[發明專利]一種平面四桿機構軌跡設計的果蠅優化方法

有效

• 申請號: 201810471646.6
• 申請日: 2018-05-17
• 公開（公告）號: CN108710748B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 李剛;王沁;趙鵬;喬路;蘇宇;田軍委;李錦濤
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06N3/00
• 代理公司: 無錫松禾知識產權代理事務所(普通合伙) 32316
• 代理人: 段小麗

一種平面四桿機構軌跡設計的果蠅優化方法。本發明的平面四桿機構中，l₁為主動桿，l₂為連接桿，l₃為從動桿，l₄為機架，φ₀和ψ₀分別為對應桿件在右極限位置時的初始位置角；采用了十進制的2×3實值矩陣編碼，矩陣的行向量表示果蠅個體所在搜索空間的維度位置；本發明的根據平面四桿機構問題描述的優化模型設計了果蠅種群個體的編碼方式以及新型嗅覺濃度判定值函數，其次根據嗅覺濃度值將種群動態劃分成優秀子群和普通子群以執行不同的種群演化模式，最后對不同果蠅子群分別采取了精英學習策略和差分變異策略來增強算法的學習效率以及保持種群的多樣性。平面四桿機構設計實例分析表明該方法是可行有效的，其參數優化設計結果好于傳統的設計方法。

技術領域

本發明屬于四桿傳動機構領域，尤其涉及一種平面四桿機構軌跡設計的果蠅優化方法。

背景技術

平面四桿機構由于具有結構相對簡單，加工制造方便以及成本較低的特點，因此在工農業生產中獲得了廣泛的應用，例如，工業機器人執行器中的欠驅動機構，工程機械中的裝載機轉斗機構，以及食品和包裝設備中的攪拌及封口機構等的相關操作中都會用到。使用平面四桿機構的根本目的在于通過簡便實用的機構形式來方便地實現給定的運動規律或運動軌跡再現，以完成預定的運動或動作，實現設備某些必要的復雜運動要求。近年來，隨著各種設備向著多功能、自動化及智能化的趨勢快速發展，人們對于平面四桿機構的使用要求也相應的變得豐富和多樣化，因此研究各類滿足不同工作要求的平面四桿機構的設計和優化方法就顯得尤為必要。傳統的平面四桿機構的設計常采用圖解法、圖譜法、解析法以及計算機輔助分析法。這些方法普遍存在著設計工作量大、設計精度不高、計算復雜，不易精確求解的不足，易導致設計過程繁瑣，設計周期變長，難以適應現代機械高速、高精度的發展要求。近年來，以神經網絡、進化計算以及群集計算為代表的智能優化技術獲得了快速發展，這些算法具有自適應、自學習以及自組織的特點，為平面四桿機構設計問題的有效解決提供了新的思路和手段。代表性的工作包括采用遺傳算法、粒子群優化算法、蟻群算法以及混沌優化算法來進行平面連桿機構的設計和優化。盡管這些方法可行有效，但是也存在著算法流程復雜、計算參數眾多以及對設計者經驗要求較高的不足。隨著智能優化技術的不斷進步，一些流程簡單、概念清晰并且使用方便的新型算法不斷涌現并且獲得廣泛關注，果蠅優化算法就是其中的典型代表。

果蠅優化算法(Fruit fly optimization algorithm，FOA)是模擬果蠅覓食過程中群體信息共享和交流機制而產生的一種全新的啟發式群體智能進化算法。該算法由Wen-Tsao Pan首次提出，并成功將其應用于連續函數的數值優化及企業財務風險分析問題。果蠅優化算法與其他群智能算法相比，具有概念簡單、參數較少、計算速度快、全局尋優能力強、易于實現等特點，近年來已經被成功應用于多個領域，具有良好的應用前景。因此本文從果蠅優化算法的視角出發，構建平面四桿機構的優化模型，并且采用動態種群協同策略以及精英學習和差分擾動策略來加速算法的收斂以實現機構的有效設計和參數優化目標。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種平面四桿機構軌跡設計的果蠅優化方法。

技術方案：為實現上述目的，本發明的平面四桿機構中，l₁為主動桿，l₂為連接桿，l₃為從動桿，l₄為機架，φ₀和ψ₀分別為對應桿件在右極限位置時的初始位置角；

采用了十進制的2×3實值矩陣編碼，矩陣的行向量表示果蠅個體所在搜索空間的維度位置，每一列表示一個需要優化的平面四桿機構的參數；對于個體P_i其編碼如下式：