機(jī)構(gòu)軌跡生成理論及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)

前言

　　21世紀(jì)，先進(jìn)制造技術(shù)呈現(xiàn)出精微化、數(shù)字化、信息化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的顯著特點(diǎn)，同時(shí)也代表了技術(shù)科學(xué)綜合交叉融合的發(fā)展趨勢。高技術(shù)領(lǐng)域如光電子、納電子、機(jī)器視覺、控制理論、生物醫(yī)學(xué)、航空航天等學(xué)科的發(fā)展，為先進(jìn)制造技術(shù)提供了更多更好的新理論、新方法和新技術(shù)，出現(xiàn)了微納制造、生物制造和電子制造等先進(jìn)制造新領(lǐng)域。隨著制造學(xué)科與信息科學(xué)、生命科學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)、納米科技的交叉融合，產(chǎn)生了仿生機(jī)械學(xué)、納米摩擦學(xué)、制造信息學(xué)、制造管理學(xué)等新興交叉科學(xué)。2l世紀(jì)地球資源和環(huán)境面臨空前的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，要求制造技術(shù)比以往任何時(shí)候都更重視環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、循環(huán)制造和可持續(xù)發(fā)展，激發(fā)了產(chǎn)品的安全性和綠色度、產(chǎn)品的可拆卸性和再利用、機(jī)電裝備的再制造等基礎(chǔ)研究的開展?！　　?1世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書》旨在展示先進(jìn)制造領(lǐng)域的最新研究成果，促進(jìn)多學(xué)科多領(lǐng)域的交叉融合，推動國際間的學(xué)術(shù)交流與合作，提升制造學(xué)科的學(xué)術(shù)水平。我們相信，有廣大先進(jìn)制造領(lǐng)域的專家、學(xué)者的積極參與和大力支持，以及編委們的共同努力，本叢書將為發(fā)展制造科學(xué)，推廣先進(jìn)制造技術(shù)，增強(qiáng)企業(yè)創(chuàng)新能力做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

內(nèi)容概要

　　《機(jī)構(gòu)軌跡生成理論及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)》系統(tǒng)地闡述了機(jī)構(gòu)軌跡生成理論及基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。全書內(nèi)容共分為8章。第1章作為緒論，對機(jī)構(gòu)軌跡生成理論進(jìn)行概述。第2章著重講解機(jī)構(gòu)軌跡分析理論與方法，第3章和第4章分別討論機(jī)構(gòu)軌跡直接綜合方法和間接綜合方法，上述三章構(gòu)成了機(jī)構(gòu)軌跡生成的基本理論。第5章論述了基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，第6-8章討論了基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)的若干關(guān)鍵支撐技術(shù)，它們分別是機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定、基于軌跡特征的機(jī)械運(yùn)動方案生成和面向協(xié)同設(shè)計(jì)的機(jī)械CAD模型簡化?！稒C(jī)構(gòu)軌跡生成理論及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)》附錄介紹了作者開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)軌跡創(chuàng)新設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)?！　　稒C(jī)構(gòu)軌跡生成理論及其創(chuàng)新設(shè)計(jì)》適合于從事機(jī)械工程和CAD研究與應(yīng)用的科技工作者和工程技術(shù)人員閱讀使用，也可作為高等院校機(jī)械等工程類、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等信息類相關(guān)專業(yè)研究生和本科生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

《21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)叢書》序序前言第1章 緒論1.1 選題的意義1.2 機(jī)構(gòu)軌跡生成理論概述1.2.1 機(jī)構(gòu)軌跡生成問題的內(nèi)涵說明1.2.2 機(jī)構(gòu)軌跡生成理論的主要研究內(nèi)容1.2.3 機(jī)構(gòu)軌跡生成問題的模型描述1.3 機(jī)構(gòu)軌跡生成理論研究進(jìn)展1.3.1 機(jī)構(gòu)軌跡分析研究進(jìn)展1.3.2 機(jī)構(gòu)軌跡綜合研究進(jìn)展1.4 機(jī)構(gòu)軌跡創(chuàng)新1.4.1 機(jī)構(gòu)軌跡創(chuàng)新問題的提出1.4.2 機(jī)構(gòu)軌跡創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法及其計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)1.5 本書的主要內(nèi)容參考文獻(xiàn)第2章 機(jī)構(gòu)軌跡分析理論與方法2.1 早期典型軌跡分析方法2.1.1 四連桿曲線的模糊數(shù)學(xué)識別方法2.1.2 基于矩常量的軌跡分析方法2.2 軌跡分析理論基礎(chǔ)2.2.1 傅里葉變換理論2.2.2 相關(guān)函數(shù)2.3 基于二次傅里葉變換的均勻采樣軌跡分析方法2.3.1 消除旋轉(zhuǎn)、平移和比例變換效應(yīng)的傅里葉描述函數(shù)2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)化形狀函數(shù)的二次傅里葉變換2.3.3 機(jī)構(gòu)軌跡幾何特征匹配度及其有效性討論2.4 基于最大幾何特征譜的非均勻采樣軌跡分析方法2.4.1 非均勻采樣機(jī)構(gòu)軌跡的純幾何特征量化提取方法2.4.2 純幾何特征量化提取的快速數(shù)值算法2.4.3 非均勻采樣機(jī)構(gòu)軌跡的幾何特征譜求解步驟2.4.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動軌跡幾何特征譜的有效性討論2.5 軌跡相關(guān)分析2.6 比較與討論參考文獻(xiàn)第3章 機(jī)構(gòu)軌跡直接綜合方法3.1 引言3.2 基于遺傳算法的機(jī)構(gòu)軌跡直接綜合方法3.2.1 遺傳算法簡介3.2.2 基于遺傳算法的機(jī)構(gòu)軌跡綜合方法3.3 基于人工免疫網(wǎng)絡(luò)的機(jī)構(gòu)軌跡直接綜合方法3.3.1 機(jī)構(gòu)軌跡優(yōu)化綜合的多峰優(yōu)化特性分析3.3.2 基于人工免疫網(wǎng)絡(luò)的機(jī)構(gòu)軌跡多峰優(yōu)化模型及算法3.3.3 實(shí)例3.3.4 實(shí)例分析參考文獻(xiàn)第4章 機(jī)構(gòu)軌跡間接綜合方法4.1 原始軌跡曲線生成方法4.1.1 軌跡冗余問題4.1.2 實(shí)例：平面四桿機(jī)構(gòu)軌跡曲線生成4.2 電子軌跡圖譜庫的建立方法4.2.1 軌跡分類方法4.2.2 電子軌跡圖譜庫的建立4.2.3 電子軌跡圖譜庫的檢索4.3 軌跡識別方法4.3.1 軌跡識別方法分類及其基本實(shí)現(xiàn)途徑4.3.2 機(jī)構(gòu)軌跡曲線進(jìn)化識別方法4.4 基于免疫計(jì)算的機(jī)構(gòu)軌跡間接綜合方法4.4.1 機(jī)構(gòu)軌跡綜合的模式匹配模型4.4.2 免疫計(jì)算方法的分類、聚類與模式匹配的機(jī)理4.4.3 基于免疫計(jì)算的機(jī)構(gòu)軌跡間接綜合方法步驟4.4.4 實(shí)例與分析4.4.5 小結(jié)參考文獻(xiàn)第5章 基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的創(chuàng)新設(shè)計(jì)5.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法概論5.1.1 創(chuàng)新設(shè)計(jì)的基本法則5.1.2 常用創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法5.1.3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題5.2 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展與分析5.2.1 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究內(nèi)容5.2.2 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展5.2.3 機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究進(jìn)展分析5.3 基于軌跡特征的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法5.3.1 顏氏機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法概要5.3.2 顏氏機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法中的創(chuàng)新途徑分析5.3.3 機(jī)構(gòu)軌跡創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法5.4 基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)5.4.1 基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)的研究內(nèi)容5.4.2 基于機(jī)構(gòu)軌跡生成的計(jì)算機(jī)輔助創(chuàng)新設(shè)計(jì)關(guān)鍵支撐技術(shù)5.5 基于回路配置的機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈圖自動繪制方法5.5.1 相關(guān)圖論基礎(chǔ)5.5.2 實(shí)現(xiàn)算法5.5.3 算法特性分析與實(shí)例參考文獻(xiàn)第6章 機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定6.1 機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定的意義及其研究進(jìn)展6.1.1 機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定問題對于創(chuàng)新設(shè)計(jì)的意義6.1.2 機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定問題研究進(jìn)展6.2 同構(gòu)判定問題的基礎(chǔ)知識6.2.1 圖的相關(guān)定義6.2.2 圖的矩陣表示6.2.3 TSP問題6.2.4 圖的同構(gòu)問題6.3 機(jī)構(gòu)同構(gòu)判定問題的模型描述6.3.1 運(yùn)動鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的表示方法6.3.2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈框架排序法6.3.3 機(jī)構(gòu)同構(gòu)問題的降次TSP模型6.3.4 實(shí)例6.4 同構(gòu)判定問題的進(jìn)化求解6.4.1 遺傳算法求解6.4.2 免疫算法求解6.4.3 螞蟻算法求解6.5 分析與討論參考文獻(xiàn)第7章 基于軌跡特征的機(jī)械運(yùn)動方案生成7.1 引言7.2 基于矩陣分解的機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方案自動生成方法7.2.1 方法概要7.2.2 功能和物理積木塊7.2.3 物理積木塊的層次抽象與矩陣表示7.2.4 自動綜合方法7.2.5 任務(wù)分解方法7.2.6 組合分析7.2.7 設(shè)計(jì)實(shí)例與分析7.2.8 機(jī)構(gòu)概念設(shè)計(jì)方案自動生成方法及其在定性軌跡機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用7.3 基于多粒度共進(jìn)化功能推理的機(jī)械運(yùn)動方案生成方法7.3.1 面向機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的多粒度共進(jìn)化功能推理模型7.3.2 面向機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計(jì)的多粒度共進(jìn)化功能推理算法7.3.3 算法特性分析7.3.4 應(yīng)用實(shí)例7.3.5 小結(jié)參考文獻(xiàn)第8章 面向協(xié)同設(shè)計(jì)的機(jī)械CAD模型簡化8.1 協(xié)同設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵支撐技術(shù)概述8.1.1 協(xié)同設(shè)計(jì)8.1.2 協(xié)同設(shè)計(jì)的關(guān)鍵支撐技術(shù)8.2 模型簡化技術(shù)及其研究進(jìn)展8.2.1 模型簡化的概念8.2.2 網(wǎng)格模型簡化技術(shù)8.2.3 模型簡化技術(shù)研究進(jìn)展8.3 機(jī)械CAD模型簡化8.3.1 機(jī)械CAD網(wǎng)格模型及其簡化技術(shù)的特點(diǎn)……附錄 計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)軌跡創(chuàng)新設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　眾所周知，設(shè)計(jì)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中占有極為重要的位置，它從根本上決定著產(chǎn)品的內(nèi)在和外在品質(zhì)、質(zhì)量及成本，是決定產(chǎn)品命運(yùn)的決定性環(huán)節(jié)L1）。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本目的就是要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，滿足市場需求和占領(lǐng)更大市場。產(chǎn)品設(shè)計(jì)本身是創(chuàng)造性的勞動，設(shè)計(jì)的本質(zhì)是創(chuàng)新。因此，重視創(chuàng)新設(shè)計(jì)是增加產(chǎn)品競爭力的根本途徑”。面對21世紀(jì)產(chǎn)品競爭日益加劇的挑戰(zhàn)，世界各國普遍重視提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平，不斷創(chuàng)新，以縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、降低成本和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力?！　C(jī)械產(chǎn)業(yè)在各國都占有舉足輕重的地位，也是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，因此，我國一直高度重視機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法的研究。由于對機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的內(nèi)涵有不同的認(rèn)識和理解，國內(nèi)外提出了若干包含不同階段的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程模型。雖然這些過程模型之間存在一些差異，但如果從粗粒度來看，它們都可以概括成兩個(gè)階段，即概念設(shè)計(jì)（conceptual design）階段和構(gòu)型設(shè)計(jì)（config-uration design）階段，前者的目的是制定出方案，后者的目的是設(shè)計(jì)出具體構(gòu)型。概念設(shè)計(jì)階段對產(chǎn)品的性能影響最大，也是產(chǎn)品創(chuàng)新性大小的決定性階段，所以對產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法研究的重點(diǎn)是概念設(shè)計(jì)?！　C(jī)構(gòu)是機(jī)械產(chǎn)品的骨架，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品功能的基礎(chǔ)，機(jī)構(gòu)學(xué)作為機(jī)械設(shè)計(jì)所依據(jù)的最重要的基礎(chǔ)理論學(xué)科之一，其主要任務(wù)是設(shè)計(jì)出性能良好的機(jī)構(gòu)。因此，機(jī)構(gòu)學(xué)是機(jī)械產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)的重要研究內(nèi)容，其基本內(nèi)容可分為三大組成部分，即機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)和機(jī)構(gòu)動力學(xué)。機(jī)構(gòu)學(xué)所研究的基本問題又可分為兩大類，即機(jī)構(gòu)分析與機(jī)構(gòu)綜合。機(jī)構(gòu)分析著重機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)、運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)特性的研究，揭示機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成、運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)規(guī)律及其相互聯(lián)系，用于現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)的性能分析與改進(jìn)，但更重要的是為機(jī)構(gòu)綜合提供理論依據(jù)；機(jī)構(gòu)綜合則著重于創(chuàng)造性構(gòu)思、發(fā)明、設(shè)計(jì)新機(jī)構(gòu)的理論與方法的研究。

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