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

畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯系部：機械工程系專業(yè)：機械工程及自動化姓名：學號：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。指導教師評語：簽名：年月日注：請將該封面與附件裝訂成冊。附件1：外文資料翻譯譯文具有動態(tài)特性約束的高速靈活的機械手優(yōu)化設(shè)計摘要：本文提出了一種強調(diào)時間獨立和位移約束的機器手優(yōu)化設(shè)計理論，該理論用數(shù)學編程的方法給予了實現(xiàn)。將各元件用靈活的連桿連接起來。設(shè)計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間約束。結(jié)果表明，此方法產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果比運用Kresselmeier-Steinhauser函數(shù)，且利用等量約束所產(chǎn)生的設(shè)計方案更好。建立了序列二次方程基礎(chǔ)上的優(yōu)化設(shè)計方案，且設(shè)計靈敏度通過總體有限偏差來評定。動態(tài)非線性方程組包含了有效運動和實際運動的自由度。為了舉例說明程序，設(shè)計了一款平面機器人，其中利用某一特定的方案并且運用了不同的等量約束進行了設(shè)計。版權(quán)屬于1997年埃爾塞維爾科技有限公司1導論目前對高速機器人的設(shè)計要求越來越高，元件質(zhì)量的最小化是必不可少的要求。傳統(tǒng)機器手的設(shè)計取決于靜態(tài)體系中運動方式的多樣化，但這并不適合于高速系統(tǒng)即應(yīng)力和繞度均受動力效應(yīng)控制的系統(tǒng)。為了防止失敗，在設(shè)計的時候必須考慮到有效軌跡和實際運動軌跡之間的相互影響。在暫態(tài)負載下對結(jié)構(gòu)系統(tǒng)進行設(shè)計已經(jīng)開始展開研究，該研究是基于下面幾個不同的等量約束條件下進行的，分別為對臨界點的選擇上1，反約束的時間限制2，和Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)3,4的基礎(chǔ)上進行研究。在選擇臨界點時，假定臨界點的位置的時間是固定的，然而這種假設(shè)不適合高速系統(tǒng)。第二個辦法的缺點是等量約束在可行域內(nèi)幾乎為0，因此現(xiàn)在還沒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，但它定義了一個保守的約束，從而產(chǎn)生了一個過于安全的設(shè)計方法。在設(shè)計機器手的時候，常規(guī)方法是考慮多靜態(tài)姿態(tài)5-7，而不是考慮時間上的約束。這種方法并不適合高速系統(tǒng)，原因是一些姿態(tài)不能代表整個系統(tǒng)的運動，此外，位移和應(yīng)力的計算也是不準確的，這是因為在計算的時候省略了剛性和彈性運動之間的聯(lián)系。事實上，這種聯(lián)系是靈活多體分析中最基本的8-10。在這項研究中，開發(fā)了一種設(shè)計高速機械手的方法，這種方法考慮了系統(tǒng)剛性彈性運動之間的聯(lián)系及時間獨立等約束。把最關(guān)鍵的約束作為等量約束。最關(guān)鍵的約束的時間點可能隨著設(shè)計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)計的最優(yōu)化取決于序列二次方程式。為了說明程序，對雙桿平面機器手的強度和剛度進行了優(yōu)化。設(shè)計結(jié)果與那些采用了Kreisselmeier-Steinhauser函數(shù)的機器手進行對比。2、設(shè)計理念在這一節(jié)中，機器手的優(yōu)化設(shè)計方法使用用于計算強度和剛性的非線性數(shù)學編程方法。機器手由N個活動連桿組成，每一個連桿由Ek個有限零件柱組成。其目的是盡可能的減小機械手的質(zhì)量。與強度關(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動的位移產(chǎn)生偏移。設(shè)計變量就是連桿和零件的截面特性。從數(shù)學上來說，目標函數(shù)11kENkikikifV應(yīng)滿足這樣的約束:(,)0jgxt1,.,cjN（1）其中ki和kiV分別是第k個機構(gòu)的第i個零件的密度和體積，x是設(shè)計變量VN的矢量，CN是時間約束總數(shù)。在驗證位移和應(yīng)力的時候，參考文獻10中的遞推公式可用來計算機器手有效軌跡與實際軌跡。將連桿kB的變形與連桿參照系k聯(lián)系起來，其中kB在一定邊界約束條件下做完整運動。這樣通過縮小模型就可以減少每個連桿的實際自由度數(shù)了。系統(tǒng)的廣義坐標系是由連桿變量i和模塊變量i組成的。微粒P的運動速度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曾被用來測定一些運動方程式如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，計算公式如下：11TkkiTkikikikirrrfENkiffVkikikiMMMdVsymMsym（4）11()TkkiTrkiENkikikifVkikiQQdVQ（5）0sFK(6)其中上標r和f分別代表有效自由度和實際自由度。K為對角矩陣，其對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)。方程式中的標注即多次出現(xiàn)的下標指數(shù)是以概括的形式出現(xiàn)的，這些下標只不過是公式的一部分，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是時間變量，kim是第k個機構(gòu)的第i個元件的質(zhì)量。