基于人机一体优化的手套编织机构的参数设计.pdf
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1、第2 6 卷第3 期 2 0 0 5 年6 月 纺织学报 J o 哪a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 3 J u n ,2 0 0 5 基于人机一体优化的手套编织机构的参数设计 张国凤1 2 ,李革2 ,俞高红2 ,赵匀2 ( 1 浙江大学生物系统工程与食品科学学院,浙江杭州3 1 0 0 2 9 ; 2 浙江理工大学机械与自动控制学院,浙江杭州3 1 0 0 1 8 ) 摘要根据对手套编织机主运动机构的运动分析和建立的数学模型,在V i 蛐a lB 嬲i c6 0 上编写具有良好人机对 话的分析软件。利用该软件根据人的直觉思维、
2、逻辑思维和问题的优化目标,找出一系列能满足机构运动要求的 参数,并对每个参数的4 个较好水平作正交试验,最后用S A s 软件进行正交分析,找到一组最佳参数,通过运动仿 真与分析证明这组参数优于原来的参数。 关键词人机一体优化;手套编织机;正交分析;s A s 软件 中图分类号:r I s1 8 3 6文献标识码:A文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 【2 0 0 5 ) 0 3 0 0 6 9 0 4 P a r a I 眦t e r sd e s i g I l i n go fg l o v ek I l i t t i n gm h a l l i s mb 嬲e do n h
3、u m 粕- c o m p u t e ri n t e 阳c t i O 眦i nc o l l a b o 咫H o n z H A N GG u o f e n 9 1 ”,uG e 2 ,Y uG a o h o n 9 2 ,z H A oY u n 2 ( 1 c o z 妇o ,曰i o 渺细lE ,硒,聊咖口谢F o D d 如r 黜,秭巧泐w 沁倦毋,月a 噼幻u ,z 比洳昭 3 1 0 0 2 9 ,吼i 船;2 c o z 妇e 矿 胁如疵以E n 百n 扰而愕口以A 咖m m 面n ,z 协缸昭踟眈船渺矿& 据,l c eo 以死曲加姗y ,凰咖u ,z k 洳昭
4、3 1 0 0 1 8 ,蕊i ) A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h em o v e m e n ta n a l y s i sa J l dm a t l l e m a t i c a lm o d e l so f 出o v ek n i m n gm e c h 蛐i s m ,aa n a l y t i c a l f t w a r ew 鹊 p r o g m m m e d b yV i s u a lB a s i c6 0 i ss o f t w a r eh 鹊g o o d h u m 蛐_ c o m p u t
5、e ri I l t e r a c t i o I l si nc o a b o m t i o n B yt l l ei m u i t i v ea I l dl o 舀c a l t h o u g h to fh u m a n 锄dt l l et a r g e t o p t i m i z a t i o n ,m a n yg m u p s0 fp 锄m e t e r sw h i c hc o I l l ds 以s f yt h eq u e s to fm m s p l a J l t i n gw e r e f o u n dw i t ht l l e
6、s o f t w a 托 O n I l o g o n a l e x p e r i m e n th a db e e nm a d ew i t l lf o u rb e t t e rl e v e l s o fe v e r yp a m m e t e r Ab e s t g m u po f p a m m e t e r sh a db e e ne 髂i l yf o u n db yS A S ,w l l i c hp m v e dt h a ti t i sb e t t e rt l a nt l l o s e o fo I i g i n a lb y
7、d y n 册i cs i m l 】l a t i o na n da 1 1 a l y s i s I 【e yw o r d sh u m a I l - c o m p u t e ri n t e m c t i o n si nc o U a b o m t i o n ;d o v ek n i t t i n gm a c h i n e s ;o n h o g o n a la n a l y s i s ;S A Ss o f h a 托 手套编织机的主运动为针头板的往复直线运 动,该机构一般采用由一个曲柄滑块机构和一个五 连杆串联而成的串联机构。为减小针头板在高速往
8、复运动中的冲击、噪声,设计该机构时,应在满足针 头板一定的运动行程和运动速度前提下,使针头板 的加速度变化越小越好。 机构常用的设计方法是传统试凑法和优化方 法。传统试凑法得到的参数可以满足运动要求,但 不一定是最好的,因此,优化设计方法成为人们研究 的热点。但对于复杂的非线性约束优化问题,无论 是惩罚函数法、还是遗传算法( G e n e t i cA 1 9 0 r i t h m s ,简 称G A ) 、模拟退火算法( S i m u l a t i o nA 1 只o r i t h m s ,简称 s A ) 与神经网络( N e u 同N e t w o r k s ,简称N N
9、 ) 等其它现 代优化方法,若惩罚函数( 因子) 选择不当,优化结果 也不理想,常常会陷入局部最优解或者花费的时间 代价太大n 2 1 。笔者曾经利用遗传算法对该机构的 参数进行优化,但效果不佳。 本文利用人机一体优化的方法对该机构的主要 参数进行了优化。 1 主运动机构的运动分析及数学模型建立 图1 为手套机主运动机构简图。以点D 为坐 标原点,建立如图l 所示的坐标系x o y ,对机构进行 运动学分析,推得机构的位移、速度和加速度方程。 限于篇幅,这里仅给出铰点E 的位移、速度和加速 度方程。 1 1 主运动机构的位移方程 铰点E ( 即针头板) 的位移方程为 基金项目:国家重大基础研究
10、前期研究专项资助项目( 2 0 0 4 C C A 0 5 0 7 0 0 ) 作者简介:张国凤( 1 9 7 0 一) ,女,讲师,在读博士。主要研究领域为机构计算机辅助分析与设计,机构动力学,优化设计等。赵 匀,教授,博士生导师,通讯作者。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【7 0 】纺织学报2 0 0 5 年第3 期 戈E = 2 1c 。8 口1 + 2 2c 。8 口2 + 茗c 8 + 1 z c Dc o s 口3 + z 5c o
11、s 口5( 1 ) h :K J 式中,Z ;为杆件i 的长度;Z 为杆件3 上c 、D 两铰 点间的长度;a ;为杆件i 与菇轴正向的夹角;戈凹为 铰点c 、D 间的水平距离,为常量;K 为位置常量。 口:、口,、口,的方程略去,求解方法见文献 3 。 等嚣竺一) ( 2 ) z c D d3s i n a3 一z 5 d5 s i n 口5( 2 ) 岁E = 0 J 式中,d 。为曲柄的角速度;d := 一訾 d ,:一盟坐L 坐竽堡堕罢等生竺兰( z 阳为杆件3 a ,2 一i 五百五万一L 阳州什什j 上,、c 两铰点间的长度) ;d ,= 一警。 铰点E 的加速度方程为 茗E =
12、一z ld ;c o s a l f 2 d :c o s 口2 一f 2 d2s i n a 2 一 f c 3s i n 口3 一厶珊d ;c o s 口3 一 f 5 d5 s i n a 5 一f 5 d ;c o s a5 少E = 0 式:盟专磐 一d ;z 4 一d ;z 船c o s ( 口3 一口4 ) 口3 2 1 i 尕i = 瓦厂一+ ( d :z l c o s ( 口l a2 ) + d ;z 2 ) c o s a 4 Z 陀s i n ( 口3 一口4 ) c o s 口2 ( 3 ) d ;Z c Ds i n 口3 + d ;Z 5 s i n 口5 一d3
13、f c D c o s 口3 2 弋丽瓦一 1 3 主运动机构的设计要求 在手套编织机主运动机构的设计过程中,除满 足机构设计的一般条件外,还要满足如下要求:1 ) 针 头板在极限位置时的加速度要尽量小,以减小振动 和噪声;2 ) 针头板在往复直线运动过程中,速度变化 要尽量平缓,以保证纱线编织的均匀性;3 ) 针头板的 速度不能太低;4 ) 为使机器小型化,针头板的行程也 要控制在一定范围内。 由此,可以建立优化数学模型:目标函数取为 F ( 石) = 穷。一m i n ,设计变量取石= Z 。 Z : z , z 。z 。 7 ,上面的其余3 个约束条件可以根据前述的 数学模型写出它们的约
14、束方程,限于篇幅这里不再 列出。从前述的数学模型及约束方程看,目标函数 和约束方程都是复杂的混合变量非线性函数,是复 杂的约束优化问题。 2 基于人机一体优化的方法 人机一体优化就是采取以人为中心、人机一体 的技术路线,使人与机器各自执行自己最擅长的工 作,充分发挥各自的特点和优势,取长补短,从而设 计出最优方案H “J 。 要构建一个人机一体优化系统,必须构建一个 合适的人机接口交互式用户界面,使整个优化 过程可视化,以便用户对复杂模型进行直观的识别 判断,从而及时有效地对设计参数进行调整。 2 1 人机接口的仿真软件 利用前述对该机构的运动分析和建立的数学模 型,在v i s u a lB
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