外文翻译--具有动态特性约束的高速灵活的机械手优化设计 中文版.doc

毕业设计(论文)外文资料翻译系部：机械工程系专业：机械工程及自动化姓名：学号：外文出处：Computers&StructuresVol.65,No.2,pp255-259,1997ElsevierScience附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语：签名：年月日注：请将该封面与附件装订成册。附件1：外文资料翻译译文具有动态特性约束的高速灵活的机械手优化设计摘要：本文提出了一种强调时间独立和位移约束的机器手优化设计理论，该理论用数学编程的方法给予了实现。将各元件用灵活的连杆连接起来。设计变量即为零件横截面尺寸。另用最关键的约束等量替换时间约束。结果表明，此方法产生的设计结果比运用Kresselmeier-Steinhauser函数，且利用等量约束所产生的设计方案更好。建立了序列二次方程基础上的优化设计方案，且设计灵敏度通过总体有限偏差来评定。动态非线性方程组包含了有效运动和实际运动的自由度。为了举例说明程序，设计了一款平面机器人，其中利用某一特定的方案并且运用了不同的等量约束进行了设计。版权属于1997年埃尔塞维尔科技有限公司1导论目前对高速机器人的设计要求越来越高，元件质量的最小化是必不可少的要求。传统机器手的设计取决于静态体系中运动方式的多样化，但这并不适合于高速系统即应力和绕度均受动力效应控制的系统。为了防止失败，在设计的时候必须考虑到有效轨迹和实际运动轨迹之间的相互影响。在暂态负载下对结构系统进行设计已经开始展开研究，该研究是基于下面几个不同的等量约束条件下进行的，分别为对临界点的选择上1，反约束的时间限制2，和Kreisselmeier-Steinhauser函数3,4的基础上进行研究。在选择临界点时，假定临界点的位置的时间是固定的，然而这种假设不适合高速系统。第二个办法的缺点是等量约束在可行域内几乎为0，因此现在还没有迹象表明这些约束是否重要。使用Kreisselmeier-Steinhauser函数在可行域中产生了非零的等量约束，但它定义了一个保守的约束，从而产生了一个过于安全的设计方法。在设计机器手的时候，常规方法是考虑多静态姿态5-7，而不是考虑时间上的约束。这种方法并不适合高速系统，原因是一些姿态不能代表整个系统的运动，此外，位移和应力的计算也是不准确的，这是因为在计算的时候省略了刚性和弹性运动之间的联系。事实上，这种联系是灵活多体分析中最基本的8-10。在这项研究中，开发了一种设计高速机械手的方法，这种方法考虑了系统刚性弹性运动之间的联系及时间独立等约束。把最关键的约束作为等量约束。最关键的约束的时间点可能随着设计变量值的变化而变化。反应灵敏度由整体偏移所决定，设计的最优化取决于序列二次方程式。为了说明程序，对双杆平面机器手的强度和刚度进行了优化。设计结果与那些采用了Kreisselmeier-Steinhauser函数的机器手进行对比。2、设计理念在这一节中，机器手的优化设计方法使用用于计算强度和刚性的非线性数学编程方法。机器手由N个活动连杆组成，每一个连杆由Ek个有限零件柱组成。其目的是尽可能的减小机械手的质量。与强度关联的约束主要是应力元素和刚性约束。这些约束将使得有效运动的位移产生偏移。设计变量就是连杆和零件的截面特性。从数学上来说，目标函数11kENkikikifV应满足这样的约束:(,)0jgxt1,.,cjN（1）其中ki和kiV分别是第k个机构的第i个零件的密度和体积，x是设计变量VN的矢量，CN是时间约束总数。在验证位移和应力的时候，参考文献10中的递推公式可用来计算机器手有效轨迹与实际轨迹。将连杆kB的变形与连杆参照系k联系起来，其中kB在一定边界约束条件下做完整运动。这样通过缩小模型就可以减少每个连杆的实际自由度数了。系统的广义坐标系是由连杆变量i和模块变量i组成的。微粒P的运动速度ki可表式为kikikiv(2)其中ki和ki是相互制约的系数。凯恩（Kane）等人的方程式12曾被用来测定一些运动方程式如syMQFF(3)其中,TTTy是整体速度向量，F是合成外力向量，M、Q还有sF分别为总质量、柯氏力、地心引力和弹力，计算公式如下：11TkkiTkikikikirrrfENkiffVkikikiMMMdVsymMsym（4）11()TkkiTrkiENkikikifVkikiQQdVQ（5）0sFK(6)其中上标r和f分别代表有效自由度和实际自由度。K为对角矩阵，其对角线上的子矩阵是减少了的有效矩阵kB以连杆变量的形式出现的。为了验证子矩阵在方程（4，5）中是否正确，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是元件形状函数，rn是连杆变量数，m是模块变量数。方程式中的标注即多次出现的下标指数是以概括的形式出现的，这些下标只不过是公式的一部分，并不表示某一含义除非特定指明。这些子矩阵可表示成：pqpqptzsptpqzspqzsptuv11()kENkkkkikkikikiffkikikiptqtzszusvkiMmPRpqpqptzsptpqzspqzsptuv11()kENkkkkikkikikirfkikikiptqtzszusvkiMmPR其中kikikikiuvuvVPdV和kikikikikizusvzsuvVRdV；z,u=1,2,3；s,v=1,12是时间变量，kim是第k个机构的第i个元件的质量。在定义.kkkqmqmppma和.kikikiqmqrumprupmrub时，柯氏力和地心引力可由下列算式计算出来：pqpqpqzspqzspzsppuv11()kENkkkikirkikkikkikikiqpzszusvkiQmabaPbR