基于帶約束多目標(biāo)進(jìn)化算法研究及其在機(jī)械臂設(shè)計(jì)優(yōu)化中的應(yīng)用.pdf

1、國務(wù)院印發(fā)了《中國制造2025》規(guī)劃，根據(jù)規(guī)劃，機(jī)器人將成為重點(diǎn)領(lǐng)域之一。規(guī)劃指出，圍繞工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用需求，積極研發(fā)新產(chǎn)品，促進(jìn)機(jī)器人標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化發(fā)展，擴(kuò)大市場應(yīng)用。突破機(jī)器人本體、關(guān)鍵零部件及系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)制造等技術(shù)瓶頸。制造大國轉(zhuǎn)型升級(jí)成“智造”強(qiáng)國成為發(fā)展新趨勢，毫無疑問工業(yè)機(jī)器人無疑是我國制造業(yè)改革的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。本文要研究的一個(gè)重點(diǎn)就是利用智能進(jìn)化算法對(duì)機(jī)械臂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合機(jī)械臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以機(jī)械臂運(yùn)

2、動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)理論研究為基礎(chǔ)，以機(jī)械臂幾何參數(shù)和傳動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)為研究變量，以可操作性和重量為優(yōu)化目標(biāo)，利用帶約束的多目標(biāo)進(jìn)化算法對(duì)機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)以及傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。以實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有機(jī)械臂輕質(zhì)化和可操作性提高的目的。本文中用于研究對(duì)象的機(jī)械臂，一是UR5（Universal Robot5）機(jī)械臂，另一是實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的機(jī)械臂，論文的主要研究工作如下：
　?。?）針對(duì)UR5和自主研發(fā)的機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)建模。建立D-H坐標(biāo)系及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，求

3、解機(jī)械臂的正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)。在機(jī)械臂正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的基礎(chǔ)上，分別利用蒙特卡洛法和 MATLAB機(jī)器人工具箱對(duì)機(jī)械臂的工作空間進(jìn)行求解，得到機(jī)械臂工作空間三維云圖，從兩種方法的對(duì)比中，相互驗(yàn)證了求解結(jié)果的合理性。
　?。?）對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行描述。在滿足機(jī)械臂性能的前提下，希望得到質(zhì)量更輕，可操作性更高的機(jī)械臂。結(jié)合機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)確定機(jī)械臂的幾何參數(shù)以及傳動(dòng)系統(tǒng)中電機(jī)和減速器的型號(hào)作為設(shè)計(jì)變量。同時(shí)，在進(jìn)行優(yōu)化時(shí)必須要滿足機(jī)械臂的幾何參數(shù)約束

4、，以及傳動(dòng)系統(tǒng)中扭矩，轉(zhuǎn)速的約束。
　?。?）利用三種改進(jìn)的約束多目標(biāo)優(yōu)化算法對(duì)機(jī)械臂的設(shè)計(jì)優(yōu)化問題進(jìn)行求出最優(yōu)解。這三種算法分別是MOEAD-CDP、MOEAD-ACDP、MOEAD-IEps。MOEAD-CDP提出基于懲罰函數(shù)的一種約束處理方法，而不要任何懲罰參數(shù)。MOEAD-ACDP提出基于角度的支配原則。MOEAD-IEps提出一種改進(jìn)的ε約束處理方法。
　?。?）針對(duì)已優(yōu)化出來的Pareto前沿上的解進(jìn)行分析，研究