平面运动链同构识别的标号法

平面机构运动链的同构识别是运动链再生创新设计的重要组成.文中基于平面机构运动链的结构特征,提出了解决此问题的新方法一标号法.首先对运动链各构件按一定的规则进行标号,进行规范化处理,然后用规范化缩杆邻接矩阵表示该运动链图的连接关系,根据两运动链的缩杆邻接矩阵是否相同来识别两构件是否相似.     

基于改进的杆组邻接矩阵的平面运动链类型自动综合

为了利于计算机自动综合,提出了改进的Assur杆组邻接矩阵的平面运动链类型自动综合。首先针对构件数主动件数和选定的杆组,根据杆组组成理论求出对角线元素以及它们的不同组合,然后归纳了综合方法和步骤,定义了选定杆组邻接矩阵。因为综合法在综合构件的过程中根据杆件数、主动件数及杆组类型这些因素分类细化了运动链,并同时判断同构构型,所以综合过程具有很强的规律性,效率也很高,可以减少后面运动链同构识别与刚性子链识别的计算量,特别是对于计算机自动综合多杆多主动件的平面机构运动链,并成功应用在综合12杆以下的平面机构运动链类型。并且以6构件单主动件机构运动链为例进行了类型综合。     

平面运动链同构识别的距离和序列法

对平面机构运动链结构组成进行探讨后,研究了运动链中的结构不变量,并基于缩杆邻接矩阵提出了4个新的运动链结构恒量序列,这些恒量序列将杆的级别、运动副数目以及各杆的连接关系考虑在内。以此为基础,提出了对运动链进行同构识别的距离和序列法。该方法实质上是对运动链进行分类同构识别,因此具有操作简单、可靠性好、识别效率高等特点,已成功应用于12杆以下机构运动链型综合时的同构识别     

平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更研究

针对平面闭链机构运动特性集成的问题,对闭链机构的设计过程、闭链机构运动链数目综合过程、缩杆邻接矩阵表示、去同构链、去呆链等方面进行了研究,以此获得了各杆件不同自由度的缩杆邻接矩阵数目表。通过对各缩杆邻接矩阵的比较,提出了少杆与多杆机构局部同构的识别方法,建立了平面闭链少杆机构向多杆机构的过渡过程,在此基础上给出了平面闭链机构的缩杆邻接矩阵变更过程。最后,运用平面闭链机构缩杆邻接矩阵变更方法对现有的飞剪机构进行了改进,验证了该变更过程的可行性。研究结果表明:平面闭链多杆机构可以由少杆机构添加若干杆件及运动副获得。     

平面闭式运动链简图自动绘制的最大环路法

机构运动链结构简图的自动绘制,直接关系到机构设计的效率与可靠性。在对平面闭式机构运动链的拓扑特性研究基础上,基于缩杆邻接矩阵,提出一种运动链结构简图自动绘制的最大环路方法。此方法采用广度优先生成树算法获得运动链的独立回路,并通过独立回路的加减运算得到最大可行外环。根据回路关系逐步修正最大可行外环,使各独立回路成为其非交叉规范化内环。在运动链结构简图绘制过程中,根据外环和内环情况,将运动链中的运动副布置在由外往内的同心圆内接正多边形的顶点上,使绘制的运动链简图规范、美观。在对这种基于外环与内环关系的简图自动绘制算法研究过程中,借助多个机构实例进行说明。研究与应用结果表明,最大环路法具有实现简单、方法完备的特点,适用于多杆多自由度平面闭式运动链结构简图的自动绘制,应用于机构设计中,可极大地提高设计效率。     

基于缩杆邻接矩阵的平面运动链同构识别

在研究了平面机构运动链结构不变量的基础上,基于缩杆邻接矩阵提出了3个新的运动链结构恒量序列,这些恒量序列将杆的级别、运动副数目以及各杆的连接关系考虑在内。并进一步提出了以它们对运动链进行同构识别的缩杆邻接矩阵法,该方法具有操作简单、可靠性好、识别效率高等特点。     

基于Assur杆组元素的平面机构的拓扑描述

通常邻接矩阵仅描述机构中构件间连接关系,不能直接对基于Assur结构组成理论的杆组及其连接关系进行描述及变换。基于此,将杆组作为基本元素,替代邻接矩阵中的单一构件元素,构造一种基于Assur杆组元素的机构结构拓扑矩阵——杆组邻接矩阵。该矩阵对角线元素由代表主动件、机架和Asuur杆组和/或扩展Assur杆组三种基本元素组成,非对角线元素代表各基本元素间的连接关系及运动副的类型,清晰地描述了基于Assur结构理论的平面机构的结构组成。Assur杆组元素用于普通平面机构的拓扑描述,扩展Assur杆组元素用于变胞机构的拓扑描述。该矩阵为应用Assur结构组成理论系统的进行结构综合,特别是计算机辅助结构综合和分析提供了新的途径。实例验证了该矩阵的有效性和实用性。     

基于杆组邻接矩阵的平面机构综合方法

为在平面机构综合中能够求解出包含R副和P副的全部运动链,给出一种基于杆组邻接矩阵的平面机构综合新方法。通过对前期研究提出的杆组邻接矩阵进行修正,构造改进的杆组邻接矩阵。基于改进的杆组邻接矩阵,求解给定杆组的所有装配方式,并同步辨识同构体,获取杆组装配关系的杆组邻接矩阵。根据提出的约束条件,采取逐级构造杆组邻接矩阵方法,求解杆组间的可行连接方式,并同步辨识同构体,从而获取全R副杆组间的连接关系的杆组邻接矩阵。将所有类型杆组代入求得的杆组连接关系矩阵,获取所有类型杆组可构成的全部机构构型,包含主动件和机架变换问题。以平面6杆机构为例,应用该方法首次求出包含R副和P副的所有机构构型为364种,验证了提出的综合方法的有效性和实用性。     

基于平面机构运动链的LEMs构型综合

提出一种LEMs机构综合方法,该方法能够求解包含转动副和移动副,以及机架和主动件变换的LEMs机构综合问题。首先,构造平面运动链的杆组邻接矩阵,基于此杆组邻接矩阵,求解给定构件数和自由度数的所有平面机构的可能连接方式;其次,基于构件和自由度的数目,分析杆组的所有装配方式,构建杆组邻接矩阵的框架,依据一定的约束条件,将第一层及之后的杆组依次装配到主动件和机架或者前层杆组上,并且同步辨识同构体,从而获取只含转动副的所有平面机构构型;然后,将主动件的运动副类型以及不同类型的各级杆组分别代入前述所求得的平面机构构型,得到包含转动副和移动副,以及机架和主动件变换的所有平面机构构型;最后,用相应的柔顺片段代替刚性片段,完成LEMs构型综合。     

独立杆组参数矩阵的表达方法

并联机构中由于各杆组间的约束类型不同导致部分杆组参数向量中含有不独立的混合参数,使得对机构中输出构件自由度数目及性质、机构过约束判断的直观性变差。为构建仅含独立运动参数的杆组参数向量,分别就向量中非独立的"角运动参数"、"非衍生线运动参数"、"衍生线运动参数"展开讨论,基于螺旋理论,通过研究螺旋系的相关性,得到线性无关的基螺旋系,并等价到杆组参数矩阵中,建立独立杆组参数矩阵,最终提出参数垂直分量有效准则。结合该准则,基于GOM自由度新公式,对几种典型机构进行自由度分析,验证这些理论在独立杆组参数矩阵确定、机构自由度求解、输出构件自由度及运动性质分析、过约束判断等方面的应用。     

Synthesis of a complete set of contracted graphs for planar non-fractionated simple-jointed kinematic chains with all possible DOFs

The contracted graph shows the primary topological structure of kinematic chains and is the foundation for constructing kinematic structures of mechanisms. In this paper, a fully-automatic method is proposed to synthesize a complete set of contracted graphs for planar non-fractionated simple-jointed kinematic chains with all possible degrees of freedom. First, based on the 4-parameter index and link assortment array, the relationships of link assortment arrays and non-fractionated contracted graphs for different types of kinematic chains are revealed. Then, the general steps to generate the adjacency matrices of contracted graphs from the synthesis equation set are given. Efficient methods to detect fractionated structures and isomorphism are also addressed. Finally, a human-machine interactive synthesis program is developed, and the complete list of both contracted graphs and valid contracted graphs for planar non-fractionated simple-jointed kinematic chains with up to 19 links and all possible degrees of freedom is presented for the first time.     

内力封闭自适应机构初始运动链综合的胚图支链法

根据内力封闭型自适应机构初始运动链的自由度特征,提出了一种运动链构型综合的新方法,即胚图支链法。此方法视运动链由多元素杆和支链两部分构成,并通过一种有序分步的方法构建运动链的拓扑胚图,然后在拓扑胚图上配置支链形成广义拓扑图,再转化为运动链。利用此方法,综合出了自由度为0或-1的9杆、10杆运动链的全部独立构型,为内力封闭自适应机构的创新设计提供了理论依据。     

含复铰平面运动链拓扑对称性识别的邻接矩阵方法

提出了识别含复铰平面运动链拓扑对称性的邻接矩阵方法。根据能够反映复铰和多副杆特点的构件邻接矩阵和铰链点关联矩阵,按照构件或铰链点的划分,利用圆排列转动和圆排列对应匹配的方法进行构件或铰链点拓扑对称性的识别,并提出了基本算法。研究表明:该方法能应用于无复铰平面运动链,并且具有简便、直观、可靠和便于用计算机进行处理等特点。     

基于结构特征的含复铰和高副的平面运动链分类

提出了基于结构特征的含复铰和高副平面运动链的分类方法。定义了度谱、阶谱、复铰谱、多阶杆连接铰链谱和高副谱作为含复铰和高副平面运动链的结构特征。通过结构类型综合获得运动链的构件邻接矩阵后，就可以计算这些结构特征。据此得到了从八杆以下平面连杆运动链生成的全部独立的含复铰和高副平面运动链共174类396种。     

平面运动链同构识别方法的研究

同构识别在机构类型综合中占有重要位置。本文在对含高副平面运动链分析的基础上，提出了含高副平面运动链支路码的概念，并提出了一种用计算机对含高副和不含高副的平面运动链均适用的同构识别方法。该方法不受运动链杆数和自由度数的限制，且速度快、计算量少。经大量实例计算，该方法行之有效     

含复铰平面闭式运动链型综合的组合法

提出了运动链型综合的组合法。利用已知的闭式运动链和开式链,通过开式链上的连接铰链将闭式运动链和开式链组合起来,从而形成新的构件数较多的运动链型。同时提出了型综合组合法的基本算法。研究表明,该方法通过递推可以得到完整的运动链的各种类型,也可以选定已知闭链和开链进行组合,得到给定构件数和其他条件的部分运动链类型,具有综合过程简便、直观性好和便于计算机处理等特点。     

Hierarchical clustering approach for determination of isomorphism among planar kinematic chains and their derived mechanisms

The problem of isomorphism among kinematic chains and their derived mechanism has been a hot area of research from last several years. The researchers so far have proposed many methods which are mainly based on characteristic polynomial and some code based methods to test the isomorphism among kinematic chains. In this present communication a hierarchical clustering based computerized method is proposed for the above said problem and it is tested for planar kinematic chains upto twelve links without any counter examples. In this method a hierarchical clustering algorithm is also developed for the identification of distinct mechanism derived from kinematic chains. In this method kinematic chains are represented in the form of weighted squared shortest path distance matrix and this matrix is further transformed in the form of tree or dendrogram with the help of hierarchical clustering algorithm. This algorithm directly gives the number of distinct mechanism derived from a given kinematic chain. The cophenetic correlation coefficient of dendrogram is used as an index for isomorphism identification among kinematic chains. The proposed method is efficient and accurate and only one matrix for a given kinematic chain is developed for the determination of distinct mechanisms. This method is successfully examined for one degree of freedom, 6, 8, 10, 12 links planar kinematic chains, 9 links two degree of freedom and 10 links three degree of freedom planar kinematic chains. The computer algorithm for the proposed method has been proposed which can easily be converted into a computer program. These results are useful for designers to detect isomorphism in mechanisms derived from kinematic chains and duplication among kinematic chains.