三维装配几何约束闭环系统的递归分解方法

由于现有几何约束分解方法无法分解三维装配几何约束闭环系统,故常采用数值迭代方法对其进行求解,但存在效率低、稳定性差等问题.为此,通过分析几何约束闭环图的拓扑结构和串联运动链的结构约束,提出基于串联运动链结构约束等价替换的三维几何约束闭环系统的递归分解方法.该方法通过不断地引入几何约束组合等价替换串联运动链的结构约束,从几何约束闭环系统中分离出可独立求解的子系统,实现几何约束闭环系统的递归分解.该方法可将此前许多必须整体迭代求解的三维几何约束闭环系统分解为一系列可解析求解的2个刚体之间的几何约束系统,明显提高了约束求解的效率和稳定性.最后用实例验证了方法的正确性和有效性.     

求解三维装配约束闭环的投影变换方法

为避免直接迭代求解三维装配约束闭环带来的复杂非线性方程组,提出一种投影变换方法求解三维装配设计中的平面约束闭环问题.首先采用等价性分析方法消除伪装配约束闭环,运用无向图块分算法分解装配约束图;然后采用旋量理论将装配约束闭环子图转换为运动副约束图,通过分析运动副的特征参数确定可投影的装配约束闭环,并将其投影变换为二维几何约束系统;最后通过求解二维几何约束系统获得三维装配约束闭环的解.实例结果表明,该方法缩减了迭代求解的规模并降低了约束方程的复杂性,明显地提高了求解的效率和稳定性.     

部分变量迭代法求解几何循环约束

在对几何约束进行求解时，一般先要进行适当分解，然后再根据分解得到的求解次序进行依次求解。当同时进行求解的约束数量较多时，必须采用数值解法。如果这样的循环约束中变量的数量较多，则采用全部变量迭代的方法会导致计算不稳定，且计算时间较长。本文提出了部分变量进行迭代的方法，大大降低了迭代变量的个数，增加了计算的的稳定性，缩短了计算时间。     

三维几何约束系统的等价性分析

针对过约束、完整约束和欠约束三维几何约束系统的求解问题,提出了等价性分析方法.该方法基于三维几何约束系统的内在等价性,充分挖掘几何领域知识,依据拆解约束闭环、缩减约束闭环和析出约束闭环等原则,采用等价约束替换来处理几何约束闭环问题,优化几何约束图的结构,实现几何约束系统的优化分解.最后用多个实例验证了该方法的正确性和有...     

几何约束有向图的规划分解研究

在基于有向图表达的几何约束系统中,几何约束的匹配方向、分布状态以及有向图中强连通分量的规模直接影响到整个约束系统的求解;如何对几何约束系统进行合理规划,得到正确有效的求解序列,是目前约束分解研究的重要内容。该文提出了一个规划分解算法,它针对欠约束几何系统的特点,能够优化约束的初始匹配方向,对于约束匹配过程中生成的强连通子图,通过调整约束匹配方向,自适应地改善约束分布,从而减小强连通子图的规模,以求得到几何约束系统正确而高效的求解序列。同时,基于规划分解算法,完成了约束的奇异性分析,提供了面向分解的奇异性分析算法。     

数值与符号的耦合约束求解模型

采用约束关系依赖图(CRDG)表达耦合约束之间的依赖关系,从而建立数值与符号耦合约束模型.提出耦合约束的求解算法:对CRDG进行最小独立子图分解,对存在耦合约束的子图用"孪生变量法"进行一阶解耦,对没有耦合约束的子图用传统方法进行独立求解,求解之后再对孪生变量进行等效性验算.该耦合约束模型及其求解算法拓展了传统约束理论,实现了教学求解和推理求解有机地结合.     

基于自由度分析的耦合几何约束求解

针对目前的CAD软件不能求解复杂耦合几何约束的问题,提出一种基于自由度分析的耦合几何约束求解方法.通过添加部分约束,将这些约束的值作为迭代变量,再对复杂约束耦合问题进行约束聚合;将没有被用到的约束作为迭代的目标函数进行计算,大大减少了传统方法中解决复杂约束耦合问题所需要的变量数,提高了计算过程的稳定性.在最坏情况下,对不同数量的聚合体构成的复杂约束耦合模式所需要添加的变量数进行了讨论,从原理上成功地解决了复杂耦合几何约束问题.该方法可以用复杂聚合模式作为几何设计的基本元素,较好地解决了二维几何约束求解问题.     

基于自由度分析的几何约束凝聚计算方法的改进

采用基于自由度分析的方法,对几何约束问题进行求解,就是用一定的模式在图形的GCG图中,进行不断匹配、求解的过程。对最常用到的几种模式的凝聚计算方法进行了改进,特别是提出可以对非构造性凝聚模式添加部分约束,这些约束的值将作为迭代变量,对约束耦合问题进行约束凝聚,凝聚过程结束后,没有用到的约束作为迭代的目标函数,进行迭代计算,大大减少了解决复杂约束耦合问题所需要的变量数,提高了计算过程的稳定性和计算速度。     

一种面向欠约束几何系统求解的二部图匹配优化处理方法

针对一般几何约束系统欠约束状态下约束分解的多样性 ,对相应的有向图强连通子图提出了进一步分解的二部图匹配优化处理策略 ,并给出了主要算法 ,最终实现了欠约束系统的优化分解 ,有利于一般几何约束系统的快速求解 .     

几何约束满足问题的图重构策略

通过对图缩并算法的介绍和分析 ,以约束网络图的形式对几何约束系统中的约束关系进行映射表达 ,提出了一种基于自由度分析的图重构推理策略 ,实现了问题的最大分解 ,大大降低了问题的复杂程度和系统求解的规模 ,使得相当一部分具有高耦合性的问题最终可以用解析方法求解。     

快速判定几何约束奇异性的切面扰动法

针对冗余奇异和分支奇异的判定问题,提出一种新的切面扰动的判定方法.该方法将奇异的雅可比矩阵分为独立构型空间和奇异空间,变量沿独立构型空间的切面扰动,计算更新的雅克比矩阵的秩,依据秩亏的变化可以快速、稳定地判定约束奇异性.该算法克服了残量扰动法的数值迭代、计算量大和不稳定的缺点,并且在参数化特征造型系统InteSolid中得到验证.     

装配位置约束建模及求解

以基本几何约束组合统一表达装配约束,为提高求解效率,研究了姿态约束和位置约束的可解耦情况下位置约束的解析求解.将基本位置约束映射为移动空间并以参数方程表达,通过移动空间的增量解析求交,满足约束;在姿态约束和位置约束的不可解耦情况,联立基本约束进行整体数值法求解.文中方法保持了基本约束表达的独立性,适合于欠约束系统和完整约束系统.     

一种设计分解的正确性证明

二维变量化设计系统可以用含有n个未知数、m个方程的非线性方程组表示．通过设计分解可以提高几何约束求解的效率和数值稳定性．给出了一种基于图论的设计分解方法及其正确性证明．该方法可以（1）处理结构欠约束系统的分解;（2）检测出冗余约束．分解算法在有限步内终止,其结果是结构相容的     

三维装配几何约束组合的分类求解策略

针对两个刚体之间的三维几何约束求解问题,依据几何约束的参数结构 分析了角度约束和距离约束的解耦性,给出了角度约束和距离约束可解耦求解的条件;然后 对两个刚体之间的几何约束进行组合分析,总结出约束度不小于2 的几何约束构成的组合只 有几十种,且均可采用几何推理方法进行求解;最后阐述了附加方向约束、冗余约束和矛盾 约束对数值求解的不利影响,提出了三维几何约束组合的分类求解策略,并用实例验证了该 求解策略的有效性。     

通用几何约束系统统一建模研究

在几何约束和几何实体的基本约束和欧拉参数表达的基础上,研究了通用几何约束系统的统一建模问题。通过对三维几何实体姿态约束和位置约束解耦性的分析,抽象出球实体、盒体和球盒体三种基本几何实体表达空间几何实体,并以基本约束的组合表达几何约束,形成几何约束模型特有的层次结构;并以有向图管理几何约束系统,可以清晰地反映姿态约束和位置约束的解耦性,实现约束系统的细粒度分解,得到规模更小的求解序列,实现高效求解。方法实现于原型系统WhutVAS中。     

面向与历史无关造型的三维约束求解方法研究

以基于历史的造型系统中应用较为成熟的两项技术——特征编码和二维约束求解为基础，基于特征进行三维约束建模，从而打破传统的基于历史造型系统中特征之间的单向依赖关系；然后将三维约束关系映射到二维草图进行处理，简化了问题．该方法在InteSolid 2．0上实现．     

三维装配约束求解的解析方法

以往的三维约束求解都是沿用二维约束求解中的数值迭代算法。该文归纳了装配建模中常用的三条假设,并在此基础上提出了三维约束求解的解析方法,与数值解法相比,该方法不仅有清晰的几何意义,而且能大大提高求解效率。     

动态识别三维几何约束冲突的方法研究

基于装配几何特征的广义几何约束图,避免了传统几何约束图的超图性质和模糊性,为几何约束满足问题提供了一个清晰的分析模型。文中以此模型来分析产生约束冲突的原因。空间分析法定义和推导了约束满足空间约束满足条件,提出了自由空间和自由度的计算方法,并据此在动态满足三维几何约束的过程中识别约束冲突,明确指出产生约束冲突的原因。     

基于自由度分析的三维几何约束推理求解

三维几何约束求解对于装配设计、装配工艺规划和并行工程等多个领域的研究具有重要意义。以自由度分析为基础，对冗余约束和约束冲突的情况进行判断。采用几何推理的方法，直接从零件上的点、线、面、圆柱面、球面等基本几何元素出发，对这些基本几何元素之间的位置关系进行分析，求解三维几何约束。避免了数值解法中对初始值的依赖和迭代过程的不稳定，提高了三维几何约束求解的速度和稳定性。