考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法。本方法通過下述具體操作步驟實(shí)現(xiàn)的：（1）定義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型；（2）定義基于功能表達(dá)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型；（3）建立基于圖論的面向機(jī)構(gòu)功能綜合模型；（4）利用基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法進(jìn)行機(jī)構(gòu)功能綜合求解。針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)構(gòu)功能設(shè)計(jì)方法沒有充分考慮成本因素對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。本發(fā)明旨在綜合考慮機(jī)構(gòu)所需功能的可能功能組合，有效地實(shí)現(xiàn)了降低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合。本發(fā)明所示的機(jī)構(gòu)功能綜合方法不僅可以應(yīng)用于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且可以解決其它的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題。
【專利說明】考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種機(jī)械產(chǎn)品機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，特別是一種考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)構(gòu)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中占有很重要的位置，功能上，機(jī)構(gòu)除了直接滿足和達(dá)到產(chǎn)品的基本功能外，還對(duì)改善和擴(kuò)展產(chǎn)品功能起到直接作用。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否也將影響到產(chǎn)品的操作性能、安全性能及使用壽命等方面。同時(shí)在機(jī)構(gòu)功能設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮到技術(shù)因素，還要考慮到成本因素，把成本因素作為和技術(shù)要求同等重要的參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，并及時(shí)修改方案，可以達(dá)到從源頭進(jìn)行機(jī)構(gòu)成本控制的目標(biāo)。
[0003]目前的機(jī)構(gòu)功能設(shè)計(jì)方法較多，諸如基于廣義力矢量圖的功能結(jié)構(gòu)生成方法，但其矢量圖難以具體化，實(shí)用性較差，或者是基于功能矩陣變換的功能分解方法，但該矩陣變換算法盲目性較大，效率較低。此外，目前的機(jī)構(gòu)功能設(shè)計(jì)方法并沒有充分考慮成本因素對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。本發(fā)明旨在綜合考慮機(jī)構(gòu)所需功能的可能功能組合，有效地實(shí)現(xiàn)了降低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合。
[0004]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，以實(shí)現(xiàn)通過設(shè)計(jì)來降低產(chǎn)品成本。
[0006]本發(fā)明所述問題是通過以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
1、定義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型
功能通?？梢员硎疽粋€(gè)系統(tǒng)輸入和輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系從而達(dá)到滿足用戶需求的目的。而運(yùn)動(dòng)功能則可以被認(rèn)為是輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，其中包括形式、方向、大小、穩(wěn)定性、連續(xù)性、間歇性、往復(fù)性等多種運(yùn)動(dòng)特性?；具\(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用包含五種運(yùn)動(dòng)特征的矢量表示，具體如下:
[運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)方向，穩(wěn)定性，連續(xù)性，往復(fù)性]τ
運(yùn)動(dòng)特征幾乎包含了所有機(jī)構(gòu)元素的功能屬性。特征含義和相關(guān)屬性定義表示如下:
(I)運(yùn)動(dòng)形式:根據(jù)機(jī)構(gòu)輸入和輸出狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)形式可以分為轉(zhuǎn)動(dòng)(Rotat1n)、平動(dòng)(Translat1n)和螺旋運(yùn)動(dòng)(Helix)三種形式,分別用R, T, H表示。
[0007](2)運(yùn)動(dòng)方向:平動(dòng)的方向可用笛卡爾坐標(biāo)系中的±X軸，±￥軸或土Z軸表示，而對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)可用繞X軸，Y軸或Z軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向表示。
[0008](3)穩(wěn)定性:平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)的速度恒定不變則用I表示，否則為O。
[0009](4)連續(xù)性:平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)具有連續(xù)性則用I表示，否則為O。
[0010](5)往復(fù)性:輸入或輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是來回運(yùn)動(dòng)的則用I表示，否則為O。
[0011]2、定義基于功能表達(dá)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型如圖1所示，運(yùn)動(dòng)功能可以表示為輸入/輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。一對(duì)輸入/輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則稱之為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)由輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)組成。根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)功能粒度，解決方案相應(yīng)的會(huì)有不同的層次。
[0012]需要提及的是一種機(jī)構(gòu)可能包含一些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的不同表達(dá)，同時(shí)，不同的機(jī)構(gòu)可能擁有相同的表達(dá)形式。例如圖2所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的功能可以表示為[R，+X，O, I, I]τ— [Τ，+Υ，1，0，0]τ。
3、建立基于圖論的、面向機(jī)構(gòu)功能綜合模型
3.1定義
①節(jié)點(diǎn):在圖3所示的面向機(jī)構(gòu)功能綜合的、基于圖論的單元表達(dá)模型中，節(jié)點(diǎn)Vi表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0013]②有向邊:
有向邊是從源節(jié)點(diǎn)(源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi)指向目的節(jié)點(diǎn)(目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)V」)。有向邊被用于表明一個(gè)機(jī)構(gòu)從某一源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0014]③權(quán)重:
從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的有向邊的具體權(quán)重Wi/被用于表示相應(yīng)機(jī)構(gòu)的成本。例如Wi/被用于表示從源節(jié)點(diǎn)(源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi)到目的節(jié)點(diǎn)(目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的第η種機(jī)構(gòu)方案的成本。由于有多種機(jī)構(gòu)滿足從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換要求，所以對(duì)于有向邊可能會(huì)有一些權(quán)重 Wlj11,定義為 Wij= (Wij1, Wij2, Wij3,...，WijnI ο
[0015]例如，某種機(jī)構(gòu)功能為[Τ, +Ζ, O, O, 1]-> [R, +X，O, I, I],節(jié)點(diǎn)Vi表示源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[τ, +Ζ, O, O, I],目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)Vj則表示為[R，+Χ,Ο, I, I]。如果有向邊相應(yīng)的權(quán)重為120，那么意味著機(jī)構(gòu)原型的成本為120元。由于完成兩個(gè)動(dòng)態(tài)元素節(jié)點(diǎn)的連接有多種解決方案，因此將可能有包含一些數(shù)據(jù)(Wij1, Wij2，…，Wijn)的邊存在。
[0016]3.2運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間建模
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)功能綜合，首先必須構(gòu)建結(jié)合機(jī)構(gòu)原型知識(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間。由于各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只包含有限個(gè)變量，如R，T, +X，O, I等，因此容易詳細(xì)地列出所有可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從而構(gòu)建運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間，具體如圖4所示。然后通過賦予相應(yīng)成本的有向邊建立這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的聯(lián)系。例如，從輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[R，+X，O, O, 1]7到輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[T，+Y，I, I, O]τ的有向邊表示相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)功能:[R, +X，O, O, 1]τ- [Τ, +Y，I, I, 0]τ。如果存在任何機(jī)構(gòu)可以作為潛在的機(jī)構(gòu)解決方案從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)態(tài)元素對(duì)的轉(zhuǎn)換，在考慮成本權(quán)重的情況下，建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間中的存在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系。由于在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的轉(zhuǎn)換中可能存在許多潛在的機(jī)構(gòu)解決方案，因此對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)可能存在包含一組成本W(wǎng)u的有向邊。例如知識(shí)工程師檢查機(jī)構(gòu)資源庫中的所有機(jī)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)功能[R，+X，O, 0，1]τ — [Τ, +Y，I, I, O]τ能夠通過一些機(jī)構(gòu)原型完成，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或者凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)；然后他們連接相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)[R，+X，O, O, 1]τ和[Τ，+Y，I, I, 0]τ,并且在相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的有向邊上添加Wij1和wu2。顯而易見，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間將有利于后續(xù)的設(shè)計(jì)綜合并且包含了明確的輸入和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0017]當(dāng)所需的功能被定義為輸入和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，獲得解決方案的最簡(jiǎn)單方法是檢查運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間中的兩個(gè)相對(duì)亦節(jié)點(diǎn)是否連接。如果節(jié)點(diǎn)連接，重新得到經(jīng)功能索引的解決方案列表。但是經(jīng)常存在從初始節(jié)點(diǎn)(輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài))到所需節(jié)點(diǎn)(輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài))兩個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間并未連接的情況，這意味著并不存在直接實(shí)現(xiàn)所需的功能的機(jī)構(gòu)原型。對(duì)于這種情況，可以應(yīng)用功能綜合方法生成滿足所需功能的可能功能組合。
[0018]4、基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法
4.1定義
G:加權(quán)有向圖，也就是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間。
[0019]V:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的節(jié)點(diǎn)集，V=Iv1, V2, V3,…，vn}。
[0020]E:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的有向邊集合。
[0021]Linitia1: G序列連接Ibpb2,...，bj，其中Id1是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0022]Lexclude: H序列連接Ic1, C2,...，cH}，其中C1是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0023]S:從Linitial開始并且排除Lexdude的原點(diǎn)O和終點(diǎn)d之間的非循環(huán)路徑集 S<K>，<Subsetnumber>.包含第K種最短路徑集的子集數(shù)的子集。
[0024]Scu:所有路徑集合。
[0025]P(S):包含每個(gè)子集S的最短路徑，它由連接{{Linitial}，ai，a2，...，a,}組成，其中％是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0026]S1:從連接序列 Linitiali=HLinitialK alr a2,, a^}開始且排除連接Lexcludei= {{Lexclude} ; aj的原點(diǎn)ο和終點(diǎn)d之間的非循環(huán)路徑集。
[0027]f:路徑中不滿足約束(f=0 Vfe {1,2，...，q})的第一條連接(如果存在)。
[0028]R:排除的路徑集，L—嚴(yán){仏—}; aj,其中％是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。
[0029]4.2基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法
圖4中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的加權(quán)有向圖G(V，E)包含了權(quán)重功能集合Wij= Iwij1, Wij2,…，WijnI,該集合表明了從各個(gè)有向邊(Vi，Vj)到實(shí)值權(quán)重的映射，同時(shí)也是相應(yīng)的機(jī)構(gòu)原型成本值。在圖G (V，E)中，建立了從輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)u到輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)V的最小權(quán)重路徑，從而解決了運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)U，V e V)的每一節(jié)點(diǎn)對(duì)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)問題。需要說明的是機(jī)構(gòu)原型成本是其構(gòu)成其自身的有向邊的轉(zhuǎn)換權(quán)重總和。
[0030]確定路徑(不僅僅是最短路徑)的算法通常是指兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法。
[0031]具體步驟如下:
步驟1:由于存在許多建立兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)間聯(lián)系的解決方案，因此可能存在一些包含成本數(shù)據(jù)(Wi/, Wi/，…，Wi/)的有向邊，并且需要在各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)中利用最低成本簡(jiǎn)化加權(quán)有向圖。
[0032]步驟2:使用最短路徑優(yōu)先算法建立包含S0,!——從輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)到輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的所用路徑一的最短路徑，并且用P(Scu)表示。
[0033]步驟2.1:標(biāo)記輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為O。
[0034]步驟2.2:存儲(chǔ)該數(shù)字，永久性標(biāo)記。
[0035]步驟2.3:標(biāo)記和帶有成本的輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)相連接的各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，臨時(shí)性標(biāo)記。
[0036]步驟2.4:存儲(chǔ)最小的數(shù)字。
[0037]步驟2.5:從最小數(shù)字的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)開始，考慮各個(gè)相連接的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)成本。
[0038]步驟2.6:如果某一成本小于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中已經(jīng)存在的成本，則去除這一成本并寫入新的成本。如果運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中不存在成本，則直接寫入新成本。
[0039]步驟2.7:重復(fù)步驟2.4，直到所有輸出狀態(tài)節(jié)點(diǎn)都被存儲(chǔ)。
[0040]步驟3 ^fScu -P(Scu)劃分成q(l)部分，形成帶有可行的最初連接和排除的路徑集Rl的相互排斥子集S^S


1,2，...，Si’ q(i) O
[0041]步驟4:設(shè)定m = I。
[0042]步驟5:計(jì)算子集Sm，1Sm，2，...，Sm，q(m)的最短路徑，并將這些路徑表示為P (Sm, I)，P (Sm, 2)，..., P (Sm； q(m)) ο
[0043]步驟6:在路徑{P(S1;1)，…，P(Swi)), P(Sy),..., P(S2，q⑵)，…，P(Snu),…,P(sffl,q(ffl))}和至今已經(jīng)被確認(rèn)的所有子集中，找到第(m + I)條最短路徑。
[0044]步驟7:設(shè)定Sy為包含第(m + I)條最短路徑的集合，不論存在與否。將Sa,」-P(Sa,j)劃分成q(m+l)部分，形成帶有可行的最初連接和排除的路徑集Rm的相互排斥子集Sm+1, I) Sm + 12)...，Sm + I’ q(m + I) O
[0045]步驟8:設(shè)定m = m + I,重復(fù)步驟5,直到m=k。
[0046]步驟9:根據(jù)成本排名的前提下，得到最大功能綜合步驟N的功能鏈解決方案。
[0047]通過這一方法，根據(jù)成本，帶有機(jī)構(gòu)方案的一些可行功能鏈被依序排列。在確保機(jī)構(gòu)可靠性和有效性的同時(shí)，最大功能綜合步驟N通常設(shè)定的盡可能小。
[0048]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著技術(shù)進(jìn)
I K
少:
本發(fā)明采用了基于圖論的K-低成本最短路徑算法的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，有效地實(shí)現(xiàn)了降低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合。本發(fā)明所示的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法不僅可以應(yīng)用于機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且可以解決其它的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1是本發(fā)明的基于運(yùn)動(dòng)功能模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型圖。
[0050]圖2是本發(fā)明的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的功能表達(dá)圖。
[0051]圖3是本發(fā)明的面向機(jī)構(gòu)功能綜合的、基于圖論的表達(dá)模型基礎(chǔ)圖。
[0052]圖4是本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間圖(局部圖，所有的有向邊都有權(quán)重)。
[0053]圖5是本發(fā)明的冷鐓機(jī)送料機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0054]本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例結(jié)合附圖詳述如下:
實(shí)施例一:
參見圖f圖4，本考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，其特征是:通過下述具體操作步驟實(shí)現(xiàn)的:
(1)定義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型；
(2)定義基于功能表達(dá)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型；
(3)建立基于圖論的面向機(jī)構(gòu)功能綜合模型；
(4)利用基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法進(jìn)行機(jī)構(gòu)功能綜合求解。
[0055]實(shí)施例二:
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特別之處如下:
所述步驟(I)定義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型是:基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用五種運(yùn)動(dòng)特征的矢量表示如下:
(I)運(yùn)動(dòng)形式:根據(jù)機(jī)構(gòu)輸入和輸出狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)形式可以分為轉(zhuǎn)動(dòng)(Rotat1n)、平動(dòng)(Translat1n)和螺旋運(yùn)動(dòng)(Helix)三種形式,分別用R, T, H表示。
[0056](2)運(yùn)動(dòng)方向:平動(dòng)的方向可用笛卡爾坐標(biāo)系中的±X軸，±￥軸或土Z軸表示，而對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)可用繞X軸，Y軸或Z軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向表示。
[0057](3)穩(wěn)定性:平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)的速度恒定不變則用I表示，否則為O。
[0058](4)連續(xù)性:平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)具有連續(xù)性則用I表示，否則為O。
[0059](5)往復(fù)性:輸入或輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是來回運(yùn)動(dòng)的則用I表示，否則為O。
[0060]所述步驟(2)定義基于功能表達(dá)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型是:
一對(duì)輸入/輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)由輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)組成。根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)功能粒度，解決方案相應(yīng)的會(huì)有不同的層次。
[0061]需要提及的是一種機(jī)構(gòu)可能包含一些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的不同表達(dá)，同時(shí)，不同的機(jī)構(gòu)可能擁有相同的表達(dá)形式。例如圖2所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的功能可以表示為[R，+X，O, I, I]τ— [Τ，+Υ，1，0，0]τ。
[0062]所述步驟(3)中的建立基于圖論的、面向機(jī)構(gòu)功能綜合模型:
3.1定義
①節(jié)點(diǎn):在圖3所示的面向機(jī)構(gòu)功能綜合的、基于圖論的單元表達(dá)模型中，節(jié)點(diǎn)Vi表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0063]②有向邊:
有向邊是從源節(jié)點(diǎn)(源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi)指向目的節(jié)點(diǎn)(目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)V」)。有向邊被用于表明一個(gè)機(jī)構(gòu)從某一源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0064]③權(quán)重:
從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的有向邊的具體權(quán)重Wi/被用于表示相應(yīng)機(jī)構(gòu)的成本。例如Wi/被用于表示從源節(jié)點(diǎn)(源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi)到目的節(jié)點(diǎn)(目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的第η種機(jī)構(gòu)方案的成本。由于有多種機(jī)構(gòu)滿足從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換要求，所以對(duì)于有向邊可能會(huì)有一些權(quán)重 Wlj11,定義為 Wij= (Wij1, Wij2, Wij3,...，WijnI ο
[0065]例如，某種機(jī)構(gòu)功能為[Τ, +Ζ, O, O, 1]-> [R, +X，O, I, I],節(jié)點(diǎn)Vi表示源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[τ, +Ζ, O, O, I],目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)Vj則表示為[R，+Χ,Ο, I, I]。如果有向邊相應(yīng)的權(quán)重為120，那么意味著機(jī)構(gòu)原型的成本為120元。由于完成兩個(gè)動(dòng)態(tài)元素節(jié)點(diǎn)的連接有多種解決方案，因此將可能有包含一些數(shù)據(jù)(Wij1, Wij2，…，Wijn)的邊存在。
[0066]3.2運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間建模
為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)功能綜合，首先必須構(gòu)建結(jié)合機(jī)構(gòu)原型知識(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間。由于各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只包含有限個(gè)變量，如R，T, +X，O, I等，因此容易詳細(xì)地列出所有可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從而構(gòu)建運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間，具體如圖4所示。然后通過賦予相應(yīng)成本的有向邊建立這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的聯(lián)系。例如，從輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[R，+X，O, O, 1]7到輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[T，+Y，I, I, O]τ的有向邊表示相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)功能:[R, +X，O, O, 1]τ- [Τ, +Y，I, I, 0]τ。如果存在任何機(jī)構(gòu)可以作為潛在的機(jī)構(gòu)解決方案從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)態(tài)元素對(duì)的轉(zhuǎn)換，在考慮成本權(quán)重的情況下，建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間中的存在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系。由于在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的轉(zhuǎn)換中可能存在許多潛在的機(jī)構(gòu)解決方案，因此對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)可能存在包含一組成本W(wǎng)u的有向邊。例如知識(shí)工程師檢查機(jī)構(gòu)資源庫中的所有機(jī)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)功能[R，+X，O, O，1]τ — [Τ, +Y，I, I, O]τ能夠通過一些機(jī)構(gòu)原型完成，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或者凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)；然后他們連接相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)[R，+X，O, O, 1]τ和[Τ，+Y，I, I, 0]τ,并且在相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的有向邊上添加Wij1和wu2。顯而易見，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間將有利于后續(xù)的設(shè)計(jì)綜合并且包含了明確的輸入和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
[0067]當(dāng)所需的功能被定義為輸入和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，獲得解決方案的最簡(jiǎn)單方法是檢查運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間中的兩個(gè)相對(duì)亦節(jié)點(diǎn)是否連接。如果節(jié)點(diǎn)連接，重新得到經(jīng)功能索引的解決方案列表。但是經(jīng)常存在從初始節(jié)點(diǎn)(輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài))到所需節(jié)點(diǎn)(輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài))兩個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間并未連接的情況，這意味著并不存在直接實(shí)現(xiàn)所需的功能的機(jī)構(gòu)原型。對(duì)于這種情況，可以應(yīng)用功能綜合方法生成滿足所需功能的可能功能組合。
[0068]所述步驟(4)中的利用基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法進(jìn)行機(jī)構(gòu)功能綜合求解，相關(guān)定義如下:
G:加權(quán)有向圖，也就是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間；
V:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的節(jié)點(diǎn)集，V=Iv1, v2, v3,…，vn}；
E:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的有向邊集合；
Linitia1: G序列連接...，b丄其中Id1是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
Lexclude: H序列連接{Cl，C2,...，cH}，其中C1是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
S:從Linitial開始并且排除Lexdude的原點(diǎn)ο和終點(diǎn)d之間的非循環(huán)路徑集；
S<K>，<Subsetnumber>.包含第K種最短路徑集的子集數(shù)的子集；
S0;1:所有路徑集合；
P(S):包含每個(gè)子集S的最短路徑，它由連接{{Linitial}，ai，a2，...，aq}組成，其中%是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
S1:從連接序列Linitiali=HLinitialK alr a2,, 開始且排除連接
Lexcludei= {{Lexclude} ; aj的原點(diǎn)ο和終點(diǎn)d之間的非循環(huán)路徑集；
f:路徑中不滿足約束α=Φ V f e {1,2,...，q})的第一條連接(如果存在)。
[0069]R:排除的路徑集，Lexcludei= {{Lexclude} ; aj,其中％是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)；
具體步驟如下:
步驟1:由于存在許多建立兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)間聯(lián)系的解決方案，因此可能存在一些包含成本數(shù)據(jù)(Wi/, Wi/，…，Wi/)的有向邊，并且需要在各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)中利用最低成本簡(jiǎn)化加權(quán)有向圖；
步驟2:使用最短路徑優(yōu)先算法建立包含S0,!——從輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)到輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的所用路徑——的最短路徑，并且用P(Scu)表示；
步驟2.1:標(biāo)記輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為O ;
步驟2.2:存儲(chǔ)該數(shù)字，永久性標(biāo)記；
步驟2.3:標(biāo)記和帶有成本的輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)相連接的各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，臨時(shí)性標(biāo)記；
步驟2.4:存儲(chǔ)最小的數(shù)字； 步驟2.5:從最小數(shù)字的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)開始，考慮各個(gè)相連接的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)成本；步驟2.6:如果某一成本小于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中已經(jīng)存在的成本，則去除這一成本并寫入新的成本。如果運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中不存在成本，則直接寫入新成本；
步驟2.7:重復(fù)步驟2.4，直到所有輸出狀態(tài)節(jié)點(diǎn)都被存儲(chǔ)；
步驟3 ^fScu-P(Scu)劃分成q(l)部分，形成帶有可行的最初連接和排除的路徑集Rl的相互排斥子集SM，S

1,2,..., Si’ q(i)；
步驟4:設(shè)定m = I ;
步驟5:計(jì)算子集3?1，_2，...，Sm，q(m)的最短路徑，并將這些路徑表示為P (Sm, I)，P (Sm, 2)，..., P (Sm； q(m))；
步驟 6:在路徑和至今已經(jīng)被確認(rèn)的所有子集中，找到第(m + I)條最短路徑；
步驟7:設(shè)定Sy為包含第(m + I)條最短路徑的集合，不論存在與否。將Sy-P(Saij)劃分成q(m+l)部分，形成帶有可行的最初連接和排除的路徑集Rm的相互排斥子集S1^1, Sffl
+ I, 2，...) Sm + q(m + I)；
步驟8:設(shè)定m = m+ I,重復(fù)步驟5,直到m=k ;
步驟9:根據(jù)成本排名的前提下，得到最大功能綜合步驟N的功能鏈解決方案。
[0070]實(shí)施例三:
參見圖f圖5，本實(shí)施例以冷鐓機(jī)為例，冷鐓機(jī)是以鐓為主，批量生產(chǎn)螺母螺栓等緊固件的設(shè)備。本節(jié)以冷鐓機(jī)的送料機(jī)構(gòu)為實(shí)例，應(yīng)用本發(fā)明提出的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)冷鐓機(jī)送料機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)功能綜合的低成本解決方案。冷鐓機(jī)送料機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)功能綜合按以下過程進(jìn)行。
[0071]1、明確設(shè)計(jì)任務(wù)
由于輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以表示為[R，+Z，0，0，1]T，輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可以表示為[R, +Z, O, O, 1]τ。因此，所需的送料機(jī)構(gòu)應(yīng)該能實(shí)現(xiàn)功能[R, +Ζ, O, O, 1]τ- [Τ, +X，I, I, 1]τ。其中，[R, +ζ, ο, ο, ι]τ — [τ, +X，I, I, ι]τ是根據(jù)功能需要進(jìn)行選擇。
2、功能綜合過程
設(shè)定功能綜合步驟N=I和功能綜合數(shù)Κ=6。運(yùn)用C#語言編寫的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)即面向成本的機(jī)構(gòu)功能綜合系統(tǒng)(Funct1nal Synthesis System of Mechanism under CostConsiderat1n, FSSMCC)將直接檢查輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，并做到與功能需求[R, +Z, O, O, 1]τ — [T, +X，I, I, 1]τ相對(duì)應(yīng)。但是并不存在直接的解決方案。
[0072]設(shè)定功能綜合步驟Ν=2和功能綜合數(shù)Κ=8?？紤]成本設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)功能綜合系統(tǒng)首先進(jìn)行詳盡的功能綜合。然后輸出根據(jù)成本排名的功能鏈，結(jié)果應(yīng)該是可能的功能鏈集合，如[R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, +X，O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]T, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, +Y，I, O, I]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, -Ζ, I, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, O, I]τ — [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [Τ, +Ζ, O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, I]τ, [R, +ζ, O, 0，1]τ — [Τ, +X，O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [Τ, +Ζ, I, I, I]τ — [τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [Τ, -ζ, I, 1，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ 等等。接著基于以上的功能鏈，存在的機(jī)構(gòu)原型被綜合從而產(chǎn)生新的組合解決方案集合。
[0073]設(shè)定功能綜合步驟Ν=3和功能綜合數(shù)Κ=12。面向成本的機(jī)構(gòu)功能綜合系統(tǒng)再次進(jìn)行功能綜合。然后輸出根據(jù)成本排名的功能鏈，結(jié)果為新的功能鏈集合，如[R, +Z, O, O, I]τ — [R, +X，O, O，1]τ — [R, +Y，I, 1，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, O，1]τ — [R, +X，O, O, I]τ — [Τ, +X，O, O，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, O，1]τ — [R, +Y，I, O，1]τ — [R, +X，O, O, I]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, O，1]τ — [R, +Y，O, O，1]τ — [R, +X，I, 1，1]τ — [Τ, +X，I, I, I]τ, [R, +Ζ, O，O，I]τ — [Τ, +X，O，O，I]τ — [R, +X，O，O，I]τ — [Τ，+X，1，1，I]τ， [R, +Ζ, 0,0, I]τ — [τ, +Y，I, 1，1]τ — [R, +X，O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, -Ζ, O, O, I]τ — [τ, +X，O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, -Ζ, O, 0，1]τ — [R, +X，O, O, I]τ — [τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, -Y, O, 0，1]τ — [R, +X，O, 0，1]τ — [Τ, +X，I, I, I]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [Τ, -Y, O, 0，1]τ — [R, +X，I, 1，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, O, I]τ — [τ, -Y, O, 0，1]τ — [R, +X，I, 1，1]τ — [Τ, +X，I, I, 1]τ, [R, +Ζ, O, 0，1]τ — [R, -Y, O, O, I]τ— [R，+X，1，1，1]T— [Τ，+Χ，1，1，1]τ等等。接著基于以上的功能鏈，存在的機(jī)構(gòu)原型被綜合從而產(chǎn)生新的組合解決方案集合。
[0074]這一組合最終發(fā)展成為帶有相應(yīng)機(jī)構(gòu)原型和功能結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置原型，如圖5所
/Jn ο
[0075]從上述的設(shè)計(jì)例子可以證實(shí)這種方法的優(yōu)點(diǎn)。通過增加最大綜合步驟N，可以方便實(shí)現(xiàn)面向成本的復(fù)雜機(jī)構(gòu)功能綜合。運(yùn)用K-低成本的窮舉搜索的情況下，這一方法可以產(chǎn)生許多滿足所需功能的解決方案。因此，它可以有效地幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)。
【權(quán)利要求】
1.考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，其特征是:通過下述具體操作步驟實(shí)現(xiàn)的: (1)定義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型； (2)定義基于功能表達(dá)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型； (3)建立基于圖論的面向機(jī)構(gòu)功能綜合模型； (4)利用基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法進(jìn)行機(jī)構(gòu)功能綜合求解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，其特征是:所述步驟(I)定義運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模型是:基本運(yùn)動(dòng)狀態(tài)用五種運(yùn)動(dòng)特征的矢量表示如下: (1)運(yùn)動(dòng)形式:根據(jù)機(jī)構(gòu)輸入和輸出狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)形式可以分為轉(zhuǎn)動(dòng)(Rotat1n)、平動(dòng)(Translat1n)和螺旋運(yùn)動(dòng)(Helix)三種形式,分別用R, T, H表示； (2)運(yùn)動(dòng)方向:平動(dòng)的方向可用笛卡爾坐標(biāo)系中的±X軸，±￥軸或土Z軸表示，而對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)和螺旋運(yùn)動(dòng)可用繞X軸，Y軸或Z軸的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向表示； (3)穩(wěn)定性:平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)的速度恒定不變則用I表示，否則為O; (4)連續(xù)性:平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)或螺旋運(yùn)動(dòng)具有連續(xù)性則用I表示，否則為O; (5)往復(fù)性:輸入或輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是來回運(yùn)動(dòng)的則用I表示，否則為O。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，其特征是:所述步驟(2)定義基于功能表達(dá)模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)模型是: 一對(duì)輸入/輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)由輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)組成； 根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)功能粒度，解決方案相應(yīng)的會(huì)有不同的層次； 需要提及的是一種機(jī)構(gòu)可能包含一些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的不同表達(dá)，同時(shí)，不同的機(jī)構(gòu)可能擁有相同的表達(dá)形式； 例如圖2所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的功能可以表示為[R, +X，O, I, 1]τ — [T, +Y，I, O, 0]τ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，其特征是:所述步驟(3)中的建立基于圖論的、面向機(jī)構(gòu)功能綜合模型: (3.1)定義 ①節(jié)點(diǎn):在圖3所示的面向機(jī)構(gòu)功能綜合的、基于圖論的單元表達(dá)模型中，節(jié)點(diǎn)Vi表示機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； ②有向邊: 有向邊是從源節(jié)點(diǎn)(源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi)指向目的節(jié)點(diǎn)(目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vj)； 有向邊被用于表明一個(gè)機(jī)構(gòu)從某一源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換； ③權(quán)重: 從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的有向邊的具體權(quán)重Wi/被用于表示相應(yīng)機(jī)構(gòu)的成本； 例如Wi/被用于表示從源節(jié)點(diǎn)(源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vi)到目的節(jié)點(diǎn)(目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)Vj)的第η種機(jī)構(gòu)方案的成本； 由于有多種機(jī)構(gòu)滿足從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)換要求，所以對(duì)于有向邊可能會(huì)有一些權(quán)重 Wi/,定義為 Wij= (Wij1, Wij2, Wij3,...，WijnI ； 例如，某種機(jī)構(gòu)功能為[Τ, +Ζ,Ο,Ο, 1]-> [R, +Χ,Ο, I, I],節(jié)點(diǎn)Vi表示源運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[Τ, +Ζ, O, 0，I]，目的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)Vj則表示為[R, +X，O, I, I]； 如果有向邊相應(yīng)的權(quán)重為120，那么意味著機(jī)構(gòu)原型的成本為120元； 由于完成兩個(gè)動(dòng)態(tài)元素節(jié)點(diǎn)的連接有多種解決方案，因此將可能有包含一些數(shù)據(jù)(Wij1, Wi/,…，Wi/)的邊存在; (3.2)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間建模 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)功能綜合，首先必須構(gòu)建結(jié)合機(jī)構(gòu)原型知識(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間；由于各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只包含有限個(gè)變量，如R，T, +X，O, I等，因此容易詳細(xì)地列出所有可能的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從而構(gòu)建運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間，具體如圖4所示； 然后通過賦予相應(yīng)成本的有向邊建立這些運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的聯(lián)系； 例如，從輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[R，+X，O, O, 1^到輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[T，+Y，I, I, 0]τ的有向邊表示相對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)功能:[R, +X，O, O, 1]τ- [Τ, +Y，I, 1，0]τ ; 如果存在任何機(jī)構(gòu)可以作為潛在的機(jī)構(gòu)解決方案從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)態(tài)元素對(duì)的轉(zhuǎn)換，在考慮成本權(quán)重的情況下，建立運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間中的存在對(duì)應(yīng)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系； 由于在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的轉(zhuǎn)換中可能存在許多潛在的機(jī)構(gòu)解決方案，因此對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)可能存在包含一組成本W(wǎng)ij的有向邊； 例如知識(shí)工程師檢查機(jī)構(gòu)資源庫中的所有機(jī)構(gòu)，并且發(fā)現(xiàn)功能[R，+X，0，0，1]τ — [τ, +Y，I, I, 0]τ能夠通過一些機(jī)構(gòu)原型完成，如曲柄滑塊機(jī)構(gòu)或者凸輪從動(dòng)機(jī)構(gòu)；然后他們連接相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)[R，+X，O, O, 1]τ和[Τ，+Y，I, I, 0]τ,并且在相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的有向邊上添加Wi/和Wi/ ; 顯而易見，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間將有利于后續(xù)的設(shè)計(jì)綜合并且包含了明確的輸入和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； 當(dāng)所需的功能被定義為輸入和輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，獲得解決方案的最簡(jiǎn)單方法是檢查運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間中的兩個(gè)相對(duì)亦節(jié)點(diǎn)是否連接； 如果節(jié)點(diǎn)連接，重新得到經(jīng)功能索引的解決方案列表； 但是經(jīng)常存在從初始節(jié)點(diǎn)(輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài))到所需節(jié)點(diǎn)(輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài))兩個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)間并未連接的情況，這意味著并不存在直接實(shí)現(xiàn)所需的功能的機(jī)構(gòu)原型； 對(duì)于這種情況，可以應(yīng)用功能綜合方法生成滿足所需功能的可能功能組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮成本的機(jī)構(gòu)功能綜合設(shè)計(jì)方法，其特征是:所述步驟(4)中的利用基于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)的K-低成本的機(jī)構(gòu)功能綜合算法進(jìn)行機(jī)構(gòu)功能綜合求解，相關(guān)定義如下: G:加權(quán)有向圖，也就是運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間； V:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的節(jié)點(diǎn)集，V=Iv1, ν2, ν3,…，νη}； Ε:運(yùn)動(dòng)狀態(tài)空間的有向邊集合； Linitia1: G序列連接...，b丄其中Id1是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)； Lexclude: H序列連接{Cl，C2,...，cH}，其中C1是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)； S:從Linitial開始并且排除Lexdude的原點(diǎn)ο和終點(diǎn)d之間的非循環(huán)路徑集； S<K>，<Subsetnumber>.包含第K種最短路徑集的子集數(shù)的子集； S0;1:所有路徑集合； P(S):包含每個(gè)子集S的最短路徑，它由連接{{Linitial}，ai，a2，...，aq}組成，其中%是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)； S1:從連接序列Linitiali=HLinitialK alr a2,, aj開始且排除連接Lexclude_{{Lexclude}; aJ的原點(diǎn)0和終點(diǎn)d之間的非循環(huán)路徑集； f:路徑中不滿足約束α=Φ V f e {1,2,...，q})的第一條連接(如果存在)； R:排除的路徑集，LraidutVaj，其中％是圖中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)； 具體步驟如下: 步驟1:由于存在許多建立兩個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)間聯(lián)系的解決方案，因此可能存在一些包含成本數(shù)據(jù)(Wi/, Wi/，…，Wi/)的有向邊，并且需要在各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)中利用最低成本簡(jiǎn)化加權(quán)有向圖； 步驟2:使用最短路徑優(yōu)先算法建立包含S0,!——從輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)到輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的所用路徑——的最短路徑，并且用P(Scu)表示； 步驟2.1:標(biāo)記輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為O ; 步驟2.2:存儲(chǔ)該數(shù)字，永久性標(biāo)記； 步驟2.3:標(biāo)記和帶有成本的輸入運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)相連接的各個(gè)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)，臨時(shí)性標(biāo)記； 步驟2.4:存儲(chǔ)最小的數(shù)字； 步驟2.5:從最小數(shù)字的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)開始，考慮各個(gè)相連接的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)成本；步驟2.6:如果某一成本小于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中已經(jīng)存在的成本，則去除這一成本并寫入新的成本； 如果運(yùn)動(dòng)狀態(tài)節(jié)點(diǎn)中不存在成本，則直接寫入新成本； 步驟2.7:重復(fù)步驟2.4，直到所有輸出狀態(tài)節(jié)點(diǎn)都被存儲(chǔ)； 步驟3 ^fScu-P(Scu)劃分成q(l)部分，形成帶有可行的最初連接和排除的路徑集Rl的相互排斥子集SM，S 步驟4:設(shè)定m = I ; 步驟5:計(jì)算子集3?1，_2，...，Sm，q(m)的最短路徑，并將這些路徑表示為P (Sm, I)，P (Sm, 2)，..., P (Sm； q(m))； 步驟 6:在路徑和至今已經(jīng)被確認(rèn)的所有子集中，找到第(m + I)條最短路徑； 步驟7:設(shè)定Sy為包含第(m + I)條最短路徑的集合，不論存在與否； 將Sy -P(Sa；J)劃分成q(m+l)部分，形成帶有可行的最初連接和排除的路徑集Rm的相互排斥子集 Sm+1’I，Sm + 1’2，...，Sm + i’q(m + I)； 步驟8:設(shè)定m = m + I,重復(fù)步驟5,直到m=k ; 步驟9:根據(jù)成本排名的前提下，得到最大功能綜合步驟N的功能鏈解決方案。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104239733SQ201410492434
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】何斌, 黃山, 張鵬昌 申請(qǐng)人:上海大學(xué)