基于響應(yīng)面法的微操作平臺(tái)設(shè)計(jì)與性能綜合.pdf

1、微操作平臺(tái)廣泛應(yīng)用于生物工程、醫(yī)療科學(xué)、微機(jī)械制造、航空航天等前沿領(lǐng)域，設(shè)計(jì)具有操作空間大、響應(yīng)速度快、運(yùn)動(dòng)精度高、穩(wěn)健的微操作平臺(tái)具有重要的理論和實(shí)際意義。如何建立精確反映微操作平臺(tái)性能的模型及性能綜合是微操作平臺(tái)研究面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。本文基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)面法對(duì)1維和3維微操作平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和性能綜合，主要內(nèi)容如下：
　　根據(jù)差動(dòng)式杠杠放大原理設(shè)計(jì)一種新型的對(duì)稱式微操作平臺(tái)，平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)緊湊、放大倍數(shù)大、固有頻率和運(yùn)動(dòng)精度高等特點(diǎn)

2、。提出了一種基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法的微操作平臺(tái)設(shè)計(jì)思路，首先，采用拉丁超立方抽樣技術(shù)對(duì)平臺(tái)的位移放大倍數(shù)、固有頻率和運(yùn)動(dòng)精度與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，分別得出對(duì)性能指標(biāo)影響較大的結(jié)構(gòu)參數(shù)；然后，利用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)和響應(yīng)曲面法建立能準(zhǔn)確反映各性能指標(biāo)和相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)之間關(guān)系的模型；最后，分別以各性能指標(biāo)為目標(biāo)，逐步確定平臺(tái)的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)。采用有限元方法驗(yàn)證了所提出的設(shè)計(jì)思路是行之有效的。
　　提出一種基于響應(yīng)面法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方

3、法。首先，采用篩選實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法確定設(shè)計(jì)變量。然后，采用中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法得到仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立反映平臺(tái)性能指標(biāo)的二階多項(xiàng)式響應(yīng)面模型，并通過(guò)評(píng)價(jià)指標(biāo)R2和2adjR說(shuō)明了所建立的響應(yīng)面模型的高擬合度和準(zhǔn)確性，為平臺(tái)的多目標(biāo)優(yōu)化提供了精確的理論模型。最后，以平臺(tái)的位移放大倍數(shù)和固有頻率為目標(biāo)、強(qiáng)度為約束，采用多目標(biāo)遺傳算法對(duì)其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明了該方法是有效的。
　　考慮微操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)波動(dòng)，提出一種基于6σ穩(wěn)健

4、設(shè)計(jì)思想和響應(yīng)面法的可靠性穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。以平臺(tái)位移放大倍數(shù)、固有頻率和可靠度靈敏度的穩(wěn)健性作為目標(biāo)，以平臺(tái)可靠度作為約束，對(duì)微操作平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化。將穩(wěn)健優(yōu)化結(jié)果和確定性優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行比較分析可知，相對(duì)于確定性優(yōu)化，可靠穩(wěn)健優(yōu)化的平臺(tái)位移放大倍數(shù)和固有頻率的方差減小但均值有所變差，同時(shí)可靠度由確定性優(yōu)化的58.36％提高到1，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)可靠性穩(wěn)健優(yōu)化的設(shè)計(jì)要求。
　　將1維微操作平臺(tái)分別與Pr平行四桿機(jī)構(gòu)和Ps導(dǎo)向機(jī)構(gòu)相結(jié)合，設(shè)計(jì)能

5、實(shí)現(xiàn)3自由度空間平移的3-PPr和3-PPs空間微操作平臺(tái)，平臺(tái)具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作空間大和解耦性好的優(yōu)點(diǎn)。提出了一種反映耦合性的指標(biāo)，基于響應(yīng)面法，以平臺(tái)解耦性為目標(biāo)，采用序列二次規(guī)劃法對(duì)兩種微操作平臺(tái)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明所設(shè)計(jì)兩種平臺(tái)具有良好的解耦性。對(duì)所設(shè)計(jì)的3-PPr和3-PPs微操作平臺(tái)的靜動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行比較分析可知，3-PPs微操作平臺(tái)的柔度、解耦性、位移靈敏度等性能優(yōu)于3-PPr平臺(tái)，但是，3-PPr平臺(tái)具有更大的操作空間和