توسعه یک الگوریتم بهینه‌سازی مبتنی بر نظریه بازی در طراحی مکانیزم‌های با کاربرد تولید مسیر

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، پردیس دانشگاهی، دانشگاه گیلان

2 دانشیار، دانشگاه گیلان، ایران

3 استادیار، دانشگاه کردستان، ایران

4 استاد، دانشگاه گیلان، ایران

10.22044/jsfm.2024.13845.3809

چکیده

در این مقاله به مسئله بهینه‌سازی مقاوم چندهدفه مکانیزم چهارلینکی برای کاربرد تولید مسیر با استفاده از رهیافت نظریه بازی پرداخته میشود. یک رویکرد تصمیم‌گیری غیرمتمرکز دوسطحی جدید، با استفاده از هم‌افزایی بهینه‌سازی مقاوم مبتنی بر قابلیت اطمینان، نظریه بازی استکلبرگ و همکارانه، شبیه‌سازی مونت کارلو و برنامه‌ریزی ژنتیکی (GP) پیشنهاد شده و برای مسئله سنتز مکانیزمهای چهارلینکی تولید مسیر اعمال شده است. چهار معیار عملکرد، شامل معیارهای دقت (TE)، مقاوم بودن ()، قابلیت اطمینان () در سطح پیشرو و کیفیت حرکت (TA) در سطح دنباله رو به چهار بازیگر تخصیص داده شده است، به‌طوری‌که هرکدام از بازیگران مسئول بهینه سازی یک معیار عملکرد می باشد. حداکثر گشتاور محرک ورودی در قالب یک معیار دینامیکی، به‌عنوان قید طراحی به مسئله سطح پیشرو داده شده است. از برنامه‌ریزی ژنتیکی برای ایجاد مجموعه پاسخ منطقی بازیگر پیرو در فرایند بازی استکلبرگ استفاده شده و همچنین مسئله حکمیت نش برای مدل‌سازی رفتارهای همکارانه در بین بازیگران در سطح پیشرو به کار گرفته شده است. با استفاده از سناریو بازی پیشنهاد شده، مسئله بهینه‌سازی چهارهدفه مکانیزم چهارلینکی، به یک مسئله بهینه سازی تک هدفه تبدیل می‌شود. نتایج به‌دست‌آمده بهبود قابل‌توجهی را در قابلیت اطمینان و رفتار مقاوم مکانیزم نشان می‌دهد، و این در حالی است ‌که برتری معیارهای دقت و کیفیت حرکت مکانیزم نسبت به طراحی در فضای نامعین حفظ شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   G. H. Martin (2002) Kinematics and dynamics of machines. Waveland Press.
[2]   R. L. Norton (2004) Design of machinery: an introduction to the synthesis and analysis of mechanisms and machines. Boston: McGraw-Hill Higher Education.
[3]   G. P. Roston and R. H. Sturges (1996) "Genetic algorithm synthesis of four-bar mechanisms," AI EDAM, vol.10, no. 5, pp. 371-390.
[4]   J. Cabrera, A. Simon, and M. Prado (2002) "Optimal synthesis of mechanisms with genetic algorithms," Mechanism and machine theory, vol.37, no. 10, pp.1165-1177.
[5]   S. Acharyya and M. Mandal (2009) "Performance of EAs for four-bar linkage synthesis," Mechanism and Machine Theory, vol.44, no.9, pp.1784-1794.
[6]   N. Nariman-Zadeh, M. Felezi, A. Jamali, and M. Ganji (2009) "Pareto optimal synthesis of four-bar mechanisms for path generation," Mechanism and Machine Theory, vol. 44, no. 1, pp. 180-191.
[7]   W.-Y. Lin (2010) "A GA–DE hybrid evolutionary algorithm for path synthesis of four-bar linkage," Mechanism and Machine Theory, vol. 45, no. 8,
pp. 1096-1107.
[8]   E. Ghotbi and A. K. Dhingra (2012) "Optimum design of high-speed 4-bar mechanisms using a bi-level game theoretic approach," in ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition , vol. 45196: American Society of Mechanical Engineers, pp. 223-232.
[9]   B. Ahmadi, N. Nariman-zadeh, and A. Jamali (2017) "Path synthesis of four-bar mechanisms using synergy of polynomial neural network and Stackelberg game theory," Engineering Optimization, vol. 49, no. 6, pp. 932-947.
[10] B. Ahmadi, N. Nariman-Zadeh, and A. Jamali (2019) "A Stackelberg game theoretic multi-objective synthesis of four-bar mechanisms," Structural and Multidisciplinary Optimization, vol.60,no.2, pp. 699-710.
[11] S. Nguyen-Van, Q. X. Lieu, N. Xuan-Mung, and T. T. N. Nguyen (2022) "A new study on optimization of four-bar mechanisms based on a hybrid-combined differential evolution and Jaya algorithm," Symmetry, vol. 14, no. 2, p. 381.
[12] G. Etesami, M. E. Felezi, and N. Nariman-zadeh (2022) "Pareto optimal balancing of four-bar mechanisms using multi-objective differential evolution algorithm," J. Comput. Appl. Mech., vol.51, no. 1, pp. 55-65, 2020.
[13] B. Ahmadi, B. Ahmadi, S. N. Chegini, and L. Safari (2021) "Multi-objective reliability-based optimal synthesis of path generating four-bar mechanisms: Acooperative game theoretic approach," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: J. Mech. Eng. Sci.,p.09544062211028902.
[14] R. Wu, R. Li, and S. Bai (2021) "A fully analytical method for coupler-curve synthesis of planar four-bar linkages," Mechanism and Machine Theory, vol.155, p. 104070.
[15] A. Qaiyum and A. Mohammad (2022) "A novel approach for optimal synthesis of path generator four-bar planar mechanism using improved harmony search algorithm," Austra. J. Mech. Eng., pp. 1-14.
[16] V. K. Pathak, R. Singh, A. Sharma, R. Kumar, and D. Chakraborty (2023) "A Historical Review on the Computational Techniques for Mechanism Synthesis: Developments Up to 2022," Archives of Computational Methods in Engineering, vol. 30, no. 2, pp. 1131-1156.
[17] A. Jamali, M. Ghamati, B. Ahmadi, and N. Nariman-Zadeh (2013)"Probability of failure­for uncertain control systems using neural networks and multi-objective uniform-diversity genetic algorithms (MUGA),"Engineering Applications of Artificial Intelligence, vol.26, no.2, pp.714-723.
[18] A. Jamali, B. Ahmadi, M. Ghamati, and N. Nariman-zadeh (2015) "Reliability-based optimal controller design for systems with probabilistic uncertain parameters using fuzzy limit state function,"J.Vibrat.Cntr.,vol.21,no.7,pp.1419-1429.
[19] R. T. Marler and J. S. Arora (2004) "Survey of multi-objective optimization methods for engineering," Structural and multidisciplinary optimization, vol.26, pp. 369-395.
[20] J. Nash (1953) "Two-person cooperative games," Econometrica: J. Econom. Society, pp. 128-140.
[21] R. Mallipeddi, I. Gholaminezhad, M. S. Saeedi, H. Assimi, and A. Jamali (2020) "Robust controller design for systems with probabilistic uncertain parameters using multi-objective genetic programming," Soft Computing, pp. 1-17.
[22] A. Jamali, E. Khaleghi, I. Gholaminezhad, and N. Nariman-Zadeh (2016) "Modelling and prediction of complex non-linear processes by using Pareto multi-objective genetic programming,"Int. J. Sys. Sci., vol. 47, no. 7, pp. 1675-1688.
 
[23] H. Khayyam, A. Jamali, H. Assimi, and R. N. Jazar, "Genetic programming approaches in design and optimization of mechanical engineering applications (2020) in Nonlinear approaches in engineering applications: Springer,
pp. 367-402.
[24] E. Ghotbi (2016) "Multi-objective optimization of mechanism design using a bi-level game theoretic formulation," Concurrent engineering, vol. 24, no.3, pp. 266-274.
[25] S. Ebrahimi and P. Payvandy (2015) "Efficient constrained synthesis of path generating four-bar mechanisms based on the heuristic optimization algorithms," Mechanism and Machine Theory, vol.85, pp. 189-204.