平面机构轨迹综合及其计算机辅助创新设计方法研究

发布时间：2020-06-03 03:38

【摘要】：当今信息时代,科学技术飞速发展,传统学科正在信息技术带动下焕发新的活力,各学科之间不断相互补充、交叉、渗透,从而使其理论研究范围和应用领域得到不断拓展。传统机械学在其研究对象、内容、理论与方法等方面也正经历着深刻变革,以使自身提高到与信息产业革命及其他学科发展相适应的层次,其中机械创新设计方法就是一个非常活跃的研究领域。本文借鉴国内外相关研究成果,以平面机构轨迹综合与创新设计理论为重点研究对象,将新型计算智能方法与创新设计理论引入其中,为平面机构轨迹综合与创新设计理论提供了一种新的研究途径。将人工免疫算法用于平面机构的直接和间接近似综合,对目前基于定量描述轨迹特征的机构轨迹综合方法进行了改进。在直接综合方法中采用了免疫网络多峰优化算法以解决优化算法普遍存在的解的相似性问题,该方法不仅具有良好的全局收敛性和鲁棒性,而且可以同时求得多个候选解; 在间接综合方法中则利用免疫计算方法在模式识别方面的优良特性,采用不同免疫计算方法模型对轨迹曲线进行聚类、分类和检索,提出了一种新的基于免疫计算的间接综合方法。借鉴颜氏机构创新设计方法学的创新策略,并将机构轨迹综合方法应用于机构创新设计,提出了基于轨迹特征的平面机构创新设计方法。随后对其重要支撑技术机构同构判定方法和机构运动链草图的自动绘制方法进行了研究:对机构同构判定问题,首先将其转化为可降次的旅行商问题,然后采用蚂蚁算法和免疫计算方法进行了求解; 机构运动链草图的自动绘制本质上可视为运动链图的基本回路的排列问题,通过引入图论方法对其基本回路进行生成与排序,提出了一种基于回路配置的机构运动链草图自动绘制方法。此外,本文还对基于定性描述轨迹特征的机械运动方案设计方法进行了研究,提出了机械运动方案设计的多粒度共进化功能推理方法,该方法采用分类功能来描述机构单元及机械系统的运动特征信息,将机构单元和机械系统都看成运动功能变换函数,通过多粒度功能推理来生成机械运动变换单元的串联组合方案。基于上述理论方法研究成果,研制了计算机辅助机构轨迹创新设计原型系统,并通过织布机开口机构设计实例验证了其可行性和有效性。
【图文】：

示意图,结构误差,四连杆机构,示意图

它们试图一次性从形状、大小、摆放角度和位置和采样时间预期曲线进行综合比较，这些过多的设计约束大大减小了搜索数量。差为例，通常机构误差定义为期望轨迹曲线和生成轨迹曲线上均方值，例如最常见的四杆机构的结构误差定义为(2.1)式：211ni iiSE PQn== ∑ 3 θ)，1 2 3 4 5 0 0 1 2r =( r , r , r , r , r , x , y , θ , θ)为连杆确定连杆点位置的参数上的对应点，如图 2.1 所示。可以看出，如果就根据图中两曲然得到一个很大的结构误差值，但是，，这两条曲线显然是很相曲线进行平移、旋转和比例变换，然后再取与期望轨迹上位置对进行计算，就可得到一个很小的结构误差。所以说结构误差计算、大小、摆放角度和位置和采样时间几个同时考虑，相对比较度看，其中最大允许偏差法可以对局部轨迹点设置不同的匹配点较多的精确点轨迹生成问题，且可较精确地控制生成曲线。

四杆机构,参数,轨迹

华中科技大学博士学位论文基于上述模型和 3.2 节所述的免疫算法的分类、聚类与匹配的机理，下面以四连杆机构轨迹综合为例讨论基于免疫算法的机构轨迹间接综合方法。其中用 AINE 模型对机构轨迹矩常量进行聚类操作，通过聚类达到构造机构轨迹的初始分类结构的目的；AIRS模型用于对全部标准化和离散化的轨迹图像进行归类；进而利用改进的 NSA 模型用对设计要求的轨迹与预先分类轨迹之间的匹配任务进行求解。其基本步骤如下：3.3.1 产生训练轨迹对于四杆机构而言，需要如图 3.4(a)所示的 9 个参数1 2 3 4 5 0 0 1 2( r , r , r , r , r , x , y , θ , θ )才能完全确定其位置与轨迹形状，但是真正影响轨迹几何形状的参数只有1 2 3 4 5 2( r , r , r , r , r , θ )，也等效于图 3.4(b)中的参数 ( 1,2, ,6)ir i =L 。机构轨迹综合的第一步就是要，生成大量的不同的轨迹曲线模式，一般通过改变参数 ( 1,2, ,6)ir i =L由计算机自动生成，从而得到训练轨迹曲线的初始数据集合。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TH112.1

【引证文献】