تابع هدف نوین در سنتز تولید مسیر مکانیزم چهارمیله‌ای با زمان‌بندی معین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شاهرود، شاهرود، ایران،

چکیده

مساله طراحی مکانیزم‌های چهارمیله‌ای، به عنوان ساده‌ترین و پرکاربردترین مکانیزم میله‌ای، همواره یکی از مسائل اساسی مطرح‌شده در حوزه طراحی مکانیزم می‌باشد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی و ابداع روش‌های بهینه‌سازی عددی و الگوریتم‌های فراابتکاری، امکان حل دقیق و بهینه مسائل با تعداد نقاط دقت بسیار بالا نیز فراهم شده است. سنتز تولید مسیر این مکانیزم نیز با استفاده از الگوریتم‌های بهینه‌سازی مختلف و در حالت‌های متنوع طراحی حل شده است. برای درنظر گرفتن سرعت مکانیزم در عبور از نقاط دقت، مساله سنتز با زمان‌بندی معین در نظر گرفته می‌شود، که این مساله نسبت به مساله بدون زمان‌بندی معین سخت‌تر بوده و دارای خطای تولید مسیر بالاتری می‌باشد. در این پژوهش، برای حل مساله سنتز تولید مسیر مکانیزم چهارمیله‌ای با زمان‌بندی معین از تابع هدف جدیدی استفاده می‌شود که شامل دو جمله، خطای مسیر و خطای زاویه‌گیری، می‌باشد. استفاده از این تابع هدف جدید موجب کاهش خطای تولید مسیر برای مساله با زمان‌بندی معین می‌شود. برای رسیدن به تابع هدف مدنظر، چهار حالت مختلف طراحی در نظر گرفته شده و نتایج آن‌ها، که با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی ازدحام ذرات استخراج شدند، با هم مقایسه می‌شوند. نتایج حل این مساله برای سه مثال عددی با تعداد نقاط دقت مختلف نشان می‌دهد طراحی در حالت چهارم، که براساس تابع هدف جدید می‌باشد، نسبت به همه حالات قبلی خطای تولید مسیر کمتری دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

A novel objective function for path generation synthesis of the four-bar mechanism with prescribed timing

نویسندگان [English]

  • Abbas Mokabberi
  • Mostafa Nazari
  • Seyyed Mojtaba Varedi-Koulaei
Shahrood University of Technology
چکیده [English]

Dimensional synthesis of the four-bar mechanisms, as the simplest and most widely used linkage, is always one of the main issues raised in the field of mechanism design. In the past, geometric and graphical analysis methods were used to design these mechanisms, but with the advancement of technology in recent decades, numerical optimization methods and meta-heuristic algorithms have been utilized more.  Moreover, it is possible to solve problems more precisely and consider a higher number of precision points. The path generation synthesis problem of this mechanism has been solved using different algorithms and in different design modes, including with and without prescribed timing. The synthesis problem with prescribed timing is more difficult and has a higher path generation error. In this research, to solve the path generation synthesis problem of the four-bar mechanism with prescribed timing, a novel objective function is utilized. The proposed function includes two terms, path error and angle error. This new objective function leads to a lower error for path generation with prescribed timing.  Four different designs are considered and their results, where extracted by the PSO algorithm, are compared. The results of solving this problem for three numerical examples show that the design in the proposed way, has fewer path generation errors.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Four-Bar Mechanism
  • Path Generation Synthesis
  • Prescribed Timing
  • Particle Swarm Optimization Algorithm

مراجع

[1] H.M. Daniali, Kinematic Design of Linkages, Babol Noshirvani University of Technology, Iran (in Persian), 2015.
[2] S.A.A. Moosavian, Dynamics of Machines, K. N. Toosi University of Technology, Iran (in Persian), 2005.
[3] M.R. Sabaapour, J. Yoon, A novel method for optimal path synthesis of mechanisms based on tracking control of shadow robot, Mechanism and Machine Theory, 131 (2019) 218-233.
[4] S. Acharyya, M. Mandal, Performance of EAs for four-bar linkage synthesis, Mechanism and Machine Theory, 44(9) (2009) 1784-1794.
[5] J. Buśkiewicz, Reduced number of design parameters in optimum path synthesis with timing of four-bar linkage, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 56(1) (2018) 43-55.
[6] H. Zhou, E.H. Cheung, Optimal synthesis of crank–rocker linkages for path generation using the orientation structural error of the fixed link, Mechanism and Machine Theory, 36(8) (2001) 973-982.
[7] S. Glennan, P. Illari, The Routledge handbook of mechanisms and mechanical philosophy, Taylor & Francis, 2017.
[8] F. Freudenstein, Approximate synthesis of four-bar linkages, Transactions of the American Society of Mechanical Engineers, 77(6) (1955) 853-859.
[9] A.K. Dhingra, Mechanism design: Analysis and synthesis: Vol. 1, 2nd edn By AG Erdman and GN Sandor. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1991, xviii+ 631 pp, in, Pergamon, 1993.
[10] R. Norton, Design of machinery an introduction to the synthesis and analysis of mechanisms and machines, 1999, in, McGraw-Hill, Maidenhead.
[11] C.W. Wampler, A. Morgan, A.J. Sommese, Complete solution of the nine-point path synthesis problem for four-bar linkages,  (1992).
[12] N. Nariman-Zadeh, M. Felezi, A. Jamali, M. Ganji, Pareto optimal synthesis of four-bar mechanisms for path generation, Mechanism and Machine Theory, 44(1) (2009) 180-191.
[13] S. Varedi-Koulaei, H. Rezagholizadeh, Synthesis of the four-bar linkage as path generation by choosing the shape of the connecting rod, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 234(13) (2020) 2643-2652.
[14] M.R. Haghjoo, J. Yoon, Two-stage mechanism path synthesis using optimized control of a shadow robot: Case study of the eight-bar Jansen mechanism, Mechanism and Machine Theory, 168 (2022) 104569.
[15] A. Kapsalyamov, S. Hussain, N.A. Brown, R. Goecke, M. Hayat, P.K. Jamwal, Synthesis of a six-bar mechanism for generating knee and ankle motion trajectories using deep generative neural network, Engineering Applications of Artificial Intelligence, 117 (2023) 105500.
[16] J. Mariappan, S. Krishnamurty, A generalized exact gradient method for mechanism synthesis, Mechanism and Machine Theory, 31(4) (1996) 413-421.
[17] J. Zhang, X. Du, Time-dependent reliability analysis for function generation mechanisms with random joint clearances, Mechanism and Machine Theory, 92 (2015) 184-199.
[18] L. Vanneschi, S. Silva, Particle Swarm Optimization, in:  Lectures on Intelligent Systems, Springer, 2023, pp. 105-111.
[19] S.S. Rao, Engineering optimization: theory and practice, John Wiley & Sons, 2019.
[20] A. Sardashti, H. Daniali, S. Varedi-Koulaei, Geometrical similarity error function-innovative adaptive algorithm methodology in path generation synthesis of the four-bar mechanism using metaheuristic algorithms, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 236(3) (2022) 1550-1570.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 55، شماره 12
اسفند 1402
صفحه 1397-1422

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار