基于遗传算法的六自由度平台参数优化设计.pdf

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1、2012年5月机床与液压Mav2012第4O卷第10期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVo1．40No．10DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2012．10．001基于遗传算法的六自由度平台参数优化设计王军，吴罕奇，王巍，陈祖亮(湖南三一智能控制设备有限公司，湖南长沙410100)摘要：主要介绍一种使用遗传算法对六自由度并联机器人进行结构参数优化设计的方法，并通过具体实例表明，优化结果能够满足实际应用需要。关键词：并联机器人；遗传算法；优化设计中图分类号：TP242文献标识码：B文章编号：1001—3881(2012

2、)10—001—3StructureParameterOptimalDesignforthe6-DOFStewartPlatformBasedonGeneticAlgorithmWANGJun，WUHanqi，WANGWei，CHENZuliang(SanyIntelligentControlEquipmentCo．，Ltd，ChangshaHunan410100，China)Abstract：Astructurep~ameteroptimaldesignmethodtothe6DOFStewartplatformwasintroducedbasedo

3、ngeneticalgorithm．Throughanexample，itisshowntheoptimalresultcanmeetthepracticalrequirement．Keywords：6-DOFparallelrobot；Geneticalgorithm；Optimaldesign空间并联机器人是基于并联机构Stewart平台原0．～Yz为动坐标系(坐标原点0位于上平台铰接点理开发的，具有结构刚度大、承载能力强、无累积误外接圆中心，方向如图示)。P(i=1，2，⋯，6)为上平差、运动精度高、系统动态响应快以及位置反解计算台铰接点在动坐标

4、中的坐标值，B(i=1，2，⋯，6)为简单等串联机器人所不具有的优点，因此近年来成为下平台铰点在定坐标中的坐标值。因此可以得到各个机器人研究的热点。根据并联机器人学理论，铰点坐标值：Stewart平台的结构参数(主要包括上下铰链位置坐『Pi=，(r，Ol1)⋯标及驱动杆长度等)直接影响到6根驱动杆的速度、【B=g(R，)受力和伸缩行程等，进而对平台运动学及动力学性能式中：r为上平台铰接点外接圆半径；产生重要的影响。因此，为尽可能提高平台的运动．为上平台短边对应的中心角度值；学、动力学性能并降低成本，必须对平台的结构参数R为下平台铰接点外接圆半径；进行优

5、化设计。：为下平台短边对应的中心角度值。遗传算法是美国教授HOLLAND于1975年根据‘．，，)生物进化理论和遗传变异原理提出的一种模拟生物进化过程中的自然选择机制的优化方法。与其他优化方B／厂]＼B法相比，GA具有全局、并行搜索的优点，不易陷入局部最优，且对优化函数本身没有特殊要求，既不要／PsP4I＼求连续也不要求可微。因此，遗传算法广泛地应用于计算科学、模式识别和智能故障诊断等方面，尤其o(o)／＼x适用于解决复杂的非线性和多维空间最优解，在近年BsbP6／获得广泛关注。口l1平台参数优化数学模型根据机器人学相关理论，建立坐标系如图1所图1St

6、ewart并联平台坐标系示。若已知上平台的位姿(，Y，，Ot，卢，y)，图中，坐标系0一xyz为定坐标系(坐标原点0位则可得到各驱动杆的长度、受力以及运动速度，即驱于下平台铰接点外接圆中心，方向如图示)，坐标系动杆的运动性能是平台结构参数的函数。收稿日期：2011—04—18基金项目：国家863项目(2008AA042802)作者简介：王军(1983一)，男，硕士研究生，研究方向为工程机械智能控制。E—mail：sanywangjun@sinmcorn．cn。·2·机床与液压第40卷以上即为六自由度平台参数优化的基本数学模平台运动过程中各驱动杆受力示意

7、图如图2所型。示。1．1设计变量选取据以上分析，平台的结构参数包括上平台外接圆半径r，上平台短边对应的中心角度Ot、；下平台外接圆半径尺，下平台短边对应的中心角度Ot，以及平台处于平衡状态时上下平台间距离，n。因此确定设计变FF6F2、FsFF量X=【rROtlO／2】。

8、1．2约束条件确定图2平台驱动杆受力示意图该平台主要用于室内演示，要求占用空间有限，图中，，为平台运动的惯性力；G。为平台自身重力；便于移动，因此确定各参数尺寸范围如下：F为驱动杆对平台的支反力。0．2m≤r≤0．6IT1对平台做受力分析，由力及力矩平衡原理可得：0．4m≤R≤1．0

9、m6r∑F+F+G。=04。≤o[，≤60。‘(3)4。≤Ot2≤60。【∑F+F+MG=00