牙齿正畸仿真中碰撞检测问题研究

针对牙齿正畸仿真中的碰撞检测问题,提出了一种快速显示干涉区域并绘制穿透深度色阶图的方法.首先,提出了一种基于OBB树的快速碰撞检测方法,并进一步讨论了基本几何元素间的碰撞检测及模型间交线的求解.然后,利用一环临域搜索算法,快速划分模型.最后,通过基于改进KD树的KNN搜索算法,计算区域内顶点的穿透深度,利用色阶显示深度信息.实验结果表明,碰撞检测满足真实感和实时性要求.     

机器人系统面向对象基于微机的建模和仿真

针对机器人系统,研究了面向对象基于微机的CAD建模和图形仿真的理论和方法,提出了层次模型面向对象的分解分割准则,并用四个树层次表示其层次树结构几何模型。低层为零件树,中间层次为部件树和装置,高层为机器人系统树,基本体是简接组成这一模型的最小单元。最后在微机上实现了基于这一几何模型的快速消隐和实时碰撞检测统一算法。     

基于双视角与半透明颜色叠加的碰撞检测算法

为了在复杂机械产品装配仿真过程中快速进行碰撞检测,提出一种基于双视角与半透明颜色叠加的碰撞检测算法。该算法通过多维显示投影将3D空间中的碰撞检测问题转化为平面像素点的参数判定问题,弥补了传统图像类碰撞检测算法只能识别是否发生碰撞而不能预先求距的不足。算法分为遮挡对象判定、碰撞面遍历和像素求距3个阶段。首先利用半透明颜色叠加算法快速剔除无碰撞可能性的零部件,判定出潜在的遮挡对象;然后利用像素深度值查找潜在的碰撞面对;最后基于横向视角识别可移动的像素点个数,基于像素个数计算碰撞距离。通过实验与分析表明,该算法能够满足虚拟装配系统中碰撞检测的速度要求。     

基于工业机器人动力学模型的差分力矩偏差碰撞检测方法

针对工业机器人的碰撞检测问题,提出一种基于工业机器人动力学模型的差分力矩偏差碰撞检测方法。采用基于惩罚函数的自适应遗传算法计算动力学参数辨识中的最优激励轨迹;采用自适应学习率的单层神经网络实现机器人动力学参数辨识,得到机器人动力学模型;利用该动力学模型和工业机器人自身携带传感器及驱动电流信号等计算预测力矩和实际力矩的力矩偏差,对力矩偏差进行向后一阶差分和向后二阶差分,从而将工业机器人碰撞区分为有意碰撞和无意碰撞,实现机器人碰撞检测并触发相应的避撞机制,避免造成设备及人员损坏。用6R工业机器人进行实物碰撞检测验证,实验结果表明碰撞检测算法能够有效区分无碰撞、无意碰撞和有意碰撞,提高了工业机器人协同作业的安全性。     

基于包围盒的机床碰撞检测系统算法研究

碰撞检测是数控机床防碰撞系统的核心技术,基于包围盒的碰撞检测算法是一种比较有效的碰撞检测算法.介绍了基于OBB层次包围盒算法开发的数控机床碰撞检测系统,并针对机床模型的特点,提出了算法的一种优化方法.     

面向网络的组合夹具虚拟装配技术研究

为了实现网络环境下的组合夹具虚拟装配,构建了具有五层结构的夹具元件层次信息模型,提出了一种基于层次包围盒体树的碰撞检测与装配约束交互匹配的虚拟装配技术。运用二叉树分解法划分模型空间构造层次包围盒,开发了碰撞检测算法,实现了网络环境下夹具元件的干涉检查和穿刺深度计算;通过提取夹具元件功能表面的装配约束特征,交互匹配调整其空间位姿,快速实现元件的精确定位和虚拟装配仿真。开发了组合夹具网络虚拟装配平台,通过实例验证了装配技术的可行性。该方法能满足网络虚拟装配的实时性和交互性要求,为进一步研究组合夹具异地协同组装设计奠定了基础。     

三维紧凑布局设计的碰撞检测算法研究

对三维紧凑布局设计中遇到的有关碰撞检测的问题进行了研究,提出了一种改进的基于边界的碰撞检测算法。算法结合AABB包围盒和基于边界的碰撞检测,在对组件进行数据预处理的基础上,首先利用包围盒快速排除不相交的组件,再用包围盒排除不相交的点和边,缩小需要进一步检测的范围,然后进行精确的相交测试,确定组件是否相交及其相交位置;最后结合组件的拓扑结构和几何关系,计算并确定组件间的碰撞接触类型。通过虚拟仿真证明了该方法的可行性。     

基于改进当前实现树的产品技术冲突确定方法

为解决直接利用发明问题解决理论确定产品技术冲突的困难,提出一种利用约束理论中改进的当前实现树来确定技术冲突的方法.在逻辑推理中引入逻辑正/负相关的概念,识别出当前实现树中技术冲突的存在形式,为后续利用发明问题解决理论工具求解冲突提供了技术支持.提出了一种改进当前实现树构建数据结构的邻接参数矩阵和进行技术冲突深度优先搜索的算法.利用MATLAB用户图形界面模块,实现了技术冲突深度优先搜索算法的可视化操作,并将上述方法及程序应用于紫外光油烟净化机技术冲突问题的确定与求解,获得了较好的效果.通过工程实例验证了所改进的当前实现树模型用于产品创新设计的可行性.     

基于体素有向连通性的深度图像拉伸特征提取

针对深度图像中的拉伸特征,提出一种基于体素连通性和区域生长的提取方法。通过线性八叉树结构建立深度图像数据的体素模型,并改进了体素邻域的搜索算法;利用种子体素特定方向上的连通性进行区域生长;然后对生长点进行判断并提取出拉伸特征数据。文中将该方法应用在液舱深度数据上,并对提取结果进行了讨论。     

求解零空闲流水线调度问题的和声搜索算法

针对以总流经时间和最大完工时间为目标的零空闲流水线调度问题,提出了和声搜索调度算法。该算法利用和声搜索算法的优化机理,采用基于浮点数的编码方式和新设计的和声产生方法,扩展了传统和声搜索算法的求解模型,并结合快速插入邻域局部搜索算法,给出了三种混合求解策略。仿真试验表明,该算法具有高效性和优越性。     

基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划

针对传统移动机械臂运动规划未考虑停靠误差、规划效率低等问题,提出一种基于稀疏节点快速扩展随机树的移动机械臂运动规划方法。研究了停靠误差对移动机械臂运动规划的影响,制定了基于坐标转换的误差补偿措施。针对快速扩展随机树算法在局部空间中过度搜索的问题,改进回归过滤机制,避免了节点重复扩展。考虑边界节点的有效性,提出了随机点边界扩展机制以缩短碰撞检测时间。实验结果表明所提方法提高了运动规划效率。     

基于有序树的产品快速配置设计技术

为更好地支持产品个性化设计,提出了一种基于有序树的产品快速配置设计方法.阐述了模板要素、实例要素和产品配置模板的概念,建立了产品配置有序树模型,并形成了创建产品配置模板的一般步骡;分析了产品配置模型的求解过程,根据其特点建立了产品配置过程有序树模型,并基于此创建了产品配置过程重用方法和三种基本操作;以产品配置模板和产品配置过程模型为基础,分析并建立了产品快速配置设计的一般流程和具体步骤;开发了计算机辅助的基于有序树的产品快速配置设计系统.     

用于干涉检验的八叉树层次球状模型和相应的快速检验算法

提出了一种运动物体干涉碰撞检测的快速算法，在进行物体的干涉碰撞检测时，可将物体用一种八叉树层次球状模型描述。给出了构造八叉树层次球状模型的方法，在八叉树层次球状模型的基础上，对运动物体的干涉检验，只需要对物体表面上的模型节点进行相交测试。而且，由于模型节点代表的是一个球形区域，所以，不管物体怎样运动，测试节点间的相交性只要计算节点间的距离即可。最后，给出一个例子，分析了算法的效率。     

面向并联骨折手术机器人的复位轨迹自动式规划方法

并联骨折手术机器人及其计算机辅助诊疗技术解决了骨折复位手术治疗创伤大、易二次感染的风险，但现有骨折复位轨迹规划方法存在碰撞检测效率低、复位路径长及肌肉牵拉力大等问题，难以实现精准安全的复位治疗。针对此问题，提出一种融合碰撞检测、肌肉力分析和最短路径搜索的骨折复位轨迹自动式规划方法。首先，基于患者的CT影像重建三维骨模型，以患者健侧骨模型为复位参考，获取骨折复位的目标。其次，定义碰撞检测阈值，基于八叉树搜索算法快速查找断骨间的最小距离点，实现断骨碰撞检测。随后，由OpenSim的标准模型通过缩放特征建立个性化骨折肌肉模型，实时获取复位过程的肌肉牵拉力。最后，以骨块无碰撞、肌肉牵拉力最小和路径最短为约束条件，设计A*算法的轨迹搜索节点与估价函数，实现轨迹规划。开展所述方法与交互式轨迹规划方法针对9组胫腓骨骨折的复位轨迹规划对比实验，本方法平均规划时间仅为3.2 s，比交互式方法耗时减小了两个数量级，平均复位路径长度为24.3 mm，减小了36.7%，平均肌肉力是96.4 N，减小了16.2%。结果表明，本方法轨迹规划耗时短、复位效率高且轨迹安全性高，为精准安全骨折复位治疗提供了新思路。     

基于OBB算法和数据手套的模具虚拟装配系统研究

开发了一个基于MFC的半沉浸式模具虚拟装配系统M—VAS,应用OBB算法有效解决了虚拟操作中的碰撞检测、手的穿透防止、抓取释放等关键问题,为克服传统防穿透算法的失真,提出了一种新的基于前向预防的防穿透机制。通过复杂电机壳体模具的装配仿真实验,表明该系统具有较理想的反应速度和操作真实感,为模具的数字化设计与制造提供了一种技术手段。     

基于快速动力学辨识的机器人力/位混合控制碰撞检测研究

针对机器人力/位混合控制时发生异常碰撞所导致的安全问题,提出一种基于快速动力学辨识的碰撞检测方案。首先,建立机器人快速动力学的辨识模型,基于拉格朗日法整理出机器人关节重力矩的最简三角函数回归矩阵,运用连续摩擦模型建模关节摩擦力;然后,采用最小二乘法分别辨识出机器人关节的重力矩最简参数集和连续摩擦模型参数集;最后,为验证提出方法的有效性,设计并完成机器人快速动力学辨识和碰撞检测实验。结果表明:提出的方法能够快速有效地辨识机器人的动力学参数,可实时检测机器人位置控制方向上4 N·m,力控制方向8 N·m以上的异常碰撞,有效保障操作人员和设备的安全,具有一定的工程参考价值。     

面向复杂机械产品的目标选择性拆卸序列规划方法

为提高复杂产品目标选择性拆卸序列规划的效率,基于自底向上的思想,提出一种拆卸混合图和粒子群算法相结合的方法。为了表达产品零部件间的内部约束和拆卸优先关系,建立产品拆卸混合图模型,并推导出可拆卸性约束表达式。基于粒子群优化算法,给出目标选择性拆卸序列规划问题的数学描述和粒子适应度计算公式。利用图深度搜索算法确定拆卸目标位置,并设计目标驱动递归推理法生成可行目标选择性拆卸序列,以此初始化粒子,通过粒子进化,实现了复杂产品目标选择性拆卸序列最优化的快速求解。以一个全自动洗衣机为拆卸实例,用所提方法进行目标选择性拆卸序列规划求解,通过分析试验结果,证明了该方法的有效性和可行性。     

基于扩展特征树的三维CAD模型相似评价

针对现有的三维CAD模型检索算法难以有效捕捉零件中包含的工程语义、无法满足设计重用需求的问题,提出一种基于扩展特征树的三维CAD模型相似评价方法。以三维CAD模型的边界表示为输入,通过交互定义设计特征及自动识别特征间关系的方法建立其扩展特征树;综合扩展特征树及其特征的几何属性表征给定三维CAD模型,并通过非精确的树匹配算法及一种自适应的权重分配方案实现三维CAD模型间的相似评价。理论分析及实验结果表明,该算法能够快速检索到相似的三维CAD模型,其检索结果较好地反映了模型的设计语义,满足设计重用需求。     

电流反馈的机械臂碰撞检测研究

本文以机械臂碰撞检测为研究对象,提出了 一种基于电流变化速度的碰撞检测方法,弥补动力学模型理论电流的碰撞检测方法存在参数辨识过程复杂、对动力学模型精度要求高等缺点.试验发现在机械臂有碰撞的时候会产生电流突变,当电流变化速度大于给定的阈值时就判定有碰撞.通过大量试验发现电机不同转速下电流变化速度的阈值也不同,于是提出电机转速的阈值检测方法,用电机转速拟合关系式计算出电机在不同转速下的阈值,从而判断电机在不同转速下是否存在碰撞.最终的碰撞检测试验结果表明,当碰撞发生时,机械臂可以快速检测到碰撞并做出相应反应,达到预期目标.     

体素连通性的深度图像拉伸特征提取

针对深度图像中的拉伸特征,提出一种基于体素连通性和区域生长的快速提取方法.利用线性八叉树结构建立深度图像数据的体素模型,通过加入八义树编码向栅格编码快速转换算法,改进了体素邻域的搜索效率,使计算时间可减少50%以上.在此基础上,根据种子体素特定方向上的连通性进行区域生长,然后利用阈值对生长结果进行判断并提取出拉伸特征数据.将该方法应用于实际船舶液舱深度数据提取,并对提取结果和阈值选择进行了讨论.实验结果表明,没定对比精度为104mm,提取准确率达到了90%左右,可用于点云切片法进行拉伸重构.