基于性能驱动的船载稳定平台尺度参数优化设计

来源：机器人杂志2023年第1期北京时间：

作者：田文杰, 吕东坡, 张相鹏

摘要：为提升船载稳定平台的运动学性能, 针对3-UPS & S并联机构的尺度参数优化问题, 以机构的工作空间体积和全域力传递率为综合评价指标, 采用小生境遗传算法优化得到稳定平台的最佳几何构形。具体地, 采用数值法与解析法相结合的方式判断支链长度、关节转角、奇异位形等约束条件的生效情况, 求解出并联稳定平台的工作空间; 基于力雅可比矩阵逆矩阵的最小奇异值定义机构的局部力传递性能, 以工作空间内局部力传递率的平均值作为全域力传递性能评价指标; 以工作空间体积和全域力传递率的加权和为优化目标, 采用小生境自适应遗传算法完成优化求解, 获得最优尺度参数。与初始构形的性能对比分析表明, 优化构形在力传递性能方面有35%的提升, 具有更好的综合运动学性能。制作试验样机并完成相关实验, 验证了所提尺度参数优化方法的有效性。最后探讨了多目标优化过程中不同的权重系数取值对优化结果的作用规律, 发现选用均衡的权重可获得更佳的综合性能。

关键词：船载, 并联稳定平台, 尺度优化, 工作空间, 力传递性能, 小生境遗传算法