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ミニマックス型非線形計画法に基づくリンク機構の力学解析と最適形状設計

基于极小极大非线性规划的连杆机构力学分析与优化形状设计

基本信息

批准号：
61550187
负责人：
伊東弘一
金额：
$ 1.22万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
财政年份：
1986
资助国家：
日本
起止时间：
1986 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

あるリンク機構を原動節、媒介節、および従動節に分割した時、形状設計問題は要求された従動節の運動に必要な原動節の能力を最小にする媒介節の機構形状を最適に決定する問題として把握できる。上記原動節の必要能力は一般に作用する力または動力の最大値に基づいて決定されるから、結局設計問題は上記最大値を最小化するミニマックス型最適化問題に帰着される。本研究の主目的は、上記の考え方に基づき、原動節機素数が複数の機構に対する最適形状設計法の確立と、実験的確認を行うことである。考察の対象とした機構は、土木工事用大型パワー・ショベル部リンク機構で、三つの原動節である油圧シリンダにより、バケットの平面運動を定める三自由度機構である。上記機構の動力学的解析を行うにあたって各要素の運動方程式を導く必要があるが、対象とした機構の各要素はお互いに複雑に拘束し合っており、また複雑な微分を行う必要が生じる。本研究では、数式処理プログラムであるREDUCEを活用することにより、ラグランジェの運動方程式を導出しこれらを最適化問題における制約条件式として考慮した。また、三つの油圧装置の各シリンダ力の最大値の総和を最小化すべき目的関数として採用し、リンク機構の形状に関する設計変数を決定する問題を一つのミニマックス型非線形最適化問題として定式化した。上記問題に対して、一般縮小勾配法と機構の動特性シミュレーション・モデルを有機的に結合した解法アルゴリズムを開発した。また、本解法のアルゴリズムの有効性を検証するために、実在機器のデータに基づく数値計算を行い、最適化により合理性に富む形状設計が実行できることを確認した。また、上記設計手法の有効性を実験的に検証するために、実験装置を作成した。しかしながら、予算の関係上、機構各部に作用する力の測定を行うには至らず、今後の研究課題とせざるを得なかった。

The problem of determining the optimum shape of the mechanism of the motor, the medium, and the motor is that the motor is required to have the minimum capacity of the motor, and the medium is required to have the minimum capacity of the motor. The necessary capacity of the motor joint is determined by the maximum value of the force, and the final design problem is minimized by the maximum value of the force. The main purpose of this study is to establish and confirm the optimal shape design method for multiple mechanisms based on the above mentioned examination methods A three-degree-of-freedom mechanism for determining the plane motion of a three-degree-of-freedom motor joint is investigated. The analysis of the dynamics of the above mechanism is necessary for the derivation of the equations of motion of the various elements. In this study, the equation of motion of the equation of motion is derived. The problem of determining the number of design variables related to the shape of the mechanism and the maximum value of each component of the oil pressure device is formulated. The above problem is solved by the general reduction matching method and the dynamic characteristics of the mechanism. The effectiveness of this solution is verified by the calculation of the basic values of the machine, by the optimization of the rationality of the shape design. The design method is effective and practical. There is no doubt that the relationship between prediction and calculation, the determination of the role of each department of the organization, and future research topics will be discussed.