变胞机构的基因建模理论与构态进化分析

变胞机构的英文首创是'Metamorphic mechanisms'。这一概念借用了生物学中'Metamorphosis',即变形、变拓扑态、可生长并进化演化。基于这一基本概念,并结合机构的基本杆组组成原理,首次提出变胞机构具有生物特性的组成原理,定义变胞元与变胞基因,并基于变胞基本单元建立变胞机构生物特性结构模型,分析基因进化引导的构型综合思想。通过分析变胞机构的构态转化特点,讨论变胞源机构及生成方法与过程,得出变胞机构构态演变过程生物学进化特性。深入研究变胞机构在变胞进化生长过程中构型要素的转化方式与蜕化方法,建立变胞机构学具有生物演变特征的机构组成原理及进化构态建模理论。在此基础上结合传统基本机构进化生成变胞机构构型给出分析示例,并基于工作阶段子机构之间进化为变胞机构过程中不同的自由度跃迁结果,对变胞源机构的进化计算分别进行讨论。

变胞机构的基因进化综合理论

首次引入生物学原理研究机构综合与设计。提出变胞元素(进化单元),探讨基于变胞元素的变胞机构基因进化机制,建立基于基因进化技术的变胞机构创新设计理论。首先深入分析变胞机构的综合过程与构态进化特点,结合变胞机构的机构组成原理与结构构型建模分析,建立基于变胞元素的变胞机构基因建模方法,以基因模型讨论变胞机构的构态演变与进化。针对提出的变胞进化单元,深入研究底层变胞单元的基因进化机制与规律,主要探讨基因聚合进化机制、主动基因进化机制、基因变异进化机制、基因相交进化机制和基因分离进化机制,建立变胞机构基因设计理论基础与构态自动演变计算方法,实现满足多功能阶段设计需求的变胞源机构多构态模式。计算实例中变胞源机构综合过程验证了基因设计理论的正确性,变胞源机构到具体工作阶段机构的可分离蜕化变胞元素求解过程体现了进化综合理论的有效性。

含环路布局和运动副轴线方位特征的运动链拓扑结构描述

构造一种含环路布局、构件类型、运动副类型和运动副轴线方位信息的运动链的拓扑特征矩阵。构件的类型构成特定的环路布局,运动副的类型及其轴线的方位配置决定运动的状态特征,多副构件是联系环路间的桥梁。以运动链构成的独立环路为基础构建特征矩阵的行数,运动链的构件数目构建特征矩阵的列数;以独立环路的旋向确定构件及其排序;以代表运动副类型的符号或数字表达构件及环路间的连接关系;以同一构件上两个运动副的相对轴线方位描述运动副的方位特征。构造的运动链特征矩阵为(2l+2)×n,而单环运动链为3×n矩阵。实例表明,该特征矩阵可以描述各类运动链,与传统n×n拓扑矩阵相比,结构大大简化,而且拓扑信息量多。该矩阵特别便于由特征矩阵构造对应的机构简图,同时也为计算机辅助运动学和动力学建模提供了一种便捷途径。

几何约束驱动的可重构位移子群建模理论

提出基于位移子群的构态重构理论模型,由此探讨约束驱动的空间变胞运动链连续衍生设计策略。通过结合机构构态含拓扑与功能两方面变化特性分析,定义变胞机构中可重构特性的内涵,并将其封装进变胞结构单元,即变胞单元,依据此构建空间运动链构态特性的约束模型,分别构建构态约束矩阵与构态约束特征图,分析约束驱动生成运动链群的构型思想。具体是通过分析子群元素组合对应的构态变化,讨论约束作用性质与子群组合规律,确定几何约束引导单元的交、并运算规则,得出子群约束模型理论,驱动构态方案变化时对应的约束规则与方案衍生过程。深入研究构态约束图对空间变胞链中的拓扑与功能特征尤其含自由度特征的作用机制及约束操作规则、子群运动子集的组合规律,使得变胞运动链的设计转化为子群构态约束特征中元素的改变问题,由此构建变胞机构的多构态结构模型向约束驱动几何模型映射的建模方法,为变胞运动链群的构型方案自动生成与设计提供理论支持。