考慮不確定性的激光切割機(jī)床主體機(jī)構(gòu)多目標(biāo)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造、使用過(guò)程中存在著不確定性因素的影響，在忽視不確定性因素影響的多目標(biāo)優(yōu)化過(guò)程中，不確定性因素會(huì)在多個(gè)目標(biāo)函數(shù)間傳播累積，最終使得并聯(lián)機(jī)構(gòu)的需求性能產(chǎn)生波動(dòng)，可靠性降低。因此，為了滿足實(shí)際工程中對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)可靠性的要求，需將考慮不確定性的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)引入到并聯(lián)機(jī)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)中。本文以并聯(lián)機(jī)構(gòu)在激光切割機(jī)床主體機(jī)構(gòu)方面的應(yīng)用為例，將考慮不確定性的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)引入到激光切割機(jī)床主體機(jī)構(gòu)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，以此提高激

2、光切割機(jī)床的精度和可靠性。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）為了將并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)與激光切割機(jī)床向著高速、精密的發(fā)展趨勢(shì)相結(jié)合，本文以豎式3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為激光切割機(jī)床主體機(jī)構(gòu)。對(duì)3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論分析。包括互易螺旋理論為基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)特征分析，通過(guò)幾何約束方程求得機(jī)構(gòu)位置方程，采用三維極坐標(biāo)搜索法得到該機(jī)構(gòu)的工作空間圖。以虛設(shè)機(jī)構(gòu)法求得并聯(lián)機(jī)構(gòu)的Jacobian矩陣和Hessian矩陣，基于影響系數(shù)法對(duì)3-PUU并

3、聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，通過(guò)牛頓-歐拉法建立3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆動(dòng)力學(xué)模型。
　?。?）為了保證并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論分析的正確性，利用Matlab數(shù)值計(jì)算和Adams虛擬建模進(jìn)行聯(lián)合仿真，兩種仿真形式所得曲線相吻合，保證了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論分析的正確性和仿真結(jié)果的可靠性，同時(shí)驗(yàn)證了3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)用作激光切割機(jī)床主體機(jī)構(gòu)的適用性，為性能指標(biāo)的建立提供了正確的理論基礎(chǔ)。
　?。?）為了提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的整體性能，對(duì)其開(kāi)展多

4、目標(biāo)優(yōu)化研究。根據(jù)3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)的服役環(huán)境和性能需求，以工作空間、速度全域性能、加速度全域性能、慣性力全域性能等方面性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。采用基于Isight的第二代非劣排序遺傳算法（NSGA-II）對(duì)設(shè)計(jì)空間進(jìn)行Pareto搜索，平衡各性能的實(shí)際需求，在可行性設(shè)計(jì)點(diǎn)中選取最優(yōu) Pareto解，使得機(jī)構(gòu)整體性能最優(yōu)。
　?。?）為了保證并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可靠性要求，采用基于Isight的6 Sigma優(yōu)化的方式來(lái)

5、管理3-PUU并聯(lián)機(jī)構(gòu)中隨機(jī)不確定性因素。首先運(yùn)用概率論的方法分析量化不確定性因素，并建立考慮不確定性的多目標(biāo)優(yōu)化模型。然后在多目標(biāo)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，基于Isight對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行6 Sigma優(yōu)化。最后通過(guò)可靠性分析對(duì)比6 Sigma優(yōu)化前后需求性能的可靠度，經(jīng)過(guò)對(duì)比可以得到6 Sigma優(yōu)化所得優(yōu)化結(jié)果更加可靠，更切合實(shí)際工程需求。
　　本課題的研究不僅能夠促進(jìn)激光加工技術(shù)的發(fā)展，而且能夠彌補(bǔ)并聯(lián)機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中忽視不確定性因素