現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用

1、收稿日期:2007208229基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(50535010作者簡(jiǎn)介:羅忠(1978-,男,內(nèi)蒙古集寧人,東北大學(xué)講師,博士;柳洪義(1945-,男,遼寧錦州人,東北大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師;聞邦椿(1930-,男,浙江溫嶺人,東北大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,中國(guó)科學(xué)院院士第29卷第7期2008年7月東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版Journal of Northeastern University (Natural Science Vol 129,No.7J ul.2008現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用羅忠,柳洪義,田洪海,聞邦椿(東北大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院,遼寧沈陽(yáng)110004

2、摘要:在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,提出了面向現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法該方法以智能機(jī)器為研究對(duì)象,以智能控制理論和方法為理論基礎(chǔ),可在設(shè)計(jì)過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的工作參數(shù)、工作過程、工作狀態(tài)以及故障診斷等方面進(jìn)行智能優(yōu)化通過對(duì)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)特點(diǎn)的具體分析,建立了智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法的理論結(jié)構(gòu)體系,包括智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法的含義、研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、理論基礎(chǔ)和特點(diǎn)等內(nèi)容以工作在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的打磨機(jī)器人為例進(jìn)行了智能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可全面提高產(chǎn)品的智能化程度和設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)鍵詞:現(xiàn)代機(jī)械;產(chǎn)品設(shè)計(jì);智能優(yōu)化設(shè)計(jì);智能控制;機(jī)器人中圖分類號(hào):TH 122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1005230

3、26(20080721004204Intelligent Optimization Design forUp 2to 2Date MachineProducts and Its ApplicationL U O Zhong ,L IU Hong 2yi ,TIA N Hong 2hai ,W EN B ang 2chun(School of Mechanical Engineering &Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,China.Correspondent :LUO Zhong ,E 2mail :zhluo

4、Abstract :Based on the achievements as shown in earlier works and the theory and methodology of intelligent control ,an intelligent optimization design (IOD is put forward for up 2to 2date machine products.With the intelligent machines taken as the object to investigate ,what is to be implemented in

5、 IOD process include the working parameters ,working process and conditions and fault diagnoses ,etc.Analyzing the characteristics in designing up 2to 2date machine products ,an IOD system is framed theoretically ,involving its definition ,implifications ,objectives and basic theories.Taking a polis

6、hing robot which works in unstructured environment as example ,the IOD process was studied experimentally ,and the experimental results revealed that it can raise the level of intellectualization and improve the design quality of products in an all 2round way.K ey w ords :up 2to 2date machinery ;des

7、ign of product ;intelligent optimization design (IOD ;intelligent control ;robot現(xiàn)代社會(huì)生活和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展都對(duì)機(jī)器設(shè)備的智能化水平提出越來越高的要求,在很多方面,用其智能化水平來衡量此類機(jī)械設(shè)備的檔次1-5,如智能樓宇、智能辦公設(shè)備、智能工程機(jī)械和智能機(jī)器人等凡是冠以“智能”二字的機(jī)械設(shè)備都代表高檔次的,這是已被大家廣泛認(rèn)同的事實(shí)在現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)方案往往不是惟一的,產(chǎn)品中的幾何參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、物理參數(shù)、工藝參數(shù)和經(jīng)濟(jì)參數(shù)等有多種選擇從多個(gè)可行方案中尋找“盡可能好”或“最佳化”方案,從多個(gè)參數(shù)選擇“最佳化”

8、參數(shù)的過程,稱為優(yōu)化設(shè)計(jì)而智能優(yōu)化設(shè)計(jì)是指不斷完善和提高設(shè)計(jì)對(duì)象的智能化程度,不斷向高層次智能發(fā)展和完善的設(shè)計(jì)過程通過智能優(yōu)化設(shè)計(jì),可以將沒有智能的機(jī)器發(fā)展成智能化的機(jī)器,將低層次智能化的機(jī)器發(fā)展成高智能化的機(jī)器,從而提高機(jī)械產(chǎn)品的功能和性能智能優(yōu)化設(shè)計(jì)有兩種不同的含義,一是用智能化的軟件或方法進(jìn)行設(shè)計(jì);二是對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象本身實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化智能優(yōu)化是國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主導(dǎo)方向,也是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)所應(yīng)該體現(xiàn)的基本內(nèi)容6本文所研究的智能優(yōu)化設(shè)計(jì)主要指的是第二種含義,即對(duì)產(chǎn)品本身的性能參數(shù)、工作過程、工作狀態(tài)和故障診斷等內(nèi)容進(jìn)行智能控制與優(yōu)化,使產(chǎn)品具有優(yōu)良的工作性能,進(jìn)而帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益這是

9、任何一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)所不可缺少的,也是現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中首要考慮的問題1智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)根據(jù)實(shí)際需求的不同,系統(tǒng)的智能化程度也不一樣,同樣,上層操作和作業(yè)任務(wù)的復(fù)雜程度也不相同但智能優(yōu)化的最終目標(biāo)是在條件允許范圍內(nèi),爭(zhēng)取用最簡(jiǎn)單的上層操作來完成復(fù)雜的作業(yè)任務(wù)可以將智能化機(jī)械產(chǎn)品按智能化程度的不同分為三級(jí),即動(dòng)作級(jí)、子任務(wù)級(jí)和總?cè)蝿?wù)級(jí)將動(dòng)作級(jí)定義為智能化程度最低級(jí),是由人指定自動(dòng)化設(shè)備智能地完成一項(xiàng)簡(jiǎn)單任務(wù),僅在完成這個(gè)簡(jiǎn)單任務(wù)中體現(xiàn)出智能化如輪腿結(jié)合式步行機(jī),操作者給出步行機(jī)運(yùn)動(dòng)的方向,步行機(jī)的控制系統(tǒng)將根據(jù)傳感信息自動(dòng)規(guī)劃各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)來適應(yīng)未知路面狀況,向著操作者給定的運(yùn)動(dòng)方向行走,而不需

10、要人單獨(dú)操作各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)子任務(wù)級(jí)是智能化程度的中間級(jí),指的是智能機(jī)器能自主地完成一項(xiàng)子任務(wù),而如果要完成一項(xiàng)總?cè)蝿?wù)時(shí),則需要人的輔助例如服務(wù)機(jī)器人7-8,由操作者選擇它來完成某一項(xiàng)子任務(wù),包括修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作總?cè)蝿?wù)級(jí)是智能程度的最高級(jí),也是智能優(yōu)化的最高目標(biāo)它指的是只需人用最簡(jiǎn)單的上層操作,無(wú)需人的干預(yù)和輔助,能自主地完成包含多個(gè)子任務(wù)的總體任務(wù)2智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容智能優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括工作參數(shù)智能控制與優(yōu)化、工作過程智能控制與優(yōu)化、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷等內(nèi)容不同的工作任務(wù),其需要考慮的側(cè)重點(diǎn)也不一樣例如對(duì)于車削、銑削或磨削等各種切削系統(tǒng),往往是以生產(chǎn)率最高、加工質(zhì)量好

11、為目標(biāo),它們的設(shè)計(jì)內(nèi)容重點(diǎn)為工作參數(shù)智能控制與優(yōu)化;用于表演的舞蹈機(jī)器人,它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)自然是舞姿優(yōu)美,動(dòng)作協(xié)調(diào)等,設(shè)計(jì)內(nèi)容的重點(diǎn)為工作過程智能控制與優(yōu)化;而在相對(duì)惡劣的工作環(huán)境下工作的智能機(jī)器,狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容目前我國(guó)許多機(jī)械設(shè)備和國(guó)外的主要差距在于智能化程度不高92.1工作參數(shù)及工作狀態(tài)的智能控制與優(yōu)化為了使機(jī)械設(shè)備具有實(shí)用的功效和良好的技術(shù)指標(biāo),對(duì)設(shè)備的工作參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn)行智能控制與優(yōu)化是一項(xiàng)十分重要的工作由于設(shè)備的工作參數(shù)及狀態(tài)受內(nèi)部和外部各種因素的影響,它們會(huì)隨著這些因素的改變而發(fā)生變化,使得機(jī)器在運(yùn)行時(shí)不能獲得最理想的工況,即機(jī)器不能在最優(yōu)的條件或工況下工作因此

12、,必須對(duì)機(jī)器主要的工作參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行智能控制,智能控制的目的是使機(jī)器工作參數(shù)和工作狀態(tài)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化例如機(jī)器人與工作環(huán)境接觸的操作中,如精密裝配、修刮、拋光和擦洗等作業(yè),接觸力是重要的工作參數(shù)以在小開口、大長(zhǎng)徑比的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體內(nèi)壁上粘貼絕熱層膠片為例由于殼體的內(nèi)壁表面存在尺寸誤差,其形狀變化是無(wú)規(guī)律的此外,隨著粘貼膠片層數(shù)的增加和膠片材質(zhì)的不同,殼體內(nèi)壁上的剛度是未知且不斷變化的在這種情況下,需要在傳統(tǒng)力控制方法的基礎(chǔ)上引入智能控制算法,如模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、仿人智能控制等,使機(jī)械手對(duì)接觸環(huán)境動(dòng)態(tài)特性的變化具有自適應(yīng)能力,改善在未知環(huán)境下力控制的效果2.2工作過程的智能控制與優(yōu)化為了

13、使機(jī)械設(shè)備在整個(gè)工作過程中獲得最優(yōu)的工作過程,例如盡量減少空余時(shí)間,以最高的效率利用機(jī)器的有效工作時(shí)間,這是提高機(jī)器工作效率的基本措施因此,對(duì)工作過程進(jìn)行智能控制,可以達(dá)到以上目的在機(jī)器人進(jìn)行與環(huán)境或操作對(duì)象接觸的作業(yè)過程中,一般都存在從自由空間運(yùn)動(dòng)到受限運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過程當(dāng)機(jī)器人以非零速度去接觸受限環(huán)境時(shí),由于動(dòng)力學(xué)的不連續(xù)性,會(huì)導(dǎo)致較大的沖擊,引起接觸點(diǎn)處的振蕩如果在運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)用受限運(yùn)動(dòng)中的傳統(tǒng)控制策略,沖擊和振蕩較大因此,必須采用智能的控制策略使運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換過程變得平滑、穩(wěn)定,避免出現(xiàn)大的力沖擊及振蕩現(xiàn)象在整個(gè)工作過程中的不同階段,采用不同的控制策略、調(diào)用不同的控制程序是智能控制優(yōu)化的

14、特點(diǎn)之一2.3狀態(tài)監(jiān)測(cè)的智能控制與優(yōu)化狀態(tài)監(jiān)測(cè)是智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的一項(xiàng)十分重要的工作為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備工作過程的智能控制,必須首先對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)同時(shí),為了實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械高速化、高效化、自動(dòng)化、大規(guī)模、5001第7期羅忠等:現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用連續(xù)性生產(chǎn)的要求和為了使機(jī)械裝備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中具有高可靠性、高安全性和高經(jīng)濟(jì)性,應(yīng)對(duì)設(shè)備的工況進(jìn)行智能檢測(cè)一般來講,工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)具備四項(xiàng)基本功能:通過合理布置傳感器采集制造過程的主要參數(shù);分析采集到的數(shù)據(jù),判斷系統(tǒng)工作是否正常;對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行趨勢(shì)做出預(yù)測(cè);對(duì)故障狀態(tài)能夠給出應(yīng)對(duì)策略與建議工作狀態(tài)智能監(jiān)測(cè)的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在信息處理、控制策

15、略及控制算法上,往往要涉及人工智能的有關(guān)內(nèi)容,如專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信息融合、模式識(shí)別及聚類分析等許多過程工業(yè),如軋鋼、化工、煉油、材料加工、造紙和核反應(yīng)等,其生產(chǎn)過程需要監(jiān)視和控制例如現(xiàn)代軋鋼機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括軋制壓力、軋制溫度、軋制速度、潤(rùn)滑油油溫、軋鋼機(jī)各部分的振動(dòng)、電機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心位移以及各主要零件(如齒輪和軸承等的磨損等由于影響因素復(fù)雜且不確定,用傳統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法無(wú)法實(shí)現(xiàn),就需要引入人工智能的思想2.4機(jī)器故障的智能檢測(cè)與診斷機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),常常會(huì)出現(xiàn)各種故障,在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)往往不可能完全避免,這是因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)有許多因素?zé)o法準(zhǔn)確估計(jì)即使有些故障在設(shè)計(jì)

16、時(shí)已經(jīng)經(jīng)過充分考慮,但在使用過程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)失誤而引發(fā)一些故障,對(duì)絕大多數(shù)機(jī)械來說,故障的出現(xiàn)是不可避免的近十多年來,在一些重大機(jī)械設(shè)備中安裝了故障檢測(cè)與診斷系統(tǒng)據(jù)統(tǒng)計(jì),安裝診斷系統(tǒng)的產(chǎn)出(即安裝診斷系統(tǒng)后所獲得的效益與投入比為101710可見,對(duì)于這些重大機(jī)械裝備來說,安裝智能故障診斷系統(tǒng)是有重大實(shí)際意義的故障診斷是通過研究故障診斷與征兆之間的關(guān)系來判斷設(shè)備的狀態(tài),由于實(shí)際因素的復(fù)雜性,故障與征兆之間的關(guān)系很難用精確數(shù)學(xué)模型表示現(xiàn)代故障診斷早已不滿足于“是否有故障”的簡(jiǎn)易診斷結(jié)果,而要求給出故障機(jī)理及故障的位置和程度如何這類問題應(yīng)用模糊邏輯能得到較滿意的解決模糊診斷方法利用模糊集合論中的隸屬

17、函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣來解決故障與征兆間的不確定性關(guān)系,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障的早期預(yù)報(bào)和精密診斷3智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)象是智能機(jī)器,而智能機(jī)器是具有智能控制系統(tǒng)的機(jī)器所以,智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)就是各種智能控制理論和方法主要包括:模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、智能PID控制、專家系統(tǒng)、學(xué)習(xí)控制、遺傳算法、基于規(guī)則的仿人智能控制等本文的應(yīng)用實(shí)例中,應(yīng)用的控制理論是仿人智能控制仿人智能控制不僅具有其他智能控制方法的并行、邏輯控制和語(yǔ)言控制等特點(diǎn),而且還具有以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的解析定量控制的特點(diǎn),總結(jié)人的控制經(jīng)驗(yàn),模仿人的控制行為,以產(chǎn)生式規(guī)則描述其在控制方面的啟發(fā)與直覺推理行為4智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)智

18、能優(yōu)化設(shè)計(jì)的對(duì)象是那些需要具有人工智能的、功能完善的高性能復(fù)雜機(jī)器智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是最大程度地滿足用戶對(duì)智能機(jī)器功能和性能的要求有些智能化機(jī)器的某些高級(jí)功能或性能是出自設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新,而并非用戶的要求,但這些出自產(chǎn)品開發(fā)者的新功能或新性能常常更加吸引用戶,增加用戶的購(gòu)買欲望,從而起到了搶占市場(chǎng)和引導(dǎo)產(chǎn)品發(fā)展方向的作用智能機(jī)器的功能和性能很大程度上取決于機(jī)器的控制系統(tǒng),也就是說,機(jī)器的控制系統(tǒng)必須擁有智能智能控制系統(tǒng)必須具有智能監(jiān)測(cè)、分析、決策和執(zhí)行等能力所以,設(shè)計(jì)完善的具有智能的控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)的關(guān)鍵智能優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn):能適應(yīng)各種未知工作環(huán)境的變化;具有智能化邏輯判斷、推理和

19、決策的功能;像人一樣,具有靈敏且全面的感知系統(tǒng);具有實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)、自診斷和自修復(fù)的功能等此外,智能優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)設(shè)計(jì)者有很高的要求,因?yàn)槊恳豁?xiàng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都有一項(xiàng)或幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)能否突破這些關(guān)鍵技術(shù),在很大程度上取決于設(shè)計(jì)者是否有扎實(shí)的設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)、是否有相關(guān)的參考資料、是否有豐富的經(jīng)驗(yàn)以及不斷創(chuàng)新的精神5應(yīng)用實(shí)例以工作在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的打磨機(jī)器人為例進(jìn)行智能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究該系統(tǒng)首先需要對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行識(shí)別,而打磨機(jī)器人的工作環(huán)境常常充滿粉塵10,為了消除粉塵干擾,選用超聲波測(cè)距儀進(jìn)行環(huán)境識(shí)別超聲波測(cè)距儀的工作原理是,當(dāng)超聲波發(fā)射器激發(fā)出一個(gè)短暫的脈沖波時(shí),計(jì)時(shí)開始,當(dāng)超聲波接收器接收到第一個(gè)回波脈沖后,計(jì)

20、時(shí)立即停止此時(shí),記錄得到的時(shí)間間隔值為t,探測(cè)距離為d s=Ct/2(1其中,C為超聲波的傳播速度為了便于說明智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和原理的具6001東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版第29卷體應(yīng)用,構(gòu)建了一種最簡(jiǎn)的機(jī)器人系統(tǒng),如圖1所示系統(tǒng)由三自由度機(jī)器人本體、作業(yè)工具和3個(gè)超聲波測(cè)距儀組成,機(jī)器人本體包括大臂、小臂和執(zhí)行器等 圖1非結(jié)構(gòu)環(huán)境下機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型Fig.1Structure model of robot system inunstructured environment大臂在水平方向上作平動(dòng),d 1表示其位移其余兩個(gè)自由度為轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)角位移分別表示為2和3為了實(shí)現(xiàn)非結(jié)構(gòu)環(huán)境的探測(cè),用了3個(gè)超聲

21、波測(cè)距儀,分別編號(hào)為1,2和3如圖1所示,超聲波測(cè)距儀1固定在機(jī)器人大臂上,保持豎直向下,主要用來探測(cè)平面和曲率半徑較大的圓弧曲面;超聲波測(cè)距儀2和3由伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),以o 點(diǎn)為中心擺動(dòng),可實(shí)現(xiàn)斜面的探測(cè)在探測(cè)過程中,測(cè)距儀2和3來回勻速擺動(dòng),如果測(cè)距儀有讀數(shù)值,說明有斜面被探測(cè)到,開始記錄測(cè)量數(shù)據(jù)由式(1可知,超聲波的探測(cè)精度主要取決于其傳播速度C 和間隔時(shí)間t 影響它們的因素主要是環(huán)境溫度、動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差和發(fā)散角誤差為了消除各誤差影響,給出綜合誤差補(bǔ)償算式,即z =0.6065t e -0.0005t 2e -8.66-C +C +2v sin <cos Cd s (2式中,z 為綜合

22、誤差修正值,m ;t e 為環(huán)境的攝氏溫度,;為測(cè)距儀波束中心線與被測(cè)面法線的夾角,(°<為被測(cè)面的傾角,(°C 為聲波在空氣中的傳播速度,m/s ,通常取C =340m/s ;v 為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度,m/s ;d s 為傳感器的讀數(shù)值,m 打磨機(jī)器人系統(tǒng)總是希望末端操作器的運(yùn)動(dòng)軌跡與工作環(huán)境表面輪廓完全一致,且接觸力總能保持恒定,但由于一些不確定因素的影響,二者之間存在一定誤差在這種情況下,運(yùn)用基于規(guī)則的仿人智能控制,該方法以超聲波傳感器探測(cè)所獲得的環(huán)境信息作為系統(tǒng)上層控制策略的依據(jù),根據(jù)控制誤差的大小與變化方向選擇相應(yīng)的控制策略,及時(shí)調(diào)整控制量的大小,來抑制偏差的增

23、大,從而最終實(shí)現(xiàn)接觸力的一致性這種控制策略與單純地依靠力傳感器的各種力控制方法相比具有沖擊小、控制精度高的特點(diǎn)為了驗(yàn)證所提出非結(jié)構(gòu)環(huán)境探測(cè)方法的可行性,分別對(duì)各種典型非結(jié)構(gòu)環(huán)境曲面探測(cè)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究10實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中用了兩個(gè)超聲波測(cè)距儀,分別定義為測(cè)距儀1和測(cè)距儀2,測(cè)距儀1保持豎直向下,測(cè)距儀2由伺服電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),可以左右擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,提出的探測(cè)方法可行有效此外,對(duì)接觸力的仿人智能控制方法也進(jìn)行了仿真研究,結(jié)果表明該方法可以大大提高接觸力控制精度在基于超聲波傳感器的非結(jié)構(gòu)環(huán)境探測(cè)和接觸力仿人智能控制中,不論從探測(cè)系統(tǒng)的工作過程、系統(tǒng)參數(shù)、狀態(tài)檢測(cè),還是接觸力控制等方面都運(yùn)用了智能優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法

24、,該方法可全面提高工作在充滿粉塵環(huán)境下的機(jī)器人系統(tǒng)的智能化程度6結(jié)語(yǔ)隨著人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對(duì)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品的智能化程度要求越來越高,要提高產(chǎn)品的智能化程度,自然要求設(shè)計(jì)理論和方法的創(chuàng)新本文在總結(jié)與智能優(yōu)化設(shè)計(jì)相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,對(duì)智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法進(jìn)行了綜合性研究分析較完整地建立了智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法的理論體系結(jié)構(gòu),包括智能優(yōu)化設(shè)計(jì)法的含義、研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容、理論基礎(chǔ)和特點(diǎn)等內(nèi)容該體系結(jié)構(gòu)的建立可更好地促進(jìn)該智能優(yōu)化方法的應(yīng)用和發(fā)展并以工作在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的打磨機(jī)器人為研究實(shí)例,進(jìn)行了智能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可全面提高產(chǎn)品的智能化程度和設(shè)計(jì)質(zhì)量參考文獻(xiàn):1聞邦椿,韓清凱產(chǎn)品

25、設(shè)計(jì)的重要性和面向產(chǎn)品總體質(zhì)量的綜合設(shè)計(jì)法J 科技和產(chǎn)業(yè),2003,3(11:13-23(Wen Bang 2chun ,Han Qing 2kai.Importance on productsdesign and synthesis design facing quality of products J .Science Technology and Indust ry ,2003,3(11:13-23.2Findler N V ,Malyankar R M.An empirical approach to a theory of coordination.Part I :design pr

26、inciples and first resultsJ .Com putational &M athematical Organiz ation Theory ,2000,6(2:119-144.3Tsai C Y ,Alec C C.Fuzzy neural networks for intelligent design retrieval using associative manufacturing features J .Journal of Intelligent M anuf act uri ng ,2003,14(1:183-195.(下轉(zhuǎn)第1011頁(yè)7001第7期羅忠等

27、:現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品智能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其應(yīng)用manipulatorsJ.Journal of Mechanical Design,1993,115(9:599-603.2Hu B,Teo C L,Lee H P.Local optimization of weightedjoint torques for redundant robotic manipulatorsJ.I EEET ransactions on Robotic and A utomation,1995,11(3:422-425.3熊有倫,丁漢,劉恩滄機(jī)器人學(xué)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993:151-274(Xiong Y ou2lu

28、n,Ding Han,Liu En2cang.RoboticsM.Beijing:China Machine Press,1993:151-274.4Hollerbach J M.Optimum kinematic design for a sevendegree of freedom manipulatorCRobotics Research,theSecond International Symposium.Cambridge:MIT Press,1985:216-222.5Hollerbach J M,Suh K C.Redundancy resolution ofmanipulator

29、 through torque optimizationJ.I EEE Roboticsand A utomation,1987,3(4:308-316.6Suh K C,Hollerbach J M.Local versus global torqueoptimization of redundant manipulatorsJ.Proc I EEE IntConf on Robotics and A utomation,1987,4:619-624. 7陳偉海冗余自由度機(jī)器人優(yōu)化控制研究D北京:北京航空航天大學(xué),1996:55-61(Chen Wei2hai.On the optimal

30、control of redundant robotsD.Beijing:Beijing University of Aeronautics&Astronautics,1996:55-61.(上接第1007頁(yè)4G ero J S.Computational model of innovative and creativedesign processJ.Technological Forecasti ng and SocialChange,2000,64(2:183-196.5Han U L,Cho D W.An intelligent feedrate scheduling basedon virtual machiningJ.International Journal of A dvancedM anuf act uri ng Technology,2003,22(11:873-882. 6Chakrabarti A,Bligh T P.An approach for functionalsynthesis