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仿生六足折纸机器人结构设计与运动分析
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作者 曹东兴 贾艳超 +1 位作者 郭翔鹰 毛佳佳 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1543-1555,共13页
针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下... 针对现有折纸机器人组成结构单一,运动不够灵活的问题,将折纸结构与多足机器人设计相结合,耦合三浦折纸和六折痕折纸,提出新型的仿螃蟹六足折纸机器人设计方案,扩展了折纸机器人的运动构型,提升了折纸机器人的运动灵活性.在面对称假设下,该机器人单足具有2个自由度,此时将机器人腿部顶点等效为关节,轴线折痕等效为连杆,建立机器人腿部的平面连杆等效模型,并以折面夹角为运动变量,通过仿真计算得出机器人足端的理论运动范围.利用楔形面板技术对折面增厚并避免相邻折面发生物理干涉,建模得到折纸仿螃蟹六足机器人的三维模型.基于平面连杆的等效模型,分析折面夹角与足端运动之间的联系,设计确定机器人的足端运动轨迹与运动步态.利用3D打印技术设计并制作折纸仿生六足机器人试验样机,基于STM32单片机控制实现了机器人三横向角步态运动.结果表明,该折纸仿生机器人可以实现平面构型到仿螃蟹构型的转换,在6条腿的协同运动下,机器人可以平稳地左右横向移动. 展开更多
关键词 六足机器人 仿生 六折痕折纸 三浦折纸 运动分析
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基于功能分解的机械产品概念设计 被引量:27
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作者 曹东兴 檀润华 +1 位作者 苑彩云 张建军 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第11期13-17,共5页
工程设计问题常采用功能分解,功能分解的核心是采用了功率键合图,通过分析工程系统功能关系确立待设计系统物理参数;根据系统中能量传递建立系统转换模型,并将该模型转化为功能参数转换矩阵,通过附加约束推理出功能方法树;建立系... 工程设计问题常采用功能分解,功能分解的核心是采用了功率键合图,通过分析工程系统功能关系确立待设计系统物理参数;根据系统中能量传递建立系统转换模型,并将该模型转化为功能参数转换矩阵,通过附加约束推理出功能方法树;建立系统匹配元件库,给出评估因素,确定匹配关系,并结合专用塑料盒封切机传动系统设计讨论软件自动生成功能方法树 ,产生多个设计方案及方案评估的关键技术。 展开更多
关键词 功率键合图 转换矩阵 功能方法树 机械产品设计 概念设计 功能分解 CAD
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基于状态空间表示法的机械产品概念设计 被引量:11
3
作者 曹东兴 檀润华 +3 位作者 李向东 筵丽萍 牛静娟 王金荣 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第2期172-175,共4页
分析了机械工程系统的功能关系 ,确立待设计系统的状态变量 ,利用键合图的基础元件建立状态空间转换矩阵 .根据机械系统中能量传递建立系统状态空间模型 ,采用状态空间变换操作 ,产生多个设计方案 ,并结合电动静脉注射器设计说明其应用 .
关键词 键合图 概念设计 转换矩阵 机械产品 状态空间表示法 CAD
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轮腿式爬楼轮椅前腿机构的控制策略研究
4
作者 樊晨 曹东兴 《河北工业大学学报》 CAS 2024年第1期21-27,共7页
针对爬楼轮椅前腿的位姿调节机构在工作时不能同时触地及受力失衡等问题,文中提出基于模糊比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative, PID)的前腿同步位姿调节控制策略。首先,建立了前腿位姿调节机构驱动装置的数学模型。其次,... 针对爬楼轮椅前腿的位姿调节机构在工作时不能同时触地及受力失衡等问题,文中提出基于模糊比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative, PID)的前腿同步位姿调节控制策略。首先,建立了前腿位姿调节机构驱动装置的数学模型。其次,根据爬楼轮椅工作要求设定合适的阈值,通过偏差大小来选用最优的控制算法,建立了基于模糊控制策略与模糊自适应PID控制策略。最后,结合模糊PID复合控制模型,实现前腿机构在复杂工况下的有效控制。实验结果表明:采用模糊PID的前腿同步控制系统超调量较小,达到稳态的时间更少,具有较高的稳定性。 展开更多
关键词 爬楼轮椅 前腿机构 同步控制 模糊PID控制
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基于功能方法树的机械产品概念设计 被引量:7
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作者 曹东兴 檀润华 +2 位作者 耿磊 刘叔英 朱凝华 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第6期888-891,共4页
产品设计早期的知识和设计要求是不精确和模糊的,难以形式化表示,使得概念设计活动具有挑战性.而概念设计中功能结构的确定、设计过程模型的建立及多方案生成是其技术关键.建立了产品功能结构,确定出功能参数,根据键合图基础元件建立行... 产品设计早期的知识和设计要求是不精确和模糊的,难以形式化表示,使得概念设计活动具有挑战性.而概念设计中功能结构的确定、设计过程模型的建立及多方案生成是其技术关键.建立了产品功能结构,确定出功能参数,根据键合图基础元件建立行为矩阵模型;然后利用势流变换建立功能方法树的基本构造块,采用人工智能技术生成功能方法树,产生多方案及评价;最后结合加工中心上快速夹紧装置对其应用进行了说明. 展开更多
关键词 概念设计 键合图 行为矩阵 功能方法树 多方案
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双低能谱CT对活体供肾动脉的术前评估 被引量:8
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作者 曹东兴 程涛 +1 位作者 贾鑫鑫 罗英姿 《中国医学影像学杂志》 CSCD 北大核心 2015年第7期527-530,共4页
目的探讨采用宝石能谱CT低剂量对比剂、低管电压技术肾动脉成像在肾移植供体术前评估中的应用价值。资料与方法对50例活体供肾者于肾移植术前行螺旋CT肾动脉成像,将其随机分为双低组和对照组,每组25例。双低组管电压100 k V,对比剂使用... 目的探讨采用宝石能谱CT低剂量对比剂、低管电压技术肾动脉成像在肾移植供体术前评估中的应用价值。资料与方法对50例活体供肾者于肾移植术前行螺旋CT肾动脉成像,将其随机分为双低组和对照组,每组25例。双低组管电压100 k V,对比剂使用威视派克(270 mg/ml);对照组管电压120 k V,对比剂使用碘普罗胺(370 mg/ml)。两组图像的重建均为40%ASi R,其他扫描参数不变。比较两组图像质量评分、肾动脉CT值、对比噪声比(CNR)、噪声、辐射剂量以及对比剂用量。结果 2名医师对两组肾动脉图像质量评分的一致性较高(Kappa=0.82)。两组的肾动脉CT值、图像质量整体评分及细节评分比较,差异无统计学意义(t=1.05、0.07、1.62,P>0.05);两组CNR、噪声及辐射剂量比较,差异有统计学意义(t=2.92、-6.95、-2.21,P<0.05);双低组的对比剂用量较对照组降低了27%。结论低浓度对比剂(270 mg/ml)联合低管电压(100 k V)及迭代重建算法在肾动脉CTA中可获得满意的图像,可作为活体肾移植供体术前检查的常规方法。 展开更多
关键词 肾移植 活体供者 体层摄影术 螺旋计算机 肾动脉 血管造影术 造影剂 迭代重建算法
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概念设计中行为矩阵模型的公理化验证 被引量:7
7
作者 曹东兴 檀润华 +1 位作者 姚广法 刘剑 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期337-340,共4页
给出行为矩阵模型及对应元素属性,结合公理化设计的功能独立性和信息量最小公理,对行为矩阵模型进行公理化验证;根据键合图理论研究矩阵属性变换特性及矩阵模型的求解过程,通过矩阵属性变换可以方便、快捷地生成机械系统多个原理方案;... 给出行为矩阵模型及对应元素属性,结合公理化设计的功能独立性和信息量最小公理,对行为矩阵模型进行公理化验证;根据键合图理论研究矩阵属性变换特性及矩阵模型的求解过程,通过矩阵属性变换可以方便、快捷地生成机械系统多个原理方案;结合体重秤的公理化设计说明行为矩阵模型在概念设计中的应用。 展开更多
关键词 键合图 行为矩阵 公理化设计 功能方法树 概念设计
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附磁压电悬臂梁流致振动俘能特性分析 被引量:19
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作者 曹东兴 马鸿博 张伟 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期1148-1155,共8页
流致振动蕴含巨大的能量,本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动... 流致振动蕴含巨大的能量,本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动附磁压电俘能器的能量函数,利用Hamilton原理建立了流致振动附磁压电俘能器的机电耦合方程;利用数值方法研究详细分析了流速、圆柱绕流体直径和长度、磁间距、磁极和外接电阻等系统参数对压电俘能器振动特性和输出电压的影响.分析结果表明,该型压电俘能器的振动幅值在低流速条件下产生涡激振动,并产生最大的输出电压;磁力可以降低压电俘能器的共振频率并能够拓宽压电俘能器频带带宽,因此,附磁压电俘能器具有相比没有附磁的压电俘能器更适用于低速层流环境;实验结果与数值结果吻合较好,验证了附磁压电悬臂梁流致振动俘能器的理论分析的正确性. 展开更多
关键词 振动能量采集 流致振动 圆柱绕流 压电悬臂梁 磁力
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基于集合原理的产品概念设计过程建模 被引量:3
9
作者 曹东兴 檀润华 +2 位作者 苑彩云 耿磊 朱凝华 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第8期134-139,共6页
概念设计是产品实现过程的关键一步,有效的产品概念设计可以提高质量、减少成本及缩短上市时间,从而可以较准确地满足客户要求,如何实现产品概念设计过程建模,是工程设计领域研究的热点问题。首先,概述概念设计问题的特性,采用集合原理... 概念设计是产品实现过程的关键一步,有效的产品概念设计可以提高质量、减少成本及缩短上市时间,从而可以较准确地满足客户要求,如何实现产品概念设计过程建模,是工程设计领域研究的热点问题。首先,概述概念设计问题的特性,采用集合原理对产品、产品环境及产品结构等进行了表示,并对产品设计中的原型零件、原型组件及联接器等进行了形式化描述。其次建立两类概念设计问题的设计过程模型,通过分析产品设计过程,实现产品概念设计的过程定制。最后结合专用塑盒封切机输送机构设计说明该方法的应用。 展开更多
关键词 机械设计 集合原理 形式化方法 原型产品 概念设计 过程定制
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双稳态屈曲梁压电发电结构非线性动力学分析 被引量:7
10
作者 曹东兴 孙培峰 +2 位作者 姚明辉 胡文华 张伟 《动力学与控制学报》 2016年第6期520-525,共6页
建立了磁场力作用下双稳态屈曲梁发电结构非线性动力学方程,利用Galerkin离散和多尺度方法分别分析了一阶离散和二阶离散系统的非线性动力学特性.分析了系统阻尼、外激励幅值和外激励频率对该发电结构振动特性的影响,获得了频率响应曲线... 建立了磁场力作用下双稳态屈曲梁发电结构非线性动力学方程,利用Galerkin离散和多尺度方法分别分析了一阶离散和二阶离散系统的非线性动力学特性.分析了系统阻尼、外激励幅值和外激励频率对该发电结构振动特性的影响,获得了频率响应曲线;分析了系统在1∶2内共振情况下动力学行为,数值结果表明系统存在倍周期运动和混动运动. 展开更多
关键词 双稳态 屈曲梁 压电发电 非线性动力学
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功率键合图在机械产品概念设计中应用 被引量:4
11
作者 曹东兴 范顺成 +1 位作者 刘力松 檀润华 《机械设计》 CSCD 北大核心 2002年第10期44-47,共4页
分析了机械工程系统的功能关系确立待设计系统的物理变量 ,利用键合图的基础元件建立基本功能转换矩阵 ,根据机械系统中能量传递建立系统矩阵模型 ,采用人工智能技术自动生成功能方法树 ,产生多个机械传动系统设计方案。并结合电动静脉... 分析了机械工程系统的功能关系确立待设计系统的物理变量 ,利用键合图的基础元件建立基本功能转换矩阵 ,根据机械系统中能量传递建立系统矩阵模型 ,采用人工智能技术自动生成功能方法树 ,产生多个机械传动系统设计方案。并结合电动静脉注射器的设计说明其应用。 展开更多
关键词 机械产品 功率键合图 行为矩阵 功能方法树 多方案 概念设计
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一种新型压电俘能器的振动特性分析及性能研究 被引量:6
12
作者 曹东兴 吴鹏 +1 位作者 张伟 姚明辉 《动力学与控制学报》 2015年第4期300-307,共8页
基于压电效应设计了一种包含屈曲梁、质量块和非线性弹簧的新型压电俘能器结构,并对其进行了振动响应分析.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,利用Hamilton原理建立了压电俘能器结构的非线性动力学方程,通过Galerkin离散后数值分析了结构... 基于压电效应设计了一种包含屈曲梁、质量块和非线性弹簧的新型压电俘能器结构,并对其进行了振动响应分析.首先基于Euler-Bernoulli梁理论,利用Hamilton原理建立了压电俘能器结构的非线性动力学方程,通过Galerkin离散后数值分析了结构参数对系统一阶固有频率的影响;进一步利用多尺度法对系统进行摄动分析,研究了系统的稳态幅频特性,数值分析了各系数对幅频响应曲线的影响,结果表明该结构在简谐激励作用下会存在多种跳跃现象;最后数值分析了压电俘能器的发电性能,讨论了激励幅值和初始静挠度对发电电压的影响. 展开更多
关键词 能量采集 屈曲梁-质量-弹簧系统 幅频特性 非线性振动
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采用低剂量扫描条件和低剂量对比剂行128层螺旋CT头颈部动脉成像的可行性研究 被引量:5
13
作者 曹东兴 唐皓 邓克学 《中国临床保健杂志》 CAS 2013年第6期591-593,679,共4页
目的探讨采用低剂量扫描条件和低剂量对比剂进行128层螺旋CT头颈部动脉造影的可行性。方法将100例接受头颈部CT血管造影(CTA)检查的患者随机分为研究组和对照组,管电压、管电流和对比剂用量分别为100 kV、300 mA、50 ml和120 kV、450 mA... 目的探讨采用低剂量扫描条件和低剂量对比剂进行128层螺旋CT头颈部动脉造影的可行性。方法将100例接受头颈部CT血管造影(CTA)检查的患者随机分为研究组和对照组,管电压、管电流和对比剂用量分别为100 kV、300 mA、50 ml和120 kV、450 mA、70 ml,对比分析图像质量、血管强化情况、静脉硬化伪影及辐射剂量、对比剂剂量。结果①除右侧锁骨下动脉外,各主要动脉节段影像评分两组间差异无统计学意义(P>0.05);②研究组CT值高于对照组(P<0.05);③对照组静脉伪影较研究组明显(P<0.05)。④对照组辐射剂量及对比剂用量明显高于研究组(P<0.05)。结论采用低剂量扫描条件和低剂量对比剂进行头颈部128层螺旋CTA可获得较好的图像质量。 展开更多
关键词 体层摄影术 螺旋计算机 脑血管造影术 辐射剂量
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多层螺旋CT引导下经皮肺穿刺活检的扫描技术 被引量:6
14
作者 曹东兴 程涛 《中国临床保健杂志》 CAS 2011年第6期587-589,共3页
目的探讨多层螺旋CT经皮肺穿刺活检的最佳扫描技术的价值和安全性。方法对经CT检查发现的55例肺内占位性病变,在CT引导下穿刺活检的扫描技术进行分析,总结穿刺经验。结果穿刺成功率100%,安全取得活检,病理确诊率达97.4%。结论调整好扫... 目的探讨多层螺旋CT经皮肺穿刺活检的最佳扫描技术的价值和安全性。方法对经CT检查发现的55例肺内占位性病变,在CT引导下穿刺活检的扫描技术进行分析,总结穿刺经验。结果穿刺成功率100%,安全取得活检,病理确诊率达97.4%。结论调整好扫描方法,可大大提高穿刺的成功率,同时确保患者的安全。 展开更多
关键词 体层摄影术 螺旋计算机 活组织检查 针吸 肺疾病
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基于矩阵属性变换的机械传动系统多方案产生 被引量:1
15
作者 曹东兴 檀润华 +3 位作者 段国林 马建红 牛静娟 武继民 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2002年第1期25-28,共4页
通过分析机械工程系统的功能关系确立待设计系统的物理变量 ,利用键合图的基础元件建立基本功能转换矩阵 ,根据机械系统中能量传递建立系统矩阵模型 ,采用矩阵属性变换 ,产生多个机械传动系统设计方案。
关键词 键合图 多方案 转换矩阵 属性变换 机械传动 机械设计
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概念设计中产品功能结构建立 被引量:3
16
作者 曹东兴 檀润华 五星 《机电工程》 CAS 1999年第2期11-14,共4页
分析了产品的设计空间及设计问题关联因素,确立目标树,建立功能结构。并结合实例说明应用。
关键词 概念设计 产品功能结构 喂料设备 物料输送系统
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连通式油气悬架三轴重型车辆模型非线性动力学分析 被引量:1
17
作者 曹东兴 李庆 +2 位作者 胡文华 姚明辉 张伟 《动力学与控制学报》 2016年第4期337-342,共6页
建立了基于连通式油气悬架的三轴重型车辆模型,分别将路面不平度考虑为冲击激励、随机激励和正弦激励,分析了连通式油气悬架的非线性特性对三轴重型车辆振动特性的影响,并分析了连通式油气悬架的抗俯仰性能及抗侧倾性能;将路面不平度考... 建立了基于连通式油气悬架的三轴重型车辆模型,分别将路面不平度考虑为冲击激励、随机激励和正弦激励,分析了连通式油气悬架的非线性特性对三轴重型车辆振动特性的影响,并分析了连通式油气悬架的抗俯仰性能及抗侧倾性能;将路面不平度考虑为正弦激励,以路面不平度激励频率为参数,通过分叉图、波形图、相图以及庞加莱截面分析了正弦激励作用下三轴重型车辆的非线性动力学响应,仿真结果表明系统在不同激励条件下存在周期运动和混沌运动;连通式油气悬架对重型车辆具有较好的抗侧倾和俯仰特性. 展开更多
关键词 连通式油气悬架 多轴 非线性动力学
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磁力增强涡激振动压电俘能器仿真及实验 被引量:1
18
作者 曹东兴 丁相栋 +1 位作者 张伟 姚明辉 《振动.测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2022年第3期530-536,619,共8页
为了提高低流速水流环境的俘能特性,基于涡激振动原理和压电振动能量采集技术,提出一种磁力增强涡激振动俘能器。该俘能器由压电层合悬臂梁、尾端圆柱绕流体和磁铁组成。首先,通过流-固-电耦合有限元仿真,分析了无附加磁力涡激振动压电... 为了提高低流速水流环境的俘能特性,基于涡激振动原理和压电振动能量采集技术,提出一种磁力增强涡激振动俘能器。该俘能器由压电层合悬臂梁、尾端圆柱绕流体和磁铁组成。首先,通过流-固-电耦合有限元仿真,分析了无附加磁力涡激振动压电俘能器的俘能特性,可知其低流速环境下俘能效率较低;其次,搭建流致振动俘能器实验平台,研究了磁力增强俘能器的俘能特性。实验结果表明:在横斥纵吸磁铁布置情况下,压电俘能器结构的固有频率较低,在较低流速下更容易起振,且达到涡激共振所需的流速范围较低;在磁场力的作用下其振动变形较大,输出电压较高,振动频带较宽;当水流流速为0.5 m/s时,磁力增强压电俘能器的输出功率均方根值达到120μW,较无附磁情况的压电俘能器提高了57.8%,这表明横斥纵吸附磁式涡激振动压电俘能器在较低流速流场环境中具有更高的俘能效率。 展开更多
关键词 振动能量采集 涡激振动 流固耦合 磁力增强
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装配建模及其误差分析 被引量:1
19
作者 曹东兴 焦新境 武继民 《河北工业大学学报》 CAS 1999年第2期73-77,共5页
传统的几何建模、特征建模提供了完备的零件几何信息、非几何信息(如公差、表面粗糙度、材料等)的表达方法,但它不能表达和存储装配体组成部件之间的相互关系。装配建模在几何建模和特征建模的基础上,提供了一种集成设计环境来支持... 传统的几何建模、特征建模提供了完备的零件几何信息、非几何信息(如公差、表面粗糙度、材料等)的表达方法,但它不能表达和存储装配体组成部件之间的相互关系。装配建模在几何建模和特征建模的基础上,提供了一种集成设计环境来支持基于功能观点的产品定义。本文首先给出了零件的匹配条件,并根据匹配关系建立产品装配模型,其次分析了影响装配建模的误差因素,并结合实例说明应用。 展开更多
关键词 关系模型 层次模型 装配误差 误差分析 建模
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计算机辅助装配规划中装配顺序配置的产生和选择 被引量:1
20
作者 曹东兴 张振歧 《河北工业大学学报》 CAS 1997年第2期109-114,共6页
根据产品装配图中零件间的装配方式,从理论上探讨了附加何种软约束能限制装配顺序配置的增加,提出对装配顺序配置生成方法选择的原则,采用装配顺序图为用户表示装配顺序配置的结果.
关键词 装配顺序图 计算机辅助装配 自动化装配
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