基于遗传算法的仓储升降机外观与传动机构优化设计

随着人工智能技术的发展，各种机械臂和机械手逐渐取代了繁琐的人工劳动，提高了机器装配智能化水平。仓储升降机和传动机构自动机械是常见的机械臂部件。精密结构设计则是该类机械手设计的关键。研究仓储升降机外观和传动机构高精度结构设计方法，提高机械手组合件的机械自动分配能力，对于促进机械手机械参数自适应调整是十分重要的[1]。

仓储升降机外观和传动机构高精度设计和控制是基于柔性耦合部件机械特性的提取和控制的优化[2,3]。传动机构主要采用模糊PID控制方法和滑模控制方法。在对仓储升降机外观及传动机构力学参数分析的基础上，建立高精度仓储升降机外观及传动机构参数模型，进行控制律设计，取得了良好的控制效果[4]。但上述方法中，仓储升降机外观和传动机构机械精密结构设计存在差异，针对这些问题，提出一种基于阻尼衰减的仓储升降机外观与传动机构高精度结构设计方法，来研究仓储升降机外观和传动机构的力学分布模型。

为实现仓储升降机外观与传动机构高精度结构设计，需要首先构建仓储升降机外观与传动机构稳定性控制的约束参量模型，采用敏感元件量化分析，建立仓储升降机外观与传动机构跟踪探测模型，结合仓储升降机外观与传动机构的模型参数识别和力学参数分析[5]，进行仓储升降机外观与传动机构构件的力学参数采集。根据上述分析，得到仓储升降机外观与传动机构设计的总体结构如图1所示。

结合参数模型的优化识别，构建仓储升降机外观与传动机构力学参数分析的参量采集模型[6]，仓储升降机外观与传动机构的柔性空间动态检测方程为：

其中，fx1表示关键零部件的加工误差参数，gx1表示外观传动的整体精度，N1表示整机精度拟合误差，r1表示归一化检测阈值，通过对仓储升降机外观与传动机构的力学参数动态分析，在考虑阻尼衰减约束下，仓储升降机外观与传动机构的控制参数辨识模型为：

其中，fx1(x1,x2）表示传感器和力学传感器耦合系数，gx1(x1,x2）表示模糊度检测参数。假设仓储升降机外观与传动机构的末端力学运动参数模型满足多自由度特性，结合并联柔性驱动控制，分析刀具工件间相对位姿误差，得到仓储升降机外观与传动机构位姿误差之间的约束关系调节函数为：

其中，a1和a2为位置与姿态误差向量，b1,b2为刀具工件相对位姿参数，结合单自由度柔性耦合部件模型进行特征分解。由此构建仓储升降机外观与传动参数识别模型，根据试件公差指标参数法分析，实现仓储升降机外观与传动机构被控对象模型分析[7]。

构建刚度与位置解耦模型，确定整机精度设计指标，建立仓储升降机外观与传动机构的惯性约束参量分析模型，根据关键零部件公差分析方法，得到仓储升降机外观与传动机构的动态传感分析模型：

其中，c1、c2为位置与姿态公差向量，d1,d2为刀具工件差异值，分析仓储升降机外观与传动机构的稳态特征方程，得到机械结构稳态特征量为：

其中，λ表示特征值，当平面度公差满足设计要求时，仓储升降机外观与传动机构的刚度分布特征量记作λ1，λ2:

构建仓储升降机外观与传动多自由柔性耦合模型，得到解耦控制参数：

其中，Ψ为约束参量。计算平面度公差，采用线性解耦方法进行仓储升降机外观与传动机构的耦合参数分析和可靠性控制[8]。

采用遗传算法，构建仓储升降机外观与传动机构的误差反馈调节模型[9]，在一个无穷小转矩ΔT作用下，其静力平衡关系：

其中，（x1，…，xm)T表示遗传变异算子，E表示传动机构静力平衡方程。采用遗传进化方法分析仓储升降机外观与传动机构的残余应力，在未给定方向直线度条件下，进行应力参数分解，得到辨识矩阵x=(x1，…，xm)T。令G(t）为外观加工平面方程，计算刚度条件下的平衡约束条件为：

式中，Ii为仓储升降机外观与传动机构的力学特征分解，在采用线性解耦方法进行仓储升降机外观与传动机构的耦合部件稳定位置调节，采用模糊遗传算法，得到线性解耦控制方程满足：

从而得到耦合系数为：

式中，Ti为结构参数方程式约束下作用力矩，将参数代入上式可以得到：

其中，xk表示遗传算法的先验传递函数，gk表示遗传算法的耦合函数，采用敏感元件量化调节的方法，实现仓储升降机外观与传动机构的联动控制优化，得到外观与传动机构的模糊空间分布状态参量特征解：

其中，JT(xk）表示遗传惯性作用力矩，分析仓储升降机外观与传动机构的刚度误差满足：

基于上述力学参数模型分析，对仓储升降机外观与传动机构设计的控制规律进行了优化分析，得出具有稳定收敛性的优化控制规律[10]。

以动态变化的稳定域为传动仓储升降机外观与传动机构可靠性设计的约束指标项，以机械机构阻尼单元变化稳定域为可靠性设计参数，基于阻尼衰减方法，得到可靠性调节的参量集：

其中，Ji为动力输出传动惯量，在仓储升降机操作臂重力矩矢量约束下进行阻尼衰减调节，进行最优参数求解，仓储升降机的运动控制的能量驱动函数为：

其中，ER表示载荷力参数，仓储升降机支架梁的刚度特性参数输出为：

结合遗传变异参数模糊度解析，得到柔性耦合传速比为：

其中，E(ni）表示修正函数，计算公式为：

其中，v(x）表示施加位移约束参数。综上分析，以动态变化的稳定域为仓储升降机外观与传动机构的可靠性设计的约束指标项，实现对机械机构阻尼单元变化的稳定域为仓储升降机外观与传动机构的可靠性设计，实现升降机外观与传动机构的优化设计。

实验中采用ANSYS进行仿真分析，结合Matlab进行算法设计，迭代步长为12000，变异参数为0.173，弹性模量E=2.2 GPa，仓储升降机外观与传动的解析参数见表1。

根据表1参数解析结果，计算仓储升降机水平力的力学和运动特性，得到力学参数计算结果如图2所示。

分析图2得知，该方法能有效实现仓储升降机外观与传动结构的力学参数计算，计算结果收敛性较好，测试仓储升降机外观与传动机构的优化参数解析结果，见表2分析得知，该方法进行仓储升降机外观与传动机构参数计算精度较高，误差较小。

综上所述，采用该方法进行仓储升降机外观与传动机构结构控制的收敛性较好，拟合度较高，提高了仓储升降机外观与传动机构设计的精度和参数辨识能力。

本文提出一种基于阻尼衰减的仓储升降机外观与传动机构高精度结构设计方法，建立仓储升降机外观与传动机构跟踪探测模型，结合仓储升降机外观与传动机构的模型参数识别和力学参数分析，进行仓储升降机外观与传动机构构件的力学参数采集。以机械机构阻尼单元变化稳定域为仓储升降机外观与传动机构的可靠性设计参数，以动态变化的稳定域为仓储升降机外观与传动机构的可靠性设计的约束指标项，实现对仓储升降机外观与传动结构优化设计，该方法进行仓储升降机外观与传动结构设计的拟合度较高，可靠性较好。