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.     

几何约束求解的简化迭代算法

针对几何约束系统图分解中复合顶点的求解问题,提出复合顶点的图分解算法和等价自由变量的简化迭代求解算法.通过去除复合顶点部分边界约束对复合顶点进行图分解,对求解序列中的欠约束顶点添加等价自由变量、以等价自由变量的部分迭代求解、替代系统的整体数值求解,以提高求解效率和稳定性.该算法具有很强的通用性,并在实际应用中得到验证.     

一类闭环约束的装配约束问题求解

分析了一种可以拆分为等价的开环约束的装配闭环约束问题.给出了等价性的定义,并提出一种该类闭环约束拆分为等价开环约束的方法.首先确定装配几何约束图上的闭环,然后对该闭环利用自由度归约加扰动判定是否从某一条边拆开.该方法能够较好的简化CAD软件中用户添加的装配约束,避免了因闭环约束造成的求解复杂度增加的情况,同时可以更好的表达实际装配的过程.     

三维几何约束求解的变分算法

研究了运动学变分原理在三维几何约束求解中的应用，提出了变分求解算法．该算法采用相对坐标，将求解域从笛卡儿空间转换到相对坐标空间．对于约束开环，依次选取相对坐标即可获得满足几何约束的刚体位姿；对于约束闭环，通过切断闭环铰，将约束闭环转化为等价的广义开环与切断铰约束代数方程，其切断铰约束代数方程的相对坐标雅克比矩阵解析式可通过变分关系显式获得．最后通过实例验证，说明该算法具有较高的求解效率与稳定性．     

三维装配几何约束问题求解研究

讨论了普遍情况下三维几何约束求解的问题.首先,对基本几何元素求解问题进行了研究,在此基础上对两装配体进行装配的几何约束问题进行了研究,提出对三维几何约束复杂耦合问题进行求解的方法,该研究拓展了三维几何约束求解器的通用性.     

三维几何约束闭环的动态识别与满足

针对三维几何约束闭环的满足问题,提出了“充分推理＋最小数值”的约束求解策略及其具体的实施方法。自由传播法可在动态求解约束的过程中识别出约束闭环;几何归约法将约束闭环子图归约简化为层次分明的归约树,并进一步明确了闭环的组成和结构;矢量闭环法建立了约束闭环的矢量模型,据此模型可以建立最小规模的方程组来求解约束闭环,方程组的变量具有明确的几何意义,便于初值的确定和多解的处理,并能求解欠约束的闭环。     

三维几何约束系统的在线增量求解方法

为提高实时交互设计过程中三维几何约束系统的求解效率,提出在线增量求解方法.首先采用混合图抽象表达三维几何约束系统,并采用等价性分析方法处理约束闭环子图;然后建立交互设计过程中几何约束混合图的动态更新机制,通过计算几何约束的有向传播获取约束系统动态变化时的影响域,实现三维几何约束系统的在线增量求解.文中方法以实现动态变化的三维几何约束系统的最小求解为目标,能够有效地提高约束求解的效率.最后用实例验证了该方法的正确性和有效性.     

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。     

面向集成变量化设计的三维几何约束求解方法

针对集成变量化设计中三维几何约束和装配几何约束的混合建模与求解问题,提出改进的有向图方法.该方法采用几何约束的基本约束表达和几何实体的抽象对偶实体表达,引入定向弧表达实体之间的内在依赖关系建立混合几何约束有向图模型;结合约束有向图的优化处理,实现了几何约束系统的细粒度分解和高效并行求解.最后用实例验证了文中方法的正确性和有效性.     

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。     

混合式几何约束满足的研究

几何约束系统可以分为陈述式和构造式两类。为了使基于约束的设计更加符合使用要求,参数化CAD系统需要综合满足两类约束。文中研究了三维情况下和构造统一的约束满足策略,通过引入形状自由度的概念,将形状变化和集团变化统一处理。约束系统采用约束图来表示,各个子系统之间的层次结构利用约束层次树来表示。采用剪枝和凝聚相结合的策略实现了欠约束和完备约束系统的分解,使用解析法和数值法对约束进行求解。该策略已经在参数化CAD系统GEMS5．0的二维和三维上实现。     

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。     

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 .     

基于活动约束系统的变量化设计

在变量化设计过程中设计对象可以看作是一个几何约束系统,这个系统由几何元素以及作用于几何元素之间的各种约束关系构成。一个复杂的设计对象所对应的几何约束系统往往包含大量几何元素和约束关系,如果不加区别地把所有的几何元素和约束关系纳入变量化求解的范围,则很难满足交互设计的需要。而另一方面几何约束系统又往往是稀疏系统：（1）作用于任一几何元素的约束很少;（2）与任一约束相关的几何元素很少。基于这一事实给出了一种预处理策略从原始几何约束系统中搜索得到一个规模较小的活动约束系统,变量化求解在活动约束系统上进行。该方法已在自行研制的参数化造型系统GEMS5．0中实现。     

用连杆机构几何约束求解

在这篇文章里,我们引入连杆机构作为新的工具,且证明这是完备的,也就是说,所有能构造性描述的图形能被连杆机构作出,这一类包括了所有只含距离约束的约束问题.作为一个应用,我们说明了超出Owen和Hoffmann的三角分解方法之外的最简单的约束图能被转化为纯几何构造形式.为了求解起源于连杆构造的方程,我们提出了一种基于动态轨迹生成的几何方法.     

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     

二维几何约束求解器

开发了一个二维几何约束求解器.该求解器是新一代智能CAD系统的核心,它采用了基于图和规则的几何推理方法,高效、稳定、实用.论文提出了几何约束模型及其约束图表示,深入介绍了基于点刚体归约的几何推理算法,描述了求解器的体系结构.