基于状态空间方法的机械运动方案设计的综合求解及算法实现

依据机械运动方案设计的状态空间理论,实现了把串联机械系统的运动方案设计问题转化为对偶矢量的分解,进而转化为状态矩阵的分解,通过组合状态矩阵对应的基本变换单元获得相应的运动方案设计可行解。在此基础上,建立了方案设计的知识库,并转换为相应的数据结构,提出了求解过程中运动的类型方向、变换特征分解及综合求解算法。最后,通过一个设计实例验证了状态空间方法的有效性。     

机械运动方案设计的状态空间方法

提出了机械运动方案设计的状态空间方法,以基本变换单元为基础,建立了运动变换状态方程,提取了输入与输出特征矢量、运动传递函数与特征值,讨论了对偶矢量、状态变换矩阵及状态空间的性质,得到状态空间中运动变换特征矢量的运算规则,实现了把串联机械系统的运动方案设计问题转化为输入输出运动特征矢量在状态空间中的单环路径规划问题,通过状态空间中不同对偶点的连接方式可以获得相应的运动方案设计可行解,为机械运动方案设计提供一种新的有效方法。     

基于状态空间方法的机械运动方案设计的理论基础

为解决机械运动方案的设计问题,提出了机械运动方案设计的状态空间方法,以基本变换单元为功能载体,构建了状态特征矢量,并推导获得了状态方程;提取了状态矩阵内非零元素的运动特征值,讨论了对偶矢量及状态空间的相关性质,得到了状态空间中运动变换特征矢量的运算规则,为应用状态空间方法实现方案设计的可计算自动求解提供了理论基础。     

基于符号演变的运动方案建模

针对目前计算机辅助设计系统对机械运动方案设计支持能力不足的问题,提出了运动功能-机构映射-机构组合的层次运动方案设计模型。运动功能层利用功能符号实现了运动方案设计过程和复杂机构运动关系的抽象表达,机构映射层通过运动功能到机构和运动关系到机构组合关系两个映射过程实现了功能符号到机构简图符号以及机构简图符号到机构装配符号的演化,机构组合层通过机构装配符号组合实现了运动方案设计结果的可视化。     

计算机辅助的机构运动行为知识表示及推理

知识源于人类对对象的分类能力。机械运动系统概念设计是一个功能→行为→结构的过程,本文在用属性及属性值的方式表示机构运动行为的基础上,提出了机构系统方案设计的匹配推理过程,并用ＢＮＦ形式和生成规则相结合的方法生成机构的运动行为知识。在此基础上,给出了生成行为知识的推理流程图,可以在计算机的辅助下表示机构的运动行为。最后以一个示例说明该方法的应用。     

一种贴合机械产品运动方案设计的功能求解模型

提出了一种切合机械运动方案设计的功能求解模型FPAM模型.F-P-A-M机器功能求解模型是建立在机构系统设计基础上,适合于机器运动系统方案设计,有利于实现计算机辅助机械运动方案设计.F-P-A-M功能求解模型同样适合于机电一体化产品运动方案构思和设计.这一模型较好的解决了机械运动方案设计自动化、智能化问题,将机械产品创新设计与机构学紧密地结合了起来,具有广阔的应用前景.     

二自由度基本机构特征状态方程及其应用

提出了二自由度基本机构的特征状态分析方法，并依此建立了二自由度基本机构的数学知识模型。首先定义并归纳了运动功能特征模式，继而针对具体二自由度基本机构输入输出连续运动速度一般方程，提取输入输出运动的特征矢量，并在二元函数级数展开的基础上提取出函数的功能特征值，从而把二自由度基本机构的运动传递单元转化为运动特征变换单元，由此使机构的运动功能分析脱离机构单元本身具体尺度的影响；建立了二自由度基本机构的特征状态方程，进一步讨论了特征矢量、特征状态方程的性质及其运算规则，得到了运动传递特征和性质；研究了数学模型到基础数据的知识转换过程，建立了二自由度基本机构基础知识数据库，为机械系统方案设计提供选型依据。通过实例说明了造型过程及其具体方法。     

计算机辅助机构选型的实现

将机构选型的初始要求划分成运动功能和功能质量两种类型,用规范化方法描述运动功能,用人类自然语言描述功能,在计算机辅助机构造型过程中,由计算机完成精确的推理过程,得到满足运动功能的机构解空间,由设计者根据知识库提供的机构功能质量评价知识,选择满足功率质量要求的机构解,完成模糊的推理过程,由此简化了计算机辅助机构造型的推理机制,实现了机构选型的自动化,解决了机械运动方案CAD中的一大难点,为运动方案CAD的实现奠定了良好的基础。     

机械系统的运动传递与变换矩阵分析方法

提出一种机械系统运动变换的矩阵分析方法 ,建立了机构和机械系统运动类型变换、方向变换及运动变换的大小和特征的数学模型。定义了基本机构运动类型变换矩阵、运动方向变换矩阵 ,引入运动传递函数来表征运动的大小及特征 ,阐述了传递函数与运动方向变换矩阵的内在联系 ,讨论了其相应性质 ;综合运用运动类型与方向变换矩阵以及运动传递函数分析多个基本机构串联组成的机械系统所具有的类型、方向与运动特征和性质 ,建立了机械系统运动变换的统一数学模型 ,并给出计算实例。     

机构类型综合设计过程自动求解分析及算法实现

定义了实现运动变换的基本机构元素、集合；应用运动变换矩阵，对类型综合过程进行了描述；建立了便于将基本机构信息转换为数据库中存储形式及分解过程的数据结构；基于建立的数学模型及数据结构，提出了运动变换矩阵分解及自动化求解过程的算法。实现了机械系统类型综合设计的自动化求解，通过一个设计实例验证了算法的可行性及有效性。     

功能分解有向网络图构造及计算机化实现

受运动复合机构构成原理知识欠缺的制约,基于功能综合方法的运动复合机构创新设计仍是挑战性课题。基于分层递阶理论,建立功能分解商空间模型,根据功能分解层粒度要求以及属性函数对目的功能层的贴近度,采用模糊等价映射和改进的宽度优先求解算法,给出手段功能层最佳分解方案,通过逐层分解细化,得到以基本操作为功能单元的功能分解与或树。遍历功能分解与或树分支及叶节点,确定功能有向网络图拓扑结构。在商空间模型下,功能分解是一个不依赖于知识与专家经验的粒度细化求解过程,能够解决运动复合机构功能分解问题,为后续获得由基本机构巧妙组合创成新颖组合机构方案提供功能分解模型支持。结合干粉压片机机构功能要求,给出了功能分解的算法及功能分解有向网络图构建的计算机化实现。     

基于知识粒度的TRIZ在创新设计中的应用

为实现发明问题解决理论(Theory of inventive problem solving,TRIZ)中概念解到特定解的,从认知心理学角度分析产品创新设计问题的解决机理,提出一种多粒度多层次的知识组织模型,将设计知识按照TRIZ原理、功能、行为-流对、科学效应、领域五种属性进行标注,每种属性又包括概念、语义和事实资源三种层次结构,构建多属性多层次的本地知识库,为设计者提供本领域知识。此外通过语义本体推理和语义扩展从专利数据库和网络资源中获取近领域、远领域知识,在创新设计问题解决过程中推送给设计者,有利于激发设计者进行联想类比,支持其从不同粒度分析和解决问题。最后建立基于多粒度知识组织的创新设计问题解决模型和系统框架,并结合III型铁路扣件的概念设计示例说明该模型的应用。     

Constraint operator for the kinematic calibration of a parallel mechanism

This paper introduces a constraint operator for the kinematic calibration of a parallel mechanism. By adopting the concept of a constraint operator, the movement between two poses is constrained. When the constrained movements are satisfied, the active joint displacements are taken and inputted into the kinematic model to compute the theoretical movements. A cost function is derived by the errors between the theoretical movement and the actual movement. The parameters that minimize the cost function are estimated and substituted into the kinematic model for a kinematic calibration. A single constraint plane is employed as a mechanical fixture to constrain the movement, and three digital indicators are used as the sensing devices to determine whether the constrained movement is satisfied. This calibration system represents an effective, low cost and feasible technique for a parallel mechanism. A calibration algorithm is developed with a constraint operator and implemented on a parallel manipulator constructed for a machining center tool.     

方案设计两级实例推理过程模型及系统结构的研究

本文将重点研究机械方案创新设计过程。作者根据机械方案设计特点,提出两级实例推理过程模型,设计并描述基于实例功能推理的机械方案智能设计系统。同时对实例分解表示进行详细研究,并讨论了功能结构图及机械装置的框架表示方法,描述一种改进的组合功能分类方法,建立了方案功能结构实例库和机械装置实例库。     

机械方案创新设计过程模型的研究

本文主要研究机械方案创新设计过程。在简要介绍和分析机械方案设计一般过程和基于结构类型变异机构综合方法的基础上,提出集成功能推理和结构推理为一体的机械方案创新设计过程模型,并在此基础上开发了机械方案创新设计智能支持系统（ＭＣＩＤＩＳＳ）。     

用状态向量表示法实现计算机辅助机械运动方案设计

设计模型的建立是机械运动方案自动化综合的关键。本文提出的运动状态向量表示法,将复杂运动方案的设计简化为运动功能匹配和约束检查的求解过程。由此建立计算机能够识别的机械运动方案设计模式,使运动方案设计得以实现。     

机械传动系统运动精度优化分配新方法

为对机械传动系统的运动精度进行合理分配,结合元动作理论,提出了一种机械传动系统运动精度优化分配新方法.首先利用"功能运动动作"结构化分解树对机械系统进行结构化分解,得到基本的元动作和元动作链;然后以元动作链为研究对象,分析运动精度形成机理,建立运动误差传递模型;考虑成本因素和运动误差灵敏度因素,建立了成本函数和鲁棒性函...     

面向新型并联机床的NURBS曲面直接插补算法研究

提出了以四自由度空间并联机构作为主进给机构 ,辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型并联机床的配置方案。推导了并联机床位置、速度逆解模型 ,设计了面向该并联机床的CNC系统方案。构造了由刀具轨迹计算、位置与速度逆解模型和PVT细插补模式相结合的NURBS曲面直接插补算法 ,并讨论了CNC系统方案实施中的关键技术     

基于知识、自上而下的机械CAD系统

在新一代智能 Ｃ Ａ Ｄ 系统中,系统构成和知识表达应充分体现面向用户、以任务为驱动、自上而下和面向对象的系统设计指导思想。本文提出一种适用于模块化机械设计的智能 Ｃ Ａ Ｄ 系统框架。文中给出了面向对象的系统,面向用户、基于实例和模型的集成知识表达,和以任务为驱动的推理策略,使系统成为在已有设计事例经验的基础上,结合模型知识,为模块化机械设计提供自上而下的智能计算机辅助系统。