A CAD approach for the preliminary design of path generator planar mechanisms: RealisMe
Une approche CAO pour la préconception des mécanismes plans générateurs de trajectoire : RéalisMe
Résumé
This work is concerned by the preliminary design of a particular class of planar linkages, the path generators. Their function is the path described by an effector point. The existing analysis and synthesis tools are more adapted to the detailed than to the preliminary design, so we propose some methods for taking into account more diverse types of specification of the path, especially in terms of form (vs. by a list of points). The plate-form called RealisMe employs two kinematical models. The multipolar systemic model is an extension, in the sense of the systemic theory, of the Assur groups. The qualitative kinematics model generates directly a path as a list of arcs et segments. These two models allow high speed kinematical simulations and furnish useful information for synthesis. The multipolar systemic model is employed in an incremental design methodology for complex linkages. Two dimensional optimization approaches, exact and qualitative, are proposed, using a loop on appropriated kinematic simulations. Finally, we develop two synthesis methods using Case-based Reasoning. A huge number of paths are computed, using simulation, for random chosen dimensions of a linkage. Then, the couple path -- dimensions (called cases), after a coding operation, are saved in the base. The first case-based synthesis method uses a neural network to compute, for a given desired path form, a candidate linkage by an interpolation of closed cases. The form of the path is expressed using harmonic analysis. The neural network contains, in a small amount of data, a large knowledge about the relation between dimensions and paths, for a given linkage structure. The second method uses the qualitative coding of paths, indexed by a qualitative key.
Ce travail porte sur la préconception d'une classe de mécanismes plans à barres articulées, les générateurs de trajectoires, dont la fonction utile est la trajectoire décrite par un point effecteur. Les outils actuellement disponibles sont mieux adaptés à la conception détaillée qu'à la préconception. Nous proposons donc des méthodes d'analyse et de synthèse afin de mieux prendre en compte une plus grande diversité de besoins, notamment pour des spécifications de trajectoire en termes de forme plutôt que classiquement (par des listes de points). La plate-forme de préconception RealisMe utilise deux modèles de cinématique. Le modèle systémique multipolaire est une extension, dans le sens de la théorie des systèmes, de la notion de groupe d'Assur. Le modèle de cinématique qualitative génère directement une trajectoire sous la forme d'arcs et de segments de droite. Ces deux modèles permettent de réaliser des simulations cinématiques très rapides et de fournir des informations utiles en préconception. Le modèle systémique multipolaire est mis à profit dans une méthodologie de conception incrémentale des mécanismes complexes. Nous proposons ensuite deux approches d'optimisation dimensionnelle, exacte et qualitative, par bouclage sur des simulations cinématiques appropriées. Finalement, nous développons deux méthodes de synthèse par capitalisation de cas. Dans ces méthodes, au préalable, un très grand nombre de trajectoires sont calculées, par simulation, pour des jeux de dimensions aléatoires. Ensuite, les cas (couples trajectoire - dimensions), après leur codage, sont stockés dans une base de cas. La première méthode de synthèse par cas utilise un réseau neuronal artificiel pour fournir, à partir d'une forme de trajectoire désirée, un mécanisme candidat par interpolation des cas proches. La forme des trajectoires est modélisée par une analyse harmonique en série de Fourier. Le réseau neuronal permet de stocker en une très faible quantité de données une connaissance étendue sur la relation dimensions-trajectoires, ceci pour une morphologie de mécanisme donnée. La deuxième méthode emploie le codage qualitatif des trajectoires pour stocker dans la même base des trajectoires générées par des mécanismes divers. Afin d'admettre des requêtes complexes, les trajectoires sont indexées selon une clé qualitative.