机械外文文献及翻译.pdf

-与机械相关的外文及翻译与机械相关的外文及翻译MuMutidiscitidisciinarinar DesignDesignOptimiOptimiatioatiof f odularodularIndusIndusal al obotobot y yU Uiliiliinging ighigh l CADl CAD empempatesates1、IntroductonIn th eign o coplex and tit tegrted engineei produt，it is e sti o bbl t andle intrctin between ensubstms of multiiscipliar nature1 oahieve an pima desin,aouct us betrated a a comp sytem inteadf devepingsusyms indepeently2 MD as been eabishedas anvincing conurrentdeigptimizationtechnique i elpmet ofuch comex products3，.Furtermre,t hsbeen pinted outthat,rearlsof dscipline,basically alanlyse reqr iforton thahas to be extraced fom agometr mde 5.Henc,accordng to Bow-ct 1，in orde to enabl inate esinanaland optmizain i is f vital ipotancto be alentegrae anauomed prametric geomety geneatn sytm in h designfrmewr The atomtdgeometry gneraio iseenalrfsocalle geoeyinthe-loop multdsciarydesi rmeorks，whertheCAD gmeres cnserve a frameork intrtors frohereginerin tos.To eliminat nocreave ork,mehos for creatio ad t-mti genration of LCt ae bensggested by Tarian 7.Thricip of gHLCts milar to igh level primitves(HP)sggste by La occaand van Tooen8，wih excetionthaHLCs are creaed and utilized in a CADenvirnment。Otewie,bsic of boh Pand HC an，ssuggeed yLa Rocca,be compard topaametr LEGOV Rbk contaning set o desn and alysis pramets Ths are prcean store in lraie，vng ngi oacompueaeth posiliy istopolgical sel t th te plat andhn mo ify themorpholoy，mening thsap，ofchemla armetically2、Mtidisiplinr Desin FrameorkMO is a“systematic approach todegn spc eplorto”1，th implemtation of wich allowst esign o mpthe intrdscipiary reltion tat exist in a system I tis wor,th Dfameworkconsit o geometry mdel，initeeemnt(F)model，dynamic odel n a basic ost del Te gometryodel provide he analysstoos with eometri。The dynammodel reuiresma propeissuchasmss，te o ait,ndrta。Te E ol needshmeshed geometryf therobotas el athe orc n torquenteactibaed on reults dynaicsimlatins。igh fdety modelqire an exteve evautintm hih as be takni acont。Tisortcomingisddsed by applyinguotemodes fr teE and th CADmdels e mode are biefyreente elow.。Hgh evelCA mpte-eoetry MoelTraitinaly,araeric CD is manly focusedon mrpholoicl modifiosoe get.Hower，there i-a limit toophologica aameteraion folows：Thegeometres cannt be radically mdifedIcreaed eoetricmpleiygratlicreases paameterizatio comexit。Thegeomety melf trobot igeneaed withprsavedCts,cretd i CATIA 5eear opologialysttiated wit unie interaldsig vaibles。Topooiaaraeterzaon lows deltion，modicin,ndaddiion of geomticmns whih lesoamuchgrear desgspace apture.re tesof HLCt re usedto efne the industilobot topoloicall;atm HLCt hchncld wireframerferecesreqired or pcemet forthecuator HLCTs ad ruureHLts,as seen ig2g.2 n industrialrbt（left）ada mdlrindusrialrobot（right)Theames of e fernc a ube proidefor eac HLCt instatiatin re sored ithe knowldgebae（seeAppendixA4）,whh isseced throuh by the ifereceengine.I Apnix A,peudoode eampl desries ho t refeecesae rtrieed andhowhey re stoed ihknwe baseTe prcesarts btheuserdefining t mer o-de of freedom(OF)th rt（see Fi.3)n iseeatedunil thenumber o axis（i）sequalt the us deined DF。Inoder oitantiatete frs Stutue Lt，twoDatu and two ctuatorinsanc re neede.Referne ro te wo Dt intace helprenti thesuctue in sace，wie he gemeries of the acuatoritance,oth ends the ink,are usedtocoructthe actutrattacments,see i s.2 ad 3 r teremaining liks,onlone w ntace o bth datum ad cuatr HLCts a required，sine th datu ctatrnste frmadjaentnks arealay valble.Appendix.showsa psedcoexample o an taniation fuction Theirs inntiated datum HLC eied with eernce theabsolue codinat stm.heremaingdtum HLCtnstacare placedin a squentl der,wherethe corintyem of prevous insns uedas rfrece fo defnngh positin in sce accoding usr nuts（see as ppdixA。3）rthemore，t tyo ech actuatorad tructe insane s user defe。-Fi.3Th high eelD telate instantation pocsSinceit is ossible to eateew HLCts in the ut led CDtol，the users are ntforced to merly coe fom th temptes availabe.ew Htsc be created,lace in the databaseand parmerically nsrte ntothe model。2。Dyaic Mol Theojetve prorn namc simltio oarobt isto valuate ssem performane，uch a predctinaccelerain and meeformance，t t als yel as oach acutdaxs，needed fr atar ifetmcalclationsand subsquent sess lysis based on FE ca ulations。The ynmi moel n he ouli fraework-deveopedinModela uingDol，nd icotituts aseven-axis robt arbasedon te Mdelia Standad librar 8.Tdymc mode receives ut fom the eomerymoel，aswel apridngtput tohe F modl,hih iurer descried inSe。2.3.Howeer，tobetter understand uingsbwen moels,the Netnleformultin will e brielydisussed。In this frmulation，thelinkoitis and a eleation are iterativlycopted，frwar rcurvel Whetheiemat poertesar comp，the frc andtorqe interaonsbetwn he lis areomuedbacward recursly from the lat o h istlink。3 3 urrourroa ae Modele Modelo cote the sucturalsength of rbo,modesor eachobot nk iscreated lizing CATI 5，se i 4。F ech HLCt,meh and oundaryonditon ae manally prepoesed i oer to lw for ubequent utomio o mol ction.Theme spent onprepoesingachFE-model i ths etensie Nonethles，the obtaind arametic FEmdepave wa or auomated evluaton of awide sn of onept.Each robot link ievaluatd separtely wih teodondition xtracedfom the dm mdel.forc(fi1andfi）ad torque（i1an ti)re applied on e uraes ere th autors are ttached。-2 2。4 4 eometeometc Suc Surogate Morogate Molsls Surrogte ml renumeraly eficient ode to dtemnehe reatio between inputs doutts oaodel 19。Thenut arablesfor th poposed aplcatio arethe orholoclvariabls thineand lk height awels topoicl vaable atutrpe。The outputso the surogate mods are mss m，Irtia I，adeter fravitri，ci。To idetiy the mos siale ty of urogate mdeforthouned prbem,a range of s rrogate odelypsrecreated nd evaluate sing 50 amplesThe pecsin f eachsurrogate mode icompared ih the value of the original model wit 20 new amples hecomarionis adesing erelativeaeag bsluterror(RAE）an elave maximum asolut errr（RME)as specifie by Sha al.0,as well as te ormlzed rotmen quar e(NRMSE）,calculadas seen in Eq。(3)All eision etricsare desired t be as lowspoibl，ce lo value mea tt the surrogat ml is acte-The rsutg precision metrics cn be seen n Appnix andthegeeral onlusi that niorpckrigig 1,eura etworks 22,nd basisfunctions 3 ethemtmisng surrogate moels。Tinvestigtethe impa o crsin umbr of ampl,addiional surrgatmodelof tose three itte uig 10 samles,ad the reult compild i ppendixB。The resulig NRMSs o 50 ad100 saples fo anstotropi kriging,nual ework,a adialass funtonscan be see in Fig。5。he ies insie th parenheses indicte th nberof sapl ued o t the urrgate moe。Fi。5rph f the NRMSEsor diferen surrogat mdel，fitted usi 50 and 100samplesA ingto i.5,aniotrpi kriingoutperrmsthe othe srroate modelsan he oubling fte nofampls usedfr fttint surrgae moel icreaseth precison damaialy。5 5FEFES Srrrrg gt t elselso enerating F surrote models,the anisotpic krginwas loroen tob the mostaccurate compr to t methods laed n ec.。4。Hee，onsurrogate model s-eatedfrech link.Inps arehickness，actuaors，foce（fi-11and fi)an oque（i-1nd ti）。Te oput or eac surrogte mdel imaxium sress（MS）.eanrror ofpproxmatey 9%irecedn runnig 40 sampes for achlink。The rasn or that nmerof sampe,ompar to geomery sroae des,hast doith mc largereign space利用高水平 CAD 模板进行模块化工业机器人的多学科设计优化1 1 介绍介绍指出,除了规则，基本上所有的分析都需要信息,而这些信息需要从一个几何模型中提取.因此，根据Bott1中,为了使综合设计分析和优化,最重要的是能够将在设计的复杂和紧密集成的工程产品的过程中,必须要有能力处理不同的子系统的多学科性质之间的相互作用.达到一个最优的设计,一个产品必须被视为一个完整的系统,而不是正在开发子的独立系统。此外,已经一个自动化的参数化几何生成系统融入到设计框架中。自动化的几何生成对于所谓几何循环多学科设计框架是一个关键驱动因素，在这个框架中几何图形可以作为框架连接者来连接其他工程工具。消除没有创新的工作，Tarian 已经提出了创造和生成 HLCt 的方法。高Lt的原理类似于 L oc和n Tooren 提出的高水平的原始（HL）,例外的是，HLCts 是在 CA的环境中被创造和应用的。此外，LP 和HC的基础被比作参数EOVR 块包含一个组设计和分析参数.这些都是生产和存储在库中,使工程师或计算机代理可能首先选择模板，然后修改形态、意义的形状，每个模板参数化.多学科设计框架多学科设计框架MDO“是一个用来设计空间探索的系统化的方法”,是允许设计师来映射存在于系统中的跨学科关系的执行。在这个过程中,MDO 框架由一个几何模型、有限元(FE)-模型、动态模型和一个基本的成本模型构成。这个几何模型提供了有几何输入的分析工具。这个这个动态模型需要诸如质量，中心的重力和惯性等大量的属性。有限元模型需要网状的几何机器人以及基于动态模型结果的力与力矩的相互作用。高保真模型需要一个广泛的、已经被考虑的评估时间。这个缺点是通过在有限元与 CAD 模型中运用代理模型来解决的，下面简要介绍的模型。2。1 高水平的高水平的ADAD 模板模板-几何模型几何模型传统上，参数化 CAD 主要集中在几何形态的变化。然而，有限度的形态学参数如下:这个几何图形不能彻底修改。增加几何复杂性大大增加参数的复杂性.几何模型的机器人与 presavd 生成 HLCts，创建在 CATIA5。这些是拓扑实例化与独特的内部设计变量。拓扑参数化允许删除，修改和添加导致获得一个更大的设计空间的几何元素。三种类型的HCts 用于定义工业机器人拓扑；基准LCt 包括需要的执行机构C位置和结构 HLCTs 的线框引用,见图。图致动器(左），基准（中心)和结构 HCt（右）引用的名称，必须为每个存储在通过推理引擎才能搜索到的知识库的 HLCt 实例提供.在附录,伪代码示例描述了引用如何被检索和它们是如何存储在知识库中的。这个过程开始于由用户定义机器人的自由度(见图 3)和重复直到数量的轴（I)等于用户定义的自由度。-图高水平 CAD 模块安装程序为了实例化第一 HLt 结构,需要两个基准和两个致动器实例.引用这两个基准实例帮助定向结构在空间，而几何图形的致动器实例的两端连接，用于构建致动器附件,见图 2 和 3。对于剩下的链接,只有一个新实例的两个基准和致动器 HLCt是必需的,因为来自于相邻链接的基准面和致动器实例已经可用。附录 A。2 显示了一个实例化的伪代码例子,第一个实例化基准L是指-绝对坐标系统的引用。剩下的基准面 HCt 实例被放置在一个顺序中,在这个顺序中坐标系统先前的实例作为参考来定义空间的位置，而这个位置根据用户输入。此外,每个执行机构的类型和结构实例是由用户定义的.因此在利用 CAD 工具创建新的LCts 是可能的,用户不是被迫仅仅选择可用模板。可以创建新 HLts，放置在数据库和参数化地插入到模型中。-动态模型动态模型进行动态仿真机器人的目的是评估的一个机器人系统的性能,如预测加速度和时间性能,但它也有利于在每个驱动轴载荷，计算所需的致动器寿命和随后的基于有限元应力分析计算。在大体框架中的动态模型是在使用 Dymola 的 Modelica 中被发展的，它构成基于 Moelic标准库的并联机器人臂。动态模型从几何模型中接受输入，以及提供输出到有限元模型，进一步在 Sc。2.3 描述.然而,为了更好地理解模型之间的耦合，牛顿欧拉公式将简要讨论。在这个过程中，速度和加速度的链接会被反复计算，递归地向前.当计算运动特性的时候，力和力矩之间的相互作用被从最后一个到第一个链接递归计算。23 有限元模型为计算机器人的结构强度，有限元模型创建每个机器人链接利用 CATIA V5，见图.图 4。有限元模型的奇偶的链接-对于每个 HLt、网格和边界条件是手动预处理，其目的是考虑到有限元模型的创建的后续自动化。花费在每一个有限元模型预处理上的时间是非常多的。然而,参数化的有限元模型为广泛概念的自动评价方法铺平道路。每个机器人链接被从动态模型中取得的负载条件单独地评估.2.4 几何替代模型代替模型是确定模型输入和输出之间的关系的数值地、有效的模型。提出的应用形态的输出变量有厚度和链接高度以及拓扑变量执行机构类型。代替模型的输出是质量 m，惯性和重心引力 ri,i。为概述问题确定最适合的代替模型，一系列代替模型被建立,并且使用 50 个样本来评估。每一个代替模型是与原始模型的数值和 20 个新样本作比较的。比较是通过使用相对平均绝对误差(RAAE)和相对最大绝对误差(RMAE)所指定的山 el.0,以 及 归 一 化 均 方 根 误 差（NRMSE）来 确 定 的,，计 算 见 q。（3)所有的精度指标是想要尽可能低,因为低值意味着代理模型是准确的。结果精度指标中可以看出附录B 和总的结论是各向异性克里格1,神经网络22,径向基函数是最有前途的替代模型.对于日益增加的样本的调查影响,那三个附加的代替模型使用100个样本是合适的,结果编译在附录B.由此产生的NRMSEs 5和个样本作为各向异性克里格，神经网络和径向基函数，如图。-图 5 不同代理模型的RMSEs 图,安装使用的 5和00 个样本括号内的数字表示用于配合代理模型的样品的数量.根据图 5,各向异性克里格优于现有的其他代理模型和两倍数量的用于配件代理模型的样本,其精度大大提高.2 25 5 有限元替代模型有限元替代模型为了生成有限元替代模型，各向异性克里格与。4 的评估方法相比被证明是为准确的。在这里，为每个链接的一个代理模型被创建.输入厚度、致动器、力（fi1和 fi1）和转矩(s1 和 si)。输出为每个代理模型是最大应力(MS)。在运行各个环节的 1400 样品时平均误差约%就达到了。与代理模型的体积相比，大数量的样本的原因与较大设计空间有关。-