文档介绍：华中科技大学
博士学位论文
平面机构轨迹综合及其计算机辅助创新设计方法研究
姓名:刘勇
申请学位级别:博士
专业:机械设计及理论
指导教师:肖人彬
20050421
华中科技大学博士学位论文
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。
关键词:平面机构轨迹综合运动方案设计创新设计
I
华中科技大学博士学位论文
Abstract
In the information era with rapid development of science and technology, new vital force
is being brought to traditional subjects by information technology, different subjects keep
on supplementing, crossing over and infiltrating mutually, making their scopes of
theoretical research and fields of application expanded continuously. In order to keep up
with the revolution in information industry and the development of other subjects,
traditional mechanics is going through profound changes in many aspects like research
objects, contents, theories and methods, among which the Mechanical Creative Design
(MCD) is a fairly active field.
Using the relevant theoretical research achievements for reference, the path synthesis and
creative design theory of planar mechanism is deeply researched in this dissertation, in
which new methods putational intelligence an