基于共形映射的自由曲面工件智能化夹具设计方法的研究

本研究项目利用共形映射具有保持角度不变而不必保持曲面第一基本形式的特点，以实现自由曲面工件智能化夹具设计为研究目标，提出基于共形映射的夹具设计方法。在基于共形映射的分类技术和非刚体匹配算法的基础上，定义自由曲面工件的几何特征，并结合工艺要求、加工特征、功能要求等，提出自由曲面工件夹具设计类似性的综合评价方法，同时建立形位和形变参数耦合的高精度夹具定位模型，提出以范例推理为主多种智能方法相结合的夹具设计方法，最终形成一套完整的针对自由曲面工件的智能化夹具设计系统。研究结果对于非刚体匹配算法、自由曲面几何特征的定义、夹具类似性的定量评估、高精度夹具定位模型的建立具有重要的理论意义和工程应用价值，对于智能化夹具系统的发展和完善将产生积极的促进作用。另一方面，也将推动相关领域学科的发展，如自由曲面的几何误差评定和对任意形状物体的自动抓取规划提供了有效的解决思路。

本项目围绕复杂几何特征工件的智能化夹具设计的一系列问题，深入研究了高精度夹具定位分析方法，在统一的有向距离函数理论框架下构建了3种高精度夹具定位分析模型，分析了3种模型的统计特征，揭示了不同模型之间的相对误差与源误差之间的关系，提出了在确定相对误差水平（即保证夹具定位分析的精度）前提下3种夹具定位分析模型的选择方法。针对夹具设计过程受多因素综合影响的问题，结合工艺要求、加工特点、功能要求，采用UML语言描述夹具设计案例，实现了信息的模块化、结构化存储，定义了综合的夹具设计案例相似度度量，并提出了2种夹具设计案例检索方法，即基于约束特征的最大相容表法和基于约束特征的回溯检索算法，实现了夹具设计案例的自动检索；探讨了候选定位特征以及拓扑关系的识别算法和特殊加工特征的加工正方向判定算法，依据加工正方向实现候选定位特征自动提取和推理，针对夹具规划提出了基于层次分析法的候选定位基准排序优化方法，基于标准离差法和隶属度理论实现了层次分析法中判断矩阵构造过程由定性经验比较向定量计算的转变，避免了定位基准影响因素重要性对比以及权重确定过程中经验依耐性的影响，从而推理出最优定位方案，项目最终形成了一套完整的智能化夹具设计软件系统。项目开展以来，已发表/录用期刊论文6篇，其中2篇SCI检索，5篇EI检索/待检索，申请软件著作权1项。