發(fā)布時(shí)間：2017-03-17 22:04

  本文關(guān)鍵詞：基于剪刀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)形狀設(shè)計(jì)與優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著建模設(shè)計(jì)工具的發(fā)展,靜態(tài)模型的設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單,而可運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)卻需要外形設(shè)計(jì)師、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師的共同參與,并且由于外形設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程相對(duì)獨(dú)立,經(jīng)常會(huì)因缺乏溝通導(dǎo)致整個(gè)設(shè)計(jì)制造過(guò)程出現(xiàn)成本高、周期長(zhǎng)、質(zhì)量差等問(wèn)題。因此,動(dòng)態(tài)模型的機(jī)械結(jié)構(gòu)自動(dòng)生成與優(yōu)化算法應(yīng)運(yùn)而生。它使得普通用戶都可以只關(guān)注模型形狀與運(yùn)動(dòng)形式的設(shè)計(jì)部分,而算法則自動(dòng)給出功能性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配,最后再利用3D打印等制造工藝,生產(chǎn)出十分個(gè)性化的可運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。本文介紹了現(xiàn)有的四種可運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法：基于運(yùn)動(dòng)向?qū)А⒒趧?dòng)態(tài)捕捉驅(qū)動(dòng)、基于計(jì)算設(shè)計(jì)、基于連桿結(jié)構(gòu)的計(jì)算設(shè)計(jì)方法,它們都是面向普通用戶的交互式設(shè)計(jì)方法。然而,這些方法設(shè)計(jì)的模型產(chǎn)品,其運(yùn)動(dòng)方式或種類比較單一,遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足用戶的個(gè)性化需求。因此,本文首次提出了一種基于剪刀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)形狀自動(dòng)化設(shè)計(jì)方法,通過(guò)兩步式的構(gòu)造設(shè)計(jì),分別從拓?fù)�、幾何兩方面進(jìn)行優(yōu)化,真正使得普通用戶都能輕松設(shè)計(jì)出可進(jìn)行任意形狀變化的結(jié)構(gòu)。首先,我們對(duì)給定的兩個(gè)形狀作一致化處理,使其擁有一致的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并利用剪刀結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀逼近,同時(shí)保證剪刀結(jié)構(gòu)的可展性。然后對(duì)剪刀結(jié)構(gòu)的幾何特性進(jìn)行優(yōu)化來(lái)最小化動(dòng)畫過(guò)程中連接處的形變量、最大化形狀的逼近程度,在得到優(yōu)化后的剪刀結(jié)構(gòu)參數(shù)之后,通過(guò)控制錨單元來(lái)模擬展開過(guò)程。最后,利用3D打印或手工組裝將設(shè)計(jì)好的剪刀結(jié)構(gòu)制造成可展開的實(shí)體物件。經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本方法即使在制造過(guò)程存在誤差的情況下,也能自動(dòng)設(shè)計(jì)出可在任意兩個(gè)形狀物體之間動(dòng)態(tài)變化的產(chǎn)品,且變換過(guò)程十分流暢,結(jié)果合理而魯棒。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)械結(jié)構(gòu) 剪刀結(jié)構(gòu) 可展物體 交互模型設(shè)計(jì) 3D打印
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH122
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 緒論13-22
• 1.1 選題的背景及意義13-14
• 1.2 研究問(wèn)題14-19
• 1.2.1 齒輪結(jié)構(gòu)14-16
• 1.2.2 連桿結(jié)構(gòu)16-18
• 1.2.3 剪刀結(jié)構(gòu)18-19
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究情況19-20
• 1.3.1 機(jī)械制造19-20
• 1.3.2 形狀分析20
• 1.3.3 可制造模型20
• 1.4 本文內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排20-22
• 第2章 可運(yùn)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法22-43
• 2.1 基于運(yùn)動(dòng)向?qū)У臋C(jī)動(dòng)玩具設(shè)計(jì)方法22-27
• 2.1.1 機(jī)動(dòng)玩具表達(dá)23-24
• 2.1.2 前向的運(yùn)動(dòng)仿真裝配24-25
• 2.1.3 反向的特征運(yùn)動(dòng)仿真25
• 2.1.4 控件組裝25-27
• 2.2 基于動(dòng)態(tài)捕捉驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人設(shè)計(jì)方法27-33
• 2.2.1 機(jī)器人設(shè)計(jì)28-30
• 2.2.2 運(yùn)動(dòng)近似30-31
• 2.2.3 運(yùn)動(dòng)鏈布局31-32
• 2.2.4 統(tǒng)一設(shè)計(jì)布局32-33
• 2.3 基于計(jì)算設(shè)計(jì)機(jī)械角色方法33-36
• 2.3.1 組件及連接34-35
• 2.3.2 裝配仿真35
• 2.3.3 機(jī)械設(shè)計(jì)35-36
• 2.4 基于連桿結(jié)構(gòu)的角色計(jì)算設(shè)計(jì)方法36-41
• 2.4.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)基礎(chǔ)37
• 2.4.2 設(shè)計(jì)回路37-39
• 2.4.3 全局優(yōu)化39-41
• 2.5 本章小結(jié)41-43
• 第3章 基于剪刀結(jié)構(gòu)的平面動(dòng)態(tài)模型設(shè)計(jì)43-63
• 3.1 剪刀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識(shí)44-46
• 3.1.1 剪刀單元(Scissor unit)44
• 3.1.2 單元線(Unit lines)44
• 3.1.3 剪刀單元的類型44-45
• 3.1.4 剪刀片段(Scissor segment)45
• 3.1.5 關(guān)節(jié)單元線(Joint unit line)45
• 3.1.6 剪刀結(jié)構(gòu)(Scissor structure)45-46
• 3.1.7 錨單元(Anchor unit)46
• 3.2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程模擬46-49
• 3.2.1 約束47-48
• 3.2.2 方程系統(tǒng)48
• 3.2.3 最小二乘解48-49
• 3.3 問(wèn)題與設(shè)計(jì)概述49-50
• 3.3.1 問(wèn)題49
• 3.3.2 挑戰(zhàn)性49
• 3.3.3 影響因素49
• 3.3.4 系統(tǒng)概述49-50
• 3.4 拓?fù)錁?gòu)造50-54
• 3.4.1 結(jié)構(gòu)-分段的拓?fù)錁?gòu)造51-52
• 3.4.2 分段-單元的拓?fù)錁?gòu)造52-54
• 3.5 幾何優(yōu)化54-56
• 3.5.1 連接形變量55
• 3.5.2 形狀近似55
• 3.5.3 優(yōu)化55-56
• 3.6 制造56-57
• 3.7 結(jié)果展示與討論57-61
• 3.7.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果57-60
• 3.7.2 討論60-61
• 3.8 本章小結(jié)61-63
• 第4章 總結(jié)與展望63-65
• 4.1 本文工作總結(jié)63-64
• 4.2 未來(lái)展望64-65
• 4.2.1 多種機(jī)械結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)64
• 4.2.2 拓寬應(yīng)用領(lǐng)域64-65
• 參考文獻(xiàn)65-68
• 致謝68-69
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與取得的其他研究成果69

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3 MEB記者 何s

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