论文部分内容阅读
本文结合设计的皮下穿刺手术机器人,对3-PRS并联机构进行多目标优化设计,针对运动学和动力学的多个性能进行多目标优化研究,并且对算法的优劣进行了研究分析。把优化软件Isight运用到3-PRS并联机构的多目标参数优化中,建立的优化流程和提出的优化算法评判标准对今后的研究有一定的参考意义。本文的主要研究内容如下。对手术机器人主要部分3-PRS机构的基本理论进行了详细的研究与计算,分析并联机构运动学,计算出反解,并应用软件Isight和ADAMS对运动学反解进行仿真验证,采用螺旋理论结合李群理论对并联机构雅克比矩阵进行求解。对并联机构静力学进行分析,建立静平衡方程,求出力雅克比矩阵。建立了运动学层面和静力学层面的性能指标为下文的多目标优化设计奠定了基础。基于Isight软件对手术机器人的3-PRS并联机构进行运动层面的多目标优化设计。采用前文建立的3-PRS并联机构的指标作为目标。基于NSGA-Ⅱ方法进行多目标优化。得到分布性良好的Pareto解集及Pareto前沿,分析目标指标,并给出优化算例以体现优化效果的有效性。对3-PRS并联机构进行6Sigma稳健性优化设计,将运动层面的多目标优化设计作为确定性优化设计,首先进行6Sigma稳健性分析,然后对其进行6Sigma稳健性优化设计,结果分析表明,并联机构Sigma质量水平和可靠性性有了明显的提高,百万次品率下降明显。对3-PRS并联机构进行动力学分析,建立动力学方程,基于动能等效原理求解动力学质量矩阵。根据质量矩阵建立了动力学灵巧度指标,基于有限元法建立了基频指标。基于Isight软件,采用DOE实验设计与多目标优化算法混合的方法解决优化问题。由DOE实验设计得到的效果图表现了各参数对目标函数的影响程度。Pareto解集给出了所有可行解。最后给出的算例体现了良好的优化效果。目前优化设计方法繁杂,为提高优化质量,本文提出了评价优化算法的方法标准,分别用NSGA-Ⅱ和NCGA算法对并联机构进行多目标优化,对这两种非归一化方法的优化质量进行研究比较。实验分析表明NSGA-Ⅱ算法的优化质量优势明显。