第7期 2017年7月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)07005505
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 07. 013
No.7 Jul.2017
基于梯度矢量流的柔顺机构拓扑图轮廓提取方法
付永清“，张宪民”
（华南理工大学a.设计学院：b.机械与汽车工程学院，广州
510640)
摘要：提出一种基于梯度失量流模型的柔顺机构拓办图的轮廊提取方法。该方法首先通过密度再分配求出单元节点密度，然后，利用差分方法计算出单元节点密度的梯度，之后，相继求出节点的外能、传统外力和梯度失量流。在模型演化过程中，利用双线性插值算法求出任意点的GVF，同时，针对拓扑图的孔所处的不同位置，给出了不同的初始模型及相应的模型演化方法，实现了柔顺机构拓扑图
轮廊的自动提取。最后，数值算例表明了文中算法的可行性。关键词：梯度失量流；柔顺机构；拓扑图轮廊提取
中图分类号：TH112;TG506
文献标识码：A
A Topological Contour Extraction Approach for
Compliant Mechanisms Based on the Griadient Vector Flow
FU Yong-qing",ZHANG Xian-min
( a. School of Design ;b. School of Mechanical and Automotive Engineering, South China University of Tech-nology, Guangzhou 510640, China)
Abstract: Based on the griadient vector flow, a topological contour extraction approach for compliant mechansimsis proposed. Firstly , element node densities are computed by a density redistribution. Then, the grads of node densities are obtained by the difference method. Subsequently, the external energy and tridi-tional enternal force and griadient vector flow. During the evolving process of the model, bilinear interpola-tion is used to calculate the griadient vector flow of a random point, Aiming to different position of holes in the topology , different initialization and evolving methods for the model are developed, So automation con-tour extraction for the topologies of compliant mechanisms is realized. At last, numerical examples are used to confirm the feasibiligy of the proposed approach.
Key words: griadient vector flow;compliant mechansimsis; topological contour extraction
0引言
拓扑图的轮廊提取是柔顺机构拓扑图提取过程中的主要问题之一。现有的拓扑图轮提取的方法，图像解释方法6]、密度轮廊方法[7-1]和几何重构方法[12]，在这三类方法中，大多数都需要手工取点，降低了整个设计过程的速度，因此需要发展一种自动化程度较高的拓扑图轮邮提取方法。文由于拓扑结构形状复杂，其中的孔可能存在于设计域的内部或周边，并且拓扑结构常存在曲率较高的角点，这些都是拓扑图轮廊提取中的难点。此外，基于水平集的拓扑优化方法[13-4]无显式地提取拓扑图轮廊，但是由于这一方法具有初始敏感性、不能生成新孔、计算效率低和难以收敛到不光滑的角点等缺陷，导致不能得到满意的轮廊提取结果。因此，对柔顺机构来说，在拓扑优化到形状优化的综合设计过程中，尽可能地减少人工干预，快
收稿日期：20160918；修回日期：20161029*基金项目：国家自热科学基金（51275174）
速、自动提取出有较高精度边界的拓扑图已变得越来越重要和具有挑战性
在图像处理和计算机视觉等领域，由Kass等人[13]提出的参数活动轮廊模型已经成为图像分制、轮提取和边缘检测等的重要方法。但是，参数活动轮廊模型的局限性在于外力捕捉范围小，因此它对轮廊的初始位置很教感，不同的初始位置可能导致不同的收敛结果，所以，为了得到正确的提取结果，初始模型应放置在所期望的边界附近：该模型的第二个局限性是模型能量函数的表达形式使其难以较好地收敛到图形的回陷区域；此外，模型的参数较多，各参数的选择需要根据实际问题确定。为了克服这些问题，研究人员对活动轮模型及其求解算法进行了改进，使这种方法的应用范围得到很大扩展[16-19]
因此，本文研究了基于梯度失量流模型的案顺机
作者简介：付永清（1968一），女，江西高安人，华南理工大学副教投，博士，研究方向为机构优化设计和拓扑图提取，（E-mail)yqfu@scut.edu.cn。万方数据