求解三维装配约束闭环的投影变换方法

为避免直接迭代求解三维装配约束闭环带来的复杂非线性方程组,提出一种投影变换方法求解三维装配设计中的平面约束闭环问题.首先采用等价性分析方法消除伪装配约束闭环,运用无向图块分算法分解装配约束图;然后采用旋量理论将装配约束闭环子图转换为运动副约束图,通过分析运动副的特征参数确定可投影的装配约束闭环,并将其投影变换为二维几何约束系统;最后通过求解二维几何约束系统获得三维装配约束闭环的解.实例结果表明,该方法缩减了迭代求解的规模并降低了约束方程的复杂性,明显地提高了求解的效率和稳定性.     

一类闭环约束的装配约束问题求解

分析了一种可以拆分为等价的开环约束的装配闭环约束问题.给出了等价性的定义,并提出一种该类闭环约束拆分为等价开环约束的方法.首先确定装配几何约束图上的闭环,然后对该闭环利用自由度归约加扰动判定是否从某一条边拆开.该方法能够较好的简化CAD软件中用户添加的装配约束,避免了因闭环约束造成的求解复杂度增加的情况,同时可以更好的表达实际装配的过程.     

三维装配几何约束闭环系统的递归分解方法

由于现有几何约束分解方法无法分解三维装配几何约束闭环系统,故常采用数值迭代方法对其进行求解,但存在效率低、稳定性差等问题.为此,通过分析几何约束闭环图的拓扑结构和串联运动链的结构约束,提出基于串联运动链结构约束等价替换的三维几何约束闭环系统的递归分解方法.该方法通过不断地引入几何约束组合等价替换串联运动链的结构约束,从几何约束闭环系统中分离出可独立求解的子系统,实现几何约束闭环系统的递归分解.该方法可将此前许多必须整体迭代求解的三维几何约束闭环系统分解为一系列可解析求解的2个刚体之间的几何约束系统,明显提高了约束求解的效率和稳定性.最后用实例验证了方法的正确性和有效性.     

基于改进鱼群算法的几何约束求解

几何约束求解是CAD建模中的关键技术。针对求解质量不高和求解速度慢的问题,进行了研究。提出了一种鱼群算法和混沌算法相结合的几何约束求解方法。首先,将CAD模型中的几何约束关系表示为一组代数方程组;然后,利用代数方程组来构造目标函数。将几何约束求解问题转换为目标函数的优化问题。最后,使用混沌算法来改进鱼群算法以寻找目标函数的最优解。实验结果表明：该方法可以有效地解决几何约束问题。     

二维全约束优化算法的研究

从工程实际出发，分析了现有的几何约束求解方法中存在的问题，提出了一种新的二维全约束优化算法。该方法采用自由度优先搜索策略生成有向图，用简单推理和代数方程组综合方法求解，较好地解决了满约束求解和过约束判断问题，大大减少了非线性方程组的规模，使得约束问题的求解得到简化，提高了求解效率。     

与历史无关的三维参数化模型构造方法

针对解析曲面构成的B-rep模型，提出了一种陈述性三维几何约束模型的构造方法．基于位置和姿态自由度解耦思想给出了几何实体的外形描述，借助空间矢量正交或平行条件定义了基本约束单元，并推导出常见工程约束的代数方程．讨论了陈述式约束模型自动构造过程，开发了三维模型变形设计原型系统，并验证该方法的可行性。     

基于有向图的二维约束求解算法研究

针对过约束、几何完全定义状态判定和约束求解效率等问题,提出了基于约束图,利用自由度理论和约束冲突机制,通过反向约束方向平衡约束,进而通过排序进行约束求解的算法。算法采用约束图记录约束和几何的关系;通过约束平衡的方法进行过约束和几何完全定义的判定;采用排序求解方法,将庞大计算问题转化为一组相对简单的计算问题。算法已得到初步应用,对过约束和几何完全定义状态的判定有明显的效果,而且提高了约束求解效率。     

三维几何约束求解的自由度归约算法

三维几何约束求解在装配设计、几何造型和动力学分析等领域有着广泛的应用．在分析基本几何元素间的约束关系对刚体自由度状态影响的基础上,提出刚体自由度的归约算法,以求得满足约束后刚体的自由度状态空间;以刚体自由度状态空间分析为基础,实现对合理约束的推理求解和约束一致性维护,该算法解决了三维几何约束求解中自由度计算问题,同时避免了一些推理求解算法中出现的“组合爆炸”问题．     

闭环多体系统拓扑结构的动态搭建及其自动规则标号

基于将多体系统拓扑结构的形成看作是一个动态搭建过程，本文提出了一个能够由铰与物体之间关联矩阵自动选取切断铰并自动对物体和铰进行规则标号的算法．利用该算法，在建立系统动力学方程过程中可以采用铰坐标但无需人为选定切断铰，从而在很大程度上简化了输人工作有效地避免了很多人工错误．     

三维几何约束系统的等价性分析

针对过约束、完整约束和欠约束三维几何约束系统的求解问题,提出了等价性分析方法.该方法基于三维几何约束系统的内在等价性,充分挖掘几何领域知识,依据拆解约束闭环、缩减约束闭环和析出约束闭环等原则,采用等价约束替换来处理几何约束闭环问题,优化几何约束图的结构,实现几何约束系统的优化分解.最后用多个实例验证了该方法的正确性和有...     

The Fuzzy Neural Network Control Scheme With H∞ Tracking Characteristic of Space Robot System With Dual-arm After Capturing a Spin Spacecraft

In this paper, the dynamic evolution for a dual-arm space robot capturing a spacecraft is studied, the impact effect and the coordinated stabilization control problem for post-impact closed chain system are discussed. At first, the pre-impact dynamic equations of open chain dual-arm space robot are established by Lagrangian approach, and the dynamic equations of a spacecraft are obtained by Newton-Euler method. Based on the results, with the process of integral and simplify, the response of the dual-arm space robot impacted by the spacecraft is analyzed by momentum conservation law and force transfer law. The closed chain system is formed in the post-impact phase. Closed chain constraint equations are obtained by the constraints of closed-loop geometry and kinematics. With the closed chain constraint equations, the composite system dynamic equations are derived. Secondly, the recurrent fuzzy neural network control scheme is designed for calm motion of unstable closed chain system with uncertain system parameter. In order to overcome the effects of uncertain system inertial parameters, the recurrent fuzzy neural network is used to approximate the unknown part, the control method with $\pmb H_{{\infty }}$ tracking characteristic. According to the Lyapunov theory, the global stability is demonstrated. Meanwhile, the weighted minimum-norm theory is introduced to distribute torques guarantee that cooperative operation between manipulators. At last, numerical examples simulate the response of the collision, and the efficiency of the control scheme is verified by the simulation results.      

矩形销孔零件装配策略及几何约束

本文针对典型三维矩形销孔零件装配，提出一种实用，简单的装配策略，并推导出此装配策略销孔所产生接触状态几何约束方程，为三维矩形销孔零件的成功装配提供了理论依据，同时，观察所得到的几何约束方程和实际接触系统的自由度数，可以发现两者在理论上是一致的。     

基于相机空间点约束的机器人工具标定方法

工具标定就是确定工具坐标系相对于机器人末端坐标系的变换矩阵,但传统的解决方案是通过人工示教点约束的方法,为此提出一种基于视觉相机空间的自动工具标定方法。在末端工具上增加特征点如圆环标志,利用相机建立机器人三维空间与相机二维空间之间的关系,通过自动的三维空间视觉定位,实现对圆环标志的中心点的点约束,视觉定位不需要相机的标定等繁琐过程。基于机器人的正运动学和相机空间点约束完成工具中心点(TCP)求解。重复实验的标定误差小于0.05 mm,实验的绝对定位误差小于0.1 mm,验证了基于相机空间定位的工具标定具有较高的可重复性以及可靠性。     

An extended divide-and-conquer algorithm for a generalized class of multibody constraints

An extension to the divide-and-conquer algorithm (DCA) is presented in this paper to model constrained multibody systems. The constraints of interest are those applied to the system due to the inverse dynamics or control laws rather than the kinematically closed loops which have been studied in the literature. These imposed constraints are often expressed in terms of the generalized coordinates and speeds. A set of unknown generalized constraint forces must be considered in the equations of motion to enforce these algebraic constraints. In this paper dynamics of this class of multibody constrained systems is formulated using a Generalized-DCA. In this scheme, introducing dynamically equivalent forcing systems, each generalized constraint force is replaced by its dynamically equivalent spatial constraint force applied from the appropriate parent body to the associated child body at the connecting joint without violating the dynamics of the original system. The handle equations of motion are then formulated considering these dynamically equivalent spatial constraint forces. These equations in the GDCA scheme are used in the assembly and disassembly processes to solve for the states of the system, as well as the generalized constraint forces and/or Lagrange multipliers.     

Direct manipulations of B-spline and NURBS curves

This paper presents a method for the direct manipulations of B-spline and non-uniform rational B-splines (NURBS) curves using geometric constraints. A deformable model is developed to define the deformation energy functional of B-spline and NURBS curves. The finite element method is used to minimize the deformation energy functional and solve for the deformed shape of curves subjected to constraints. This approach results in a set of linear equations for a B-spline curve and a set of non-linear equations for a NURBS curve. A perspective mapping is used to linearize the NURBS formulations. NURBS curves are first mapped from the 3D Cartesian coordinate space to the 4D homogeneous coordinate space, and transformed to 4D B-spline curves. After the manipulation in the 4D homogeneous coordinate space, the modified NURBS curves are then mapped back to the 3D Cartesian coordinate space. The approach is implemented by a prototype program, which is written in C, and runs under WINDOWS. Several examples are presented to demonstrate the capabilities of this approach.     

基于草图交互的个性化服装生成方法

以建立和交互修改三维服装草图为设计手段,提出在三维人体模型上生成三维个性化服装的参数化造型方法．服装草图由2种基本几何元素组成：体现人体围度信息的封闭样条曲线和体现人体在高度方向上曲面形状过渡的不封闭样条曲线．将服装草图约束分为2类4种：一类是体现服装宽松程度的人体与服装曲面之间的间隙约束;另一类是服装几何元素本身之间的共点、共面与对称约束．从人体的特征点出发,通过间隙约束生成服装草图的几何元素;在共点、对称和共面约束下,由服装草图几何元素建立拓扑结构为四边网格的服装草图．服装草图的交互修改是草图约束维护的过程,构建侧视图、正视图、断面图3个视图组成草图修改平台,在平台上交互编辑特征曲线．服装曲面则以三维草图为框架,通过对四边网格双线性Coons曲面插值生成．提供的设计方法使服装的造型变得简洁、灵活．     

面向与历史无关造型的三维约束求解方法研究

以基于历史的造型系统中应用较为成熟的两项技术——特征编码和二维约束求解为基础，基于特征进行三维约束建模，从而打破传统的基于历史造型系统中特征之间的单向依赖关系；然后将三维约束关系映射到二维草图进行处理，简化了问题．该方法在InteSolid 2．0上实现．     

面向集成变量化设计的三维几何约束求解方法

针对集成变量化设计中三维几何约束和装配几何约束的混合建模与求解问题,提出改进的有向图方法.该方法采用几何约束的基本约束表达和几何实体的抽象对偶实体表达,引入定向弧表达实体之间的内在依赖关系建立混合几何约束有向图模型;结合约束有向图的优化处理,实现了几何约束系统的细粒度分解和高效并行求解.最后用实例验证了文中方法的正确性和有效性.