jī)數(shù)據(jù)滿足上述約束卻非常少。此外,復(fù)雜的路徑生成合成問題所需的目標(biāo)點(diǎn)隨數(shù)量的增加而增加。這些可能會導(dǎo)致解決方案耗時。對于這個缺點(diǎn),這里還包含用來來尋找新的邊界對于每個獨(dú)立變量而不是最初的邊界的一個子程序。目標(biāo)是獲得提升概率的約束滿意度和預(yù)優(yōu)化的mainobjective函數(shù)。因此,優(yōu)化問題收斂

15、到最小值是在較小的迭代。該算法見圖5。 6案例研究 作為一個案例研究,我們按照20精密點(diǎn)的預(yù)定軌跡設(shè)計一個無秩序,分支和電路的缺陷平面四桿機(jī)構(gòu)。值得注意的是,該算法在第一步檢查的條件，不包括那些格拉曉夫解決方案和順序、分支和循環(huán)缺陷的切實(shí)可行的解決方案。因此,這個問題導(dǎo)致最小化Eq.(33)與向量的設(shè)計變量所需的點(diǎn)設(shè)計變量的范圍 圖5 PSO算法方案的合成實(shí)驗(yàn)室平面存在間隙的聯(lián)系 6.1設(shè)計 6.1.1 設(shè)計1 無連接間隙的軌跡生成 在本節(jié)我們在理想情況下解決上述最優(yōu)軌跡的生成問題,即沒有連接間隙。合成幾何參數(shù)、數(shù)量的迭代,相應(yīng)值的目標(biāo)函數(shù)和誤差見表1。 6.1.2 設(shè)計2 一個間隙的軌跡生成

16、 這里我們設(shè)計的是存在間隙r2 = 1(mm)聯(lián)合幾何參數(shù)a的合成軌跡生成問題的平面四桿機(jī)構(gòu),迭代的數(shù)量和相應(yīng)的誤差目標(biāo)函數(shù)給出了表1中。 6.1.3 設(shè)計3 在連桿A和B的間隙軌跡生成 這里我們設(shè)計的是分別在連桿A和B存在間隙r2 = 1(mm)和r3 = 1(mm)存在軌跡生成問題的平面四桿機(jī)構(gòu)。合成幾何參數(shù)、數(shù)量的迭代和相應(yīng)的誤差目標(biāo)函數(shù)見表1。 6.1.4 設(shè)計4 在連桿A,B和B0的間隙軌跡生成 這里我們設(shè)計的是在連桿A、B、B0存在間隙r2 = 1(mm),r3 = 1(mm)和r4 = 1(mm)存在軌跡生成問題的平面四桿機(jī)構(gòu)。合成幾何參數(shù)、數(shù)量的迭代和相應(yīng)的誤差目標(biāo)函數(shù)見表1。

17、 6.1.5 設(shè)計5 在所有連桿的間隙軌跡生成 最后,我們設(shè)計的是在分別連桿A,B,B0,A0存在間隙r1 = 1(mm),r2 = 1(mm),r3 = 1(mm)和r4 = 1(mm)存在軌跡生成問題的平面四桿機(jī)構(gòu),。合成幾何參數(shù)、數(shù)量的迭代和相應(yīng)的誤差目標(biāo)函數(shù)見表1。 所有的設(shè)計所需的目標(biāo)點(diǎn)和生成的點(diǎn)均見圖6中,錯誤設(shè)計的見圖7所示。后者圖揭示了設(shè)計5大錯誤而導(dǎo)致設(shè)計的耦合曲線1接近目標(biāo)點(diǎn)。此外,VJCLs方向的連桿A0,A,B和B0如圖8、9、10和11所示。他們表明,VJCLs在一些點(diǎn)改變自己的方向。此外,圖12顯示算法的收斂速度,設(shè)計非?？焖?。 現(xiàn)在,我們在實(shí)際中評估設(shè)計,即這四個

18、被動連桿存在聯(lián)合間隙。所需的目標(biāo)點(diǎn)和生成的點(diǎn)如圖13;而錯誤的設(shè)計,如圖14。與前面的結(jié)論,這些數(shù)據(jù)清楚地顯示,設(shè)計存在連接間隙問題的四連桿軌跡使結(jié)果更精確。圖6目標(biāo)點(diǎn)和耦合曲線:期望的目標(biāo)點(diǎn)(o)；生成點(diǎn)，設(shè)計1(- *),生成的點(diǎn),設(shè)計2(-),生成的點(diǎn),設(shè)計3(- -),生成的點(diǎn),設(shè)計4(-),生成的點(diǎn),設(shè)計5(。) 圖7 錯誤耦合曲線:設(shè)計1(- *)、設(shè)計2(-),設(shè)計3(- -),設(shè)計4(-),設(shè)計5(。)最后,分別在圖15、16和17設(shè)計繪制所有的目標(biāo)點(diǎn)和。這些清晰連續(xù)的曲線表明,該設(shè)計是自由的秩序、分支和電路的缺陷。 圖8 VJCL在連桿A0方向:設(shè)計5(。) 圖9 連桿A在VJCL的方向:設(shè)計2(-),設(shè)計3(- -),設(shè)計4(-),設(shè)計5(。)圖9 連桿A在VJCL的方向:設(shè)計2(-),設(shè)計3(- -),設(shè)計4(-),設(shè)計5(。) 圖10 連桿B在VJCL的方向:設(shè)計3,(- -),設(shè)計4(