[发明专利]六自由度并联平台结构参数优化方法

说明书

一种六自由度并联平台结构参数优化方法，基于多目标‑多约束算法，首先对并联平台的工作空间和灵巧度进行分析，以并联平台的工作空间大小和灵巧度指标为目标，分析平台参数优化的约束条件，最后，基于蒙特卡洛方法设计了参数优化方法的过程，并由此得到综合工作空间大小和灵巧度的六自由度并联平台最优结构参数。该方法可以简单、直观地描述六自由度并联平台工作空间的大小与灵巧度；明确了六自由度并联平台在结构参数选择与优化过程中约束条件，提出了面向六自由度并联平台参数优化的多目标‑多约束算法，可进行结构参数的优化；给出了使用蒙特卡洛方法结构参数优化过程，可使六自由度并联平台得到综合工作空间与灵巧度的最优结构参数。

技术领域

本发明涉及一种六自由度并联平台结构参数优化方法，使用该方法，可使六自由度并联平台获得综合工作空间大小和灵巧度的最优结构参数，属于六自由度并联平台结构参数优化领域。

背景技术

六自由度并联平台是一种应用广泛的并联机构，由静平台、动平台以及铰接在静平台和动平台之间的变长杆件构成，能够实现动平台在空间中六自由度的运动，包括三自由度的平移和三自由度的旋转。并联平台能够应用于多个领域，如卫星定位、并联机床、运动模拟、医疗机械、制造设备等，具有广阔的前景。随着制造业水平和机器人技术的提高，对工作平台运动位姿的精度、快速响应能力等技术要求也不断提高。

并联平台的结构参数对其工作空间和灵巧度指标都有重要的影响，因而并联平台的结构参数选取的是否合理决定了其工作性能的优劣。并联平台的工作空间表示其动平台末端所能达到的位姿，工作空间越大，平台的运动范围越大。并联平台的灵巧度指标表示平台输入与输出速度的传递关系，以雅克比矩阵的条件数作为该指标，雅克比矩阵的条件数越小，平台的控制精度越高。因而，综合考虑并联平台的工作空间与灵巧度指标以进行六自由度并联平台的结构参数优化，对提高六自由度并联平台的运动性能具有重要的意义。

然而，对于并联平台的结构优化，现有的方法大多采用单目标优化方法，不能综合考虑并联平台的运动空间大小与灵巧度。例如，基于工作空间的目标优化往往导致平台的灵巧度较小，而基于灵巧度的目标优化得到的并联平台的工作空间较小。

目前，尚缺乏系统而具体的六自由度并联平台的结构参数优化方法。

发明内容

针对现有并联平台的结构优化技术存在的不能综合考虑并联平台的运动空间大小与灵巧度的不足，本发明提供一种基于多目标-多约束算法的六自由度并联平台结构参数优化方法，利用该方法可得到综合工作空间大小和灵巧度的六自由度并联平台最优结构参数。

本发明的六自由度并联平台结构参数优化方法，基于多目标-多约束算法，首先对并联平台的工作空间和灵巧度进行分析，以并联平台的工作空间大小和灵巧度指标为目标，分析平台参数优化的约束条件，最后，基于蒙特卡洛方法设计了参数优化方法的过程，并由此得到综合工作空间大小和灵巧度的六自由度并联平台最优结构参数。

具体包括以下步骤：

(1)确定六自由度并联平台动平台工作空间大小的评价函数；

(2)确定六自由度并联平台灵巧度的评价函数；

(3)构建由六自由度并联平台工作空间大小及灵巧度评价函数组成的结构参数优化目标函数，以使并联平台能够获得最大的工作空间和最优的灵巧度指标；

(4)确定六自由度并联平台结构参数优化的约束条件，包括奇异性约束、运动副铰链转角转动范围限制、变长杆件之间的干涉以及变长杆件行程的约束；

(5)建立面向结构参数优化的多目标-多约束算法；

(6)设计基于蒙特卡洛方法结构参数的优化过程，并由此得到六自由度并联平台的最优结构参数。

所述步骤(1)确定六自由度并联平台动平台工作空间大小的具体过程为：