機構軌跡生成理論及其創(chuàng)新設計

前言

　　21世紀，先進制造技術呈現(xiàn)出精微化、數(shù)字化、信息化、智能化和網(wǎng)絡化的顯著特點，同時也代表了技術科學綜合交叉融合的發(fā)展趨勢。高技術領域如光電子、納電子、機器視覺、控制理論、生物醫(yī)學、航空航天等學科的發(fā)展，為先進制造技術提供了更多更好的新理論、新方法和新技術，出現(xiàn)了微納制造、生物制造和電子制造等先進制造新領域。隨著制造學科與信息科學、生命科學、材料科學、管理科學、納米科技的交叉融合，產(chǎn)生了仿生機械學、納米摩擦學、制造信息學、制造管理學等新興交叉科學。2l世紀地球資源和環(huán)境面臨空前的嚴峻挑戰(zhàn)，要求制造技術比以往任何時候都更重視環(huán)境保護、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、機電裝備的再制造等基礎研究的開展。　　《21世紀先進制造技術叢書》旨在展示先進制造領域的最新研究成果，促進多學科多領域的交叉融合，推動國際間的學術交流與合作，提升制造學科的學術水平。我們相信，有廣大先進制造領域的專家、學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，推廣先進制造技術，增強企業(yè)創(chuàng)新能力做出應有的貢獻。

內(nèi)容概要

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

書籍目錄

《21世紀先進制造技術叢書》序序前言第1章 緒論1.1 選題的意義1.2 機構軌跡生成理論概述1.2.1 機構軌跡生成問題的內(nèi)涵說明1.2.2 機構軌跡生成理論的主要研究內(nèi)容1.2.3 機構軌跡生成問題的模型描述1.3 機構軌跡生成理論研究進展1.3.1 機構軌跡分析研究進展1.3.2 機構軌跡綜合研究進展1.4 機構軌跡創(chuàng)新1.4.1 機構軌跡創(chuàng)新問題的提出1.4.2 機構軌跡創(chuàng)新設計方法及其計算機輔助創(chuàng)新設計1.5 本書的主要內(nèi)容參考文獻第2章 機構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2.2.1 傅里葉變換理論2.2.2 相關函數(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的傅里葉描述函數(shù)2.3.2 標準化形狀函數(shù)的二次傅里葉變換2.3.3 機構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 非均勻采樣機構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 非均勻采樣機構軌跡的幾何特征譜求解步驟2.4.4 機構運動軌跡幾何特征譜的有效性討論2.5 軌跡相關分析2.6 比較與討論參考文獻第3章 機構軌跡直接綜合方法3.1 引言3.2 基于遺傳算法的機構軌跡直接綜合方法3.2.1 遺傳算法簡介3.2.2 基于遺傳算法的機構軌跡綜合方法3.3 基于人工免疫網(wǎng)絡的機構軌跡直接綜合方法3.3.1 機構軌跡優(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)絡的機構軌跡多峰優(yōu)化模型及算法3.3.3 實例3.3.4 實例分析參考文獻第4章 機構軌跡間接綜合方法4.1 原始軌跡曲線生成方法4.1.1 軌跡冗余問題4.1.2 實例：平面四桿機構軌跡曲線生成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現(xiàn)途徑4.3.2 機構軌跡曲線進化識別方法4.4 基于免疫計算的機構軌跡間接綜合方法4.4.1 機構軌跡綜合的模式匹配模型4.4.2 免疫計算方法的分類、聚類與模式匹配的機理4.4.3 基于免疫計算的機構軌跡間接綜合方法步驟4.4.4 實例與分析4.4.5 小結參考文獻第5章 基于機構軌跡生成的創(chuàng)新設計5.1 創(chuàng)新設計方法概論5.1.1 創(chuàng)新設計的基本法則5.1.2 常用創(chuàng)新設計方法5.1.3 創(chuàng)新設計應注意的問題5.2 機構創(chuàng)新設計方法研究進展與分析5.2.1 機構創(chuàng)新設計研究內(nèi)容5.2.2 機構創(chuàng)新設計方法研究進展5.2.3 機構創(chuàng)新設計方法研究進展分析5.3 基于軌跡特征的機構創(chuàng)新設計方法5.3.1 顏氏機構創(chuàng)新設計方法概要5.3.2 顏氏機構創(chuàng)新設計方法中的創(chuàng)新途徑分析5.3.3 機構軌跡創(chuàng)新設計方法5.4 基于機構軌跡生成的計算機輔助創(chuàng)新設計5.4.1 基于機構軌跡生成的計算機輔助創(chuàng)新設計的研究內(nèi)容5.4.2 基于機構軌跡生成的計算機輔助創(chuàng)新設計關鍵支撐技術5.5 基于回路配置的機構運動鏈圖自動繪制方法5.5.1 相關圖論基礎5.5.2 實現(xiàn)算法5.5.3 算法特性分析與實例參考文獻第6章 機構同構判定6.1 機構同構判定的意義及其研究進展6.1.1 機構同構判定問題對于創(chuàng)新設計的意義6.1.2 機構同構判定問題研究進展6.2 同構判定問題的基礎知識6.2.1 圖的相關定義6.2.2 圖的矩陣表示6.2.3 TSP問題6.2.4 圖的同構問題6.3 機構同構判定問題的模型描述6.3.1 運動鏈拓撲結構的表示方法6.3.2 機構運動鏈框架排序法6.3.3 機構同構問題的降次TSP模型6.3.4 實例6.4 同構判定問題的進化求解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第7章 基于軌跡特征的機械運動方案生成7.1 引言7.2 基于矩陣分解的機構概念設計方案自動生成方法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 任務分解方法7.2.6 組合分析7.2.7 設計實例與分析7.2.8 機構概念設計方案自動生成方法及其在定性軌跡機構設計中的應用7.3 基于多粒度共進化功能推理的機械運動方案生成方法7.3.1 面向機械運動方案設計的多粒度共進化功能推理模型7.3.2 面向機械運動方案設計的多粒度共進化功能推理算法7.3.3 算法特性分析7.3.4 應用實例7.3.5 小結參考文獻第8章 面向協(xié)同設計的機械CAD模型簡化8.1 協(xié)同設計及其關鍵支撐技術概述8.1.1 協(xié)同設計8.1.2 協(xié)同設計的關鍵支撐技術8.2 模型簡化技術及其研究進展8.2.1 模型簡化的概念8.2.2 網(wǎng)格模型簡化技術8.2.3 模型簡化技術研究進展8.3 機械CAD模型簡化8.3.1 機械CAD網(wǎng)格模型及其簡化技術的特點……附錄 計算機輔助機構軌跡創(chuàng)新設計原型系統(tǒng)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　眾所周知，設計是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的關鍵性環(huán)節(jié)，在產(chǎn)品的整個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)品命運的決定性環(huán)節(jié)L1）。產(chǎn)品設計的根本目的就是要實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，滿足市場需求和占領更大市場。產(chǎn)品設計本身是創(chuàng)造性的勞動，設計的本質(zhì)是創(chuàng)新。因此，重視創(chuàng)新設計是增加產(chǎn)品競爭力的根本途徑”。面對21世紀產(chǎn)品競爭日益加劇的挑戰(zhàn)，世界各國普遍重視提高產(chǎn)品的設計水平，不斷創(chuàng)新，以縮短產(chǎn)品設計周期、降低成本和提高設計質(zhì)量，從而增強產(chǎn)品競爭力。　　機械產(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械產(chǎn)品設計方法的研究。由于對機械產(chǎn)品設計的內(nèi)涵有不同的認識和理解，國內(nèi)外提出了若干包含不同階段的機械產(chǎn)品設計過程模型。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階段，即概念設計（conceptual design）階段和構型設計（config-uration design）階段，前者的目的是制定出方案，后者的目的是設計出具體構型。概念設計階段對產(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)品設計方法研究的重點是概念設計?！　C構是機械產(chǎn)品的骨架，機構設計是實現(xiàn)機械產(chǎn)品功能的基礎，機構學作為機械設計所依據(jù)的最重要的基礎理論學科之一，其主要任務是設計出性能良好的機構。因此，機構學是機械產(chǎn)品概念設計的重要研究內(nèi)容，其基本內(nèi)容可分為三大組成部分，即機構結構學、機構運動學和機構動力學。機構學所研究的基本問題又可分為兩大類，即機構分析與機構綜合。機構分析著重機構結構學、運動學及動力學特性的研究，揭示機構結構組成、運動學與動力學規(guī)律及其相互聯(lián)系，用于現(xiàn)有機械系統(tǒng)的性能分析與改進，但更重要的是為機構綜合提供理論依據(jù)；機構綜合則著重于創(chuàng)造性構思、發(fā)明、設計新機構的理論與方法的研究。

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