[发明专利]基于环路理论的闭环运动链拓扑胚图的自动综合方法

说明书

技术领域

本发明涉及闭环运动链拓扑胚图的综合方法，属于机构创新设计和智能CAD领域。

背景技术

机械设计过程中最富有创造性和最具有活力的阶段之一就是对机构的拓扑结构进行分析和综合。结构综合不仅可以对现有的各类机构进行结构优化，而且可以发明、创造出新型机构，为机械产品的原始性创新。

长期以来，对机构结构类型的综合一直是设计者凭借其经验、直觉等初级的方法进行的。随着拓扑图和胚图被用来对运动链的拓扑结构进行描述和综合，一大批各种构件数和自由度数的机构运动链被综合出来，机构学研究取得了较大的发展。在数字化高度发展的今天，各种基于计算机和智能化技术的设计方法开始被应用于各个领域。机构创新综合的实时化和人机交互显然也是机构学的发展新方向。然而对于运动链的拓扑胚图，目前还没有发现一个方法来对其结构进行完全自动的综合。机构创新过程中的拓扑胚图常常还是基于公式人工构造，这严重制约了机构综合向完全自动化和智能CAD化的发展，同时也制约了机构创新设计CAD软件的开发和应用。

与此同时，随着工业化的进程，现代大型和复杂机械装备(包括先进复杂机器人、大型航空航天器、大型工程机械、大型纺织机器、汽车变速传动机构等)在现代社会得到了越来越广泛的应用。这些大型复杂机械系统机构的拓扑胚图结构类型多种多样，基于手工或自动化程度很低的方法综合实现起来难度很大甚至是不可能的。为了研制具有原始知识产权的现代大型机械装备或者对现有的机械装备进行改造，有必要建立自动的机械系统机构综合理论体系，而首当其冲的是研究自动的机构运动链胚图的自动综合方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服手工构造胚图效率低下和对复杂机械装备不可能的缺点，提出一种基于环路理论的闭环运动链拓扑胚图的自动综合方法，促进机构创新设计和智能CAD的发展。

本发明技术方案是依次采用如下步骤：

1)基于运动链的基本参数，确定其构件分类数组；

2)确定对应于每个构件分类数组的胚图综合方程组并求解；

3)基于环路理论的环路邻接关系，进行胚图的可分离性判别；

4)基于环路理论的最大环、周长环和规范标号，得到与胚图具有一一对应关系的特征邻接矩阵并以此进行同构判别；

5)根据特征邻接矩阵自动生成闭环运动链的拓扑胚图。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用统一的环路理论来进行可分离性判别和同构判别，也大大提高了计算的速度。

2、本发明是一种基于编码的方法，不仅可以得到综合出的胚图的数字描述，而且可以自动生成其图形，有利于实现机构创新设计的人机交互化。

3、本发明已经程序自动实现，对20杆以内任何闭环机构运动链的所有胚图实现综合的实时化和人机交互化，满足了机械创新设计CAD大型软件开发的需求。

附图说明

图1为本发明的综合流程示意图。

图2为对应于20杆3自由度运动链构件序列“[7；C；1；0；0；0；0；0；0；0]”的全部拓扑胚图，合计共14104种。

具体实施方式

本发明的具体实施步骤如下：

1、基于运动链的基本参数，确定其构件分类数组

运动链包含四个基本参数，即构件数N、自由度数F、运动副数M和基本环路数L。L和M由下式确定：

L＝(N-F-1)/2；M＝L+N-1

N杆F自由度运动链的构件分类数组由下式确定：