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第1章 绪论1

1.1 选题的意义1

1.2 机构轨迹生成理论概述2

1.2.1 机构轨迹生成问题的内涵说明2

1.2.2 机构轨迹生成理论的主要研究内容4

1.2.3 机构轨迹生成问题的模型描述4

1.3 机构轨迹生成理论研究进展5

1.3.1 机构轨迹分析研究进展5

1.3.2 机构轨迹综合研究进展10

1.4 机构轨迹创新18

1.4.1　机构轨迹创新问题的提出18

1.4.2　机构轨迹创新设计方法及其计算机辅助创新设计20

1.5　本书的主要内容22

参考文献23

第2章　机构轨迹分析理论与方法26

2.1　早期典型轨迹分析方法26

2.1.1　四连杆曲线的模糊数学识别方法26

2.1.2　基于矩常量的轨迹分析方法29

2.2　轨迹分析理论基础31

2.2.1　傅里叶变换理论31

2.2.2　相关函数33

2.3　基于二次傅里叶变换的均匀采样轨迹分析方法34

2.3.1　消除旋转、平移和比例变换效应的傅里叶描述函数35

2.3.2　标准化形状函数的二次傅里叶变换37

2.3.3　机构轨迹几何特征匹配度及其有效性讨论41

2.4　基于最大几何特征谱的非均匀采样轨迹分析方法43

2.4.1　非均匀采样机构轨迹的纯几何特征量化提取方法43

2.4.2　纯几何特征量化提取的快速数值算法45

2.4.3　非均匀采样机构轨迹的几何特征谱求解步骤47

2.4.4　机构运动轨迹几何特征谱的有效性讨论48

2.5　轨迹相关分析50

2.6　比较与讨论52

参考文献54

第3章　机构轨迹直接综合方法55

3.1　引言55

3.2　基于遗传算法的机构轨迹直接综合方法55

3.2.1　遗传算法简介55

3.2.2　基于遗传算法的机构轨迹综合方法59

3.3　基于人工免疫网络的机构轨迹直接综合方法67

3.3.1　机构轨迹优化综合的多峰优化特性分析68

3.3.2　基于人工免疫网络的机构轨迹多峰优化模型及算法68

3.3.3　实例76

3.3.4　实例分析78

参考文献79

第4章　机构轨迹间接综合方法80

4.1　原始轨迹曲线生成方法80

4.1.1　轨迹冗余问题80

4.1.2　实例：平面四杆机构轨迹曲线生成85

4.2　电子轨迹图谱库的建立方法86

4.2.1　轨迹分类方法86

4.2.2　电子轨迹图谱库的建立90

4.2.3　电子轨迹图谱库的检索91

4.3　轨迹识别方法92

4.3.1　轨迹识别方法分类及其基本实现途径92

4.3.2　机构轨迹曲线进化识别方法94

4.4　基于免疫计算的机构轨迹间接综合方法99

4.4.1　机构轨迹综合的模式匹配模型99

4.4.2　免疫计算方法的分类、聚类与模式匹配的机理101

4.4.3　基于免疫计算的机构轨迹间接综合方法步骤104

4.4.4　实例与分析105

4.4.5　小结107

参考文献107

第5章　基于机构轨迹生成的创新设计109

5.1　创新设计方法概论109

5.1.1　创新设计的基本法则109

5.1.2　常用创新设计方法113

5.1.3　创新设计应注意的问题114

5.2　机构创新设计方法研究进展与分析115

5.2.1　机构创新设计研究内容115

5.2.2　机构创新设计方法研究进展116

5.2.3　机构创新设计方法研究进展分析122

5.3　基于轨迹特征的机构创新设计方法124

5.3.1　颜氏机构创新设计方法概要124

5.3.2　颜氏机构创新设计方法中的创新途径分析125

5.3.3　机构轨迹创新设计方法127

5.4　基于机构轨迹生成的计算机辅助创新设计129

5.4.1　基于机构轨迹生成的计算机辅助创新设计的研究内容130

5.4.2　基于机构轨迹生成的计算机辅助创新设计关键支撑技术130

5.5　基于回路配置的机构运动链图自动绘制方法132

5.5.1　相关图论基础132

5.5.2　实现算法137

5.5.3　算法特性分析与实例140

参考文献143

第6章　机构同构判定146

6.1　机构同构判定的意义及其研究进展146

6.1.1　机构同构判定问题对于创新设计的意义146

6.1.2　机构同构判定问题研究进展146

6.2　同构判定问题的基础知识149

6.2.1　图的相关定义149

6.2.2　图的矩阵表示150

6.2.3　TSP问题152

6.2.4　图的同构问题152

6.3　机构同构判定问题的模型描述153

6.3.1　运动链拓扑结构的表示方法154

6.3.2　机构运动链框架排序法155

6.3.3　机构同构问题的降次TSP模型158

6.3.4　实例159

6.4　同构判定问题的进化求解161

6.4.1　遗传算法求解161

6.4.2　免疫算法求解165

6.4.3　蚂蚁算法求解168

6.5　分析与讨论173

参考文献174

第7章　基于轨迹特征的机械运动方案生成178

7.1　引言178

7.2　基于矩阵分解的机构概念设计方案自动生成方法179

7.2.1　方法概要179

7.2.2　功能和物理积木块180

7.2.3　物理积木块的层次抽象与矩阵表示184

7.2.4　自动综合方法188

7.2.5　任务分解方法190

7.2.6　组合分析192

7.2.7　设计实例与分析193

7.2.8　机构概念设计方案自动生成方法及其在定性轨迹机构设计中的应用197

7.3　基于多粒度共进化功能推理的机械运动方案生成方法198

7.3.1 面向机械运动方案设计的多粒度共进化功能推理模型198

7.3.2　面向机械运动方案设计的多粒度共进化功能推理算法202

7.3.3　算法特性分析209

7.3.4　应用实例210

7.3.5　小结212

参考文献212

第8章　面向协同设计的机械CAD模型简化214

8.1　协同设计及其关键支撑技术概述215

8.1.1　协同设计215

8.1.2　协同设计的关键支撑技术217

8.2　模型简化技术及其研究进展217

8.2.1　模型简化的概念217

8.2.2　网格模型简化技术219

8.2.3　模型简化技术研究进展225

8.3　机械CAD模型简化231

8.3.1　机械CAD网格模型及其简化技术的特点231

8.3.2　全局轮廓形状特征保持的机械CAD模型简化总体思路232

8.4　全局轮廓形状特征保持的机械CAD模型简化算法236

8.4.1　网格模型表面分割及特征轮廓提取236

8.4.2　基于边界轮廓特征保持的改进QEM简化算法249

8.4.3　轮廓曲线的多边形逼近253

8.4.4　全局轮廓形状特征保持的机械CAD模型简化266

8.5　应用实例及讨论269

8.5.1　铰链头零件的简化270

8.5.2　端盖零件的简化273

8.5.3　结论274

参考文献275

附录　计算机辅助机构轨迹创新设计原型系统278

1　系统简介278

1.1　系统功能278

1.2　系统结构278

2　间接轨迹综合模块280

2.1　建立电子轨迹图谱库280

2.2　预期轨迹曲线特征分析281

2.3　轨迹检索283

3　直接轨迹综合模块284

4　基于定性轨迹要求的机械运动方案设计模块285

5　创新设计工具模块286

5.1　机构性能分析286

5.2　机构性能评估286

5.3　创新设计辅助工具模块287

6　基于全局形状特征保持的CAD网格模型简化290

6.1　边界轮廓曲线提取子模块291

6.2　改进的QEM简化子模块292

6.3　曲线的多边形逼近子模块293

6.4　顶点位置优化调整子模块295

7　实例研究296

7.1　问题描述296

7.2　轨迹综合298

7.3　性能分析与评价298

参考文献301