An application of graph theory and nonlinear programming to the kinematic synthesis of mechanisms

In this investigation a systematic “start-from-zero” approach for the design of mechanisms has been described and applied to the creation of an automotive windshield-wiper mechanism. Following specification of the design goals and restrictions, the potentially useful kinematic structures have been generated with the aid of graph theory. A preliminary functional screening of these structures has yielded several potentially useful mechanisms. The type synthesis was followed by dimensional synthesis, formulated as a nonlinear programming problem. Physical design goals and constraints were transformed into the objective and penalty functions and then optimized. The final result was a proportioned potentially optimal mechanism. An alternative approach to the dimensional synthesis of the generated kinematic structures in terms of precision points has been discussed as well. Es wird eind systematische “Anfang aus Nichts” Methode zum Projektieren von Mechanismen beschrieben und angewendt beim Entwerfen von einem Automobilscheibenwischer. Folgend der Specifikation von Designkriterien und Einschränkungen, die möglicherweise nutzbaren kinematischen Strukturen werden generiert mit Hilfe von Graphtheorie. Eine funcktionale Analyse von diesen Strukturen liefert einigen brauchbare Mechanismen. Nach der Typsynthese folgt als ein Nichtlineares-Programmieren Problem aufgestellte Dimensionalsynthese. Die Ziele und Beschränkungen bei diesem Design werden in Ziel- und Penaltyfunktionen transformiert und danach optimiert. Das Endergebnus ist ein dimensionierter optimaler Mechanismus. Die alternative Methode der Dimensionalsynthese durch Precision-Point Synthese wird auch diskutiert.