基于自由度分析的二维图形约束传播算法研究

提出了一种基于自由度分析的约束传播算法,求解二维参数设计中所建立的几何约束模型。用约束图表示几何元素及它们之间的约束关系,用规则图表达求解推理的过程,采用基于规则的推理与数值计算相结合,并基于自由度分析的约束求解策略,提高了算法的效率和可靠性。     

逆向工程中基于图元Agent的轮廓线参数化设计

针对逆向工程中轮廓线的参数化设计和产品的再设计问题,提出了轮廓线图元Agent的概念,并对其行为特性和结构特性进行了详细分析.以最小拟合误差为目标函数,根据结构约束自动建立约束函数,构建图元Agent的约束优化数学模型,用约束随机方向法进行参数的优化设计.解决了图元之间的结构约束问题,提高了逆向设计精度,为产品的再设计提供了方便.验证实例证明了该算法的有效性.     

自由度描述与装配约束图求解方法的研究

对几何基本图元进行配合时的约束产生的自由度空间进行了分析,特别是对于距离约束产生的复杂自由度空间进行了描述,给出了自由度空间的数据定义,使得复杂自由度和简单自由度能够统一表达;针对多个约束形成的约束图,将可能出现的闭环约束自动转化为近似闭环约束进行求解,进而采用迂回和递归求解的算法对近似闭环约束进行求解,为闭环约束求解提供了一种思路.     

自动影像测量系统关键算法

为了实现对工件的自动影像测量,建立了自动影像测量系统。对该系统所采用的图元识别、图元测量、基于自动聚焦原理的高度测量等算法进行研究。根据圆形和矩形图元的面积和真圆度等特征参数介绍了图元识别算法。以直线和圆形图元为例分析了典型图元的测量算法,即在提取图元边缘点的基础上进行图元拟合。在分析比较能量谱等聚焦评价方法的性能的基础上,说明了采用自动聚焦原理进行高度测量的算法。最后,介绍了系统比例尺的设定方法以及光栅尺读数的误差补偿方法。实验结果表明:比例尺的标定精度为0.5 μm;图元的测量精度在微米级;高度测量精度为0.035 mm,基本满足自动影像测量的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。     

基于约束图的三维实体建模研究

提出了一种新的三维建模方法:基于约束图的三维实体建模方法。该方法首先通过获取到的二维图形几何信息,对构成二维图形的图元进行识别和分类,然后建立起回转体之间的约束关系—几何约束图,实现了对二维图形进行自动识别。最后,利用三维约束形体布尔函数,在AutoCAD的VBA环境中实现三维建模。     

基于SolidWorks的截面草图曲线约束优化技术研究

二维截面曲线重建与正向设计技术相结合是实现复杂外形产品CAD模型重建的重要方法。针对该问题提出了基于SolidWorks软件草图的二维截面曲线约束优化技术,并对截面草图曲线的拟合表达、约束表达和约束优化模型的建立及其求解等关键技术进行了深入研究。应用实例表明,基于SolidWorks的截面草图曲线约束优化方法可以得到在满足约束条件下的数据点列最优逼近曲线,基于该优化曲线可以高效、准确地构建出复杂外形产品的曲面模型。     

双工业机器人不同约束下协同运动轨迹规划

针对双工业机器人协作过程中的轨迹规划问题,对IRB200机器人进行建模,并求解机器人的正逆运动学。结合求解的正逆运动学提出紧约束下耦合运动和松约束下叠加运动算法。紧约束将机器人末端执行器之间建立不变的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生耦合运动;松约束将机器人末端执行器之间建立随时间变化的约束关系,实现机器人末端执行器之间产生叠加运动。最终在MATLAB中分别进行协同搬运、协同绘制“铜钱”仿真实验验证算法,从姿态图、轨迹图及从机器人理论位置和实际位置对比能够看出,在不考虑机械误差、标定误差及机器人制造误差的情况下能够满足相关任务要求,实现从机器轨迹的自适应规划,避免对双工业机器人分别进行轨迹规划。     

面向约束求解的草图智能导引设计方法

CAD系统草图设计过程中,智能导引设计可增强用户与界面之间的交互、加速绘制过程,使草图设计更加便捷。文中研究了一种面向约束求解的草图智能导引的设计方法。该方法利用面向对象思想实现约束的识别、分类、归纳与局部求僻;采用分层分段方式表示图元,达到全恧快速的引导;设计了统一数据结构实现了非草图几何的约束存储与处理。在基于ACIS和HOOPS组件开发的FeatureMaker平台上加以实践,采用该方法设计出的智能导引模块能够有效辅助并缩减需要定义约束的草图设计时间。     

基于约束的虚拟装配技术研究

为了实现基于约束的虚拟装配操作,给出了虚拟环境中装配约束的统一表达方法,以及约束与自由度的等价关系和运动自由度的归约等,提出了一套虚拟装配中的约束处理算法。首先,利用装配关系自动识别算法,判断两个零件几何约束元素之间的位姿关系是否在给定的误差范围内;其次,使用定位求解算法,使主动体零件在满足已经确认约束的基础上,以最小的位姿调整量满足新约束;最后,提出了基于广义坐标系的运动导航算法,根据装配零件满足的约束对其运动进行引导。这些算法已经应用于集成虚拟装配环境的系统中,实践证明它们能很好地支持集成虚拟装配环境的约束处理,实现了虚拟装配过程与实际装配过程的高度统一。     

面向虚拟装配的约束建模与装配意图捕捉技术

为保证虚拟装配操作的精度和效率,提出了一种准确高效的用户装配意图捕捉算法.给出了虚拟装配环境中约束模型的表达和建模方法,引入约束元素包围盒的概念,并提出了其构造原则及方法.将约束元素包围盒的相交测试作为装配意图捕捉算法的入口,根据约束元素和自由度之间的映射关系,提出了约束多层识别算法来判断约束元素之间的装配约束类型,并通过设置约束元素优先级和利用约束元素间的进给增量比较策略来实现约束的智能确认.最后,使用时间花费代价函数表征装配意图捕捉算法的计算效率.通过某航天产品中的装配实例验证了所提算法的有效性.     

几何约束等价性及等价迭代研究

针对几何约束系统中不可构造的柔性复合顶点的求解问题,引入等价约束,分裂部分约束以打破柔性复合顶点的强耦合性,形成只包含简单顶点的求解序列。基于等价约束的性质和结构拓扑,研究了求解序列顶点存在与不存在实数解情况下,雅可比矩阵的求解方法,从而以少量分裂约束方程组对等价约束变量的等价迭代,或者柔性复合顶点的局部迭代,取代柔性复合顶点的整体数值迭代求解,降低迭代的维数,算法实现于几何约束求解引擎CBA(constraint broadcast automa-tion)中。     

RESEARCH ON SEARCH AND RECOGNI-TION FOR CONSTRAINT BASED ON COMPREHENSION OF GRAPH

A promising approach on the search for geometric constraint of directional graph in off-line parametric design has been put forward . The method for representation of the directional graph is given firstly , then the constraint model for every geometry element is put forward . By the search of geometric constraint, it sets up the topology constraint relation on the different element objects , which are not related in geometry data base, and achieves the identify for the directional graph . The algorithm of recognizing geometric constraint is described in detail, in the meantime, the application example in off-line parametric design on dimension-driven is given .     

参数化设计中约束的自动识别

通过分析零件图中尺寸约束和图形元素之间的拓朴关系，提出约束自动识别算法。     

多体系统仿真分析平台参数化建模技术研究

针对复杂多体系统建模效率低、建模过程修改频繁等问题,研究了多体系统仿真分析平台的参数化建模技术,提出了一种工程约束推理求解和模型元素更新机制相结合的参数化方法.该方法采用点参数、设计变量参数和元素属性参数构建多体系统参数化模型.通过规则约束和表达式约束,描述了元素属性参数间的工程约束关系.针对工程约束的过程无关性,使用有向图作为参数化求解的内部表达,根据参数间的偏序关系获得工程约束求解序列.结合多体系统模型元素关联关系的特点,提出了一种事件驱动的模型参数化更新机制.最后通过轿车参数化建模实例,验证了该方法的有效性和可靠性.     

参数化中多解问题的研究

研究参数化方法中经常遇到的多解问题。首次提出了约束元和约束组的概念，从拓扑及空间关系的角度研究了解的标识方法和约束组求解的几何算法。该算法具有几何语义直接、精确度高、计算量小等优点。     

基于刚架模型的多张B样条曲面变形

针对由多张B-spline曲面拼接构成的曲面形状修改问题,提出了一种多张B-spline曲面变形算法。通过将曲面片控制顶点网格进行“合并”来建立多张B-spline曲面的刚架模型;以刚架节点位移为未知量,建立节点载荷最小和节点位移最小的统一优化目标函数;将曲面片之间的光滑拼接条件抽象为节点相对位置约束,结合点约束、点和法矢约束共同组成约束方程组;采用罚函数法求解得到变形后曲面新的控制顶点。变形实例表明该算法是直观有效的。     

A History-Independent Modelling-Oriented Approach to Solve Geometric Constraints Between Features in 3D Space

History-independent modelling systems are more flexible than history-based ones. They let designers manipulate the model in a more associative, rather than prescribed, way. In this paper, an approach based on 2D geometric constraint solving and a topological entity naming mechanism (TENM) is presented to solve the geometric constraints between features in 3D space. Firstly, in order to break the unidirectional dependency between features in a history-based modelling system, a data structure named feature constraint graph(FCG) is adopted to represent the geometric constraints between features in 3D space. Then a solving sequence is obtained using degree-of-freedom (DOF) based graph analysis. And finally, during the evaluation of the solving sequence, the dimensions in 3D space are mapped to 2D space, the dimensions in 3D space are satisfied indirectly by solving the corresponding 2D geometric constraint system. An example is given to illustrate the process of our approach.     

面向虚拟装配的零部件精确定位技术研究

针对基于几何约束自动识别的零部件精确定位技术中存在的识别效率和准确性不高的问题,提出了一种分层的几何约束自动识别方法。该方法通过装配意图获取、约束优先级判断、约束类型匹配、约束参数匹配、约束位置匹配和约束有效性检查等分层判断机制,有效地提高了几何约束自动识别的效率和准确性。相关方法已经在虚拟装配工艺规划系统中进行了验证,并已应用到航天产品的虚拟装配工艺规划中。