差速转向复合式探测机器人运动学分析

为便于探测机器人的导航和跟踪控制,提出了差速转向的复合式移动机器人运动学模型的构建及求解方法。通过对差速转向复合式移动系统结构及运动特性进行分析,推导了探测机器人车体速度与后轮及承重轮速度之间的关系矩阵,提出采用Householder变换求解车体运动的方法,为探测机器人越障过程中位置和方位的估计提供了较准确的求解模型。最后对差速转向复合式机器人的行进过程进行仿真试验,验证了运动学模型的正确性及机器人的运动特性。     

机构类型综合设计过程自动求解分析及算法实现

定义了实现运动变换的基本机构元素、集合；应用运动变换矩阵，对类型综合过程进行了描述；建立了便于将基本机构信息转换为数据库中存储形式及分解过程的数据结构；基于建立的数学模型及数据结构，提出了运动变换矩阵分解及自动化求解过程的算法。实现了机械系统类型综合设计的自动化求解，通过一个设计实例验证了算法的可行性及有效性。     

锻造操作机顺应性能评价与优化方法

研究操作机的刚度与顺应性能,基于雅可比矩阵的各时变线性关系项对机构的运动学性能进行分析,构造关节速度与操作空间速度变换项的均方差模型,建立运动性能评价矩阵,其中对角项为各速度变换项相对其平均值的波动程度,反对角项为速度变换的耦合程度,具有明确的物理意义.通过构造操作刚度矩阵各项元素的均方差变换模型,建立关节刚度与操作刚度变换的线性耦合度评价指标.建立Matlab程序计算某型操作机的速度变化和刚度耦合关系的函数曲面,对操作机运动性能和各方向顺应性能进行评价.研究操作机运动学参数的优化模型,计算得到了运动学近似解耦的某型操作机关键几何尺寸和关节位置,基于运动性能指标和顺应性能指标对运动学参数进行评价,对优化机构参数和原操作机参数进行对照.所获得的操作机运动性能和顺应性优化结果为操作机本体结构参数设计提供了一种有效的性能优化和评价方法.     

一种可重构模块化机器人系统的运动学研究

介绍了一种可重构模块化机器人系统,进行了基于指数积法的模块化机器人的运动学研究。采用装配映射矩阵描述模块装配的拓扑结构信息。利用拓扑结构信息和模块坐标系间的齐次变换,获得了各个关节的旋量坐标并自动生成了基于全局指数积法的机器人运动学正解模型。通过对旋量坐标的伴随矩阵变换获得了机器人的空间雅克比矩阵,进而采用速度变换的方法得到了夹爪坐标系相对于空间坐标系的雅克比矩阵。采用Newton-Raphson迭代方法,利用雅克比矩阵的广义逆实现了运动学逆解的求解。并通过仿真实验验证了逆解求解方法的有效性。     

基于状态空间方法的机械运动方案设计的综合求解及算法实现

依据机械运动方案设计的状态空间理论,实现了把串联机械系统的运动方案设计问题转化为对偶矢量的分解,进而转化为状态矩阵的分解,通过组合状态矩阵对应的基本变换单元获得相应的运动方案设计可行解。在此基础上,建立了方案设计的知识库,并转换为相应的数据结构,提出了求解过程中运动的类型方向、变换特征分解及综合求解算法。最后,通过一个设计实例验证了状态空间方法的有效性。     

机构类型综合自动求解分析及知识库系统的建立

提出了一种可计算求解的机构类型综合方法并构建了求解过程中所采用的知识库系统.首先定义了实现运动变换的基本机构元素、集合.其次,应用运动变换矩阵,对类型综合过程进行了描述.建立了知识库系统管理基本机构信息及可行解信息.基于建立的数学模型及知识库系统,提出了自动化求解过程的算法.最后,通过一个设计实例验证了该算法的可行性及有效性.     

概念设计中行为矩阵模型的公理化验证

给出行为矩阵模型及对应元素属性，结合公理化设计的功能独立性和信息量最小公理，对行为矩阵模型进行公理化验证；根据键合图理论研究矩阵属性变换特性及矩阵模型的求解过程，通过矩阵属性变换可以方便、快捷地生成机械系统多个原理方案；结合体重秤的公理化设计说明行为矩阵模型在概念设计中的应用。     

基于解析法的凸轮机构参数化建模与仿真

运用速度瞬心和位移变换矩阵的解析法,计算凸轮廓线的方程,提供了一种简便方法。并基于CAD/CAE软件UG提出了虚拟样机建立的新方法,过程中采用全参数化的方法,实现了变量与模型间的相关性。运用UG的曲线特性分析功能对设计曲线进行分析,还通过运动仿真对设计结果进行分析和验证,为凸轮机构的设计提供了依据。     

用拓扑特性矩阵辨识运动链的同构体及机架变换研究

基于运动链的基本环路及环路中构件、运动副的互相连接关系，建立了描述平面和空间运动链及机构的拓扑特性矩阵，对平面、空间运动链及机构的同构体辨识问题进行了研究。由于拓扑特性矩阵较常用于同构体辨识的邻接矩阵、关联矩阵等矩阵的元素少，而且可以通过比较拓扑特性矩阵的对应行列的元素直接进行同构体的辨识，因此，应用拓扑特性矩阵辨识同构体是更简便和高效的。给出了应用拓扑特性矩阵辨识同构体的方法、步骤及流程图，并给出了较典型的辨识例子（包括空间运动链），证明了该方法的正确性和高效性。同时还应用拓扑特性矩阵对运动链的机架变换问题进行了研究。     

四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用

研究了四元数矩阵在航天相机像面位置求解中的应用.提出了一种功能等同于齐次旋转变换矩阵的改进的四元数变换矩阵,并依据多体系统理论,利用改进的四元数变换矩阵和齐次坐标变换矩阵两种方法推导出了对应于地面景物的两种航天相机的像面位置模型,阐述了利用四元数实时求解的算法来获得各像点的像面位置的实时解的方法.同时对这两种求解方法进行了计算机模拟.结果证明,利用改进的四元数变换矩阵方法的求解速度比利用齐次坐标变换矩阵的方法快一些.     

机械运动方案知识库的建立和机构自动化型综合

用数据标准化技术和组合分类法对概念设计运动行为—结构映射域中的运动行为知识和机构知识进行合理分类,并建立相应的计算机编码和存储原则,使得机械运动方案在求解的初期快速高效地构建满足基本运动特性的初步解集合。然后采用启发式运动行为匹配传播原理和匹配传播真值表进行机构型综合,建立了基于启发式运动行为匹配传播原理的机械运动方案自动化知识库推理系统,通过深度优先搜索策略,按自顶向下的设计流程在4个层次上进行匹配,符合设计者创新思维的规律。如果较高一级的匹配不成功,则自动转为下一等级的匹配。根据匹配传播真值表,运动行为ID中非零元素值(如“2”或“3”)一旦在匹配过程中出现,则一直会传播下去,保留在最终的搜索结果编码中,匹配传播原理的启发式机制将复杂运动需求分解为简单的运动需求后进行求解,从而实现了自顶向下的复杂运动需求的求解。更有利于计算机辅助自动求解过程的实现。最后列举了实例证明方法的实用、可行。     

基于矩阵算式和蚁群算法的元功能链设计方案优化方法*

为解决矩阵算式求解元功能链设计方案过程中缺乏优化工具的问题,提出了一种矩阵算式结合蚁群算法的优化方法。分析了相似性理论,用相似度和广义距离表征两个相邻元件的兼容性;定义了相似度矩阵,并使之与设计方案矩阵关联计算,获得了蕴含元件相似度信息的设计方案矩阵;定义了设计方案的评价模型和基于蚁群算法的优化模型,给出了评价参数、权重以及评价值的计算方法;以元件的评价得分作为信息素,以广义距离作为相邻节点路径的长度,构建了信息素矩阵和概率矩阵;将方案求解问题转化为组合优化的最优路径问题,用蚁群算法直接优化蕴含在设计方案矩阵中的方案,得到了同时满足结构需求、功能需求、评价需求的设计方案。通过某三轴伺服传送机构设计方案优化的实例,验证了方法的有效性。     

基于DSP的空间相机像移速度计算的研究

为了精确匹配地物运动在空间相机像面产生的像移,实现了以WGS-84坐标系下航天器位置向量及速度向量,航天器轨道坐标系下姿态角及姿态角速率作为输入参数的像移速度计算方法。首先,在原有像移速度计算模型的基础上选取了惯性坐标系,降低了求解轨道倾角和降交点经度的复杂性。并通过球面几何的余弦定理直接求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值,避免了原像移速度计算模型中通过判断卫星飞行方向和星下点纬度来求解航天器与降交点相对地心夹角的余弦值的过程。接着,将星下点的经度和纬度与FLASH地址有机的联系在一起,避免了访问高程数据时繁琐的查表过程。然后,通过分析像移速度残差对相机MTF的影响,评估了像移速度计算模型的可行性。最后,在TI的DSP上实现了像移速度计算的整个过程。分析及实验结果表明,像移速度计算残差为1.5‰,引起的相机MTF下降为1％,像移速度计算时间小于2ms。满足空间相机对像移速度的计算精度和计算时间的要求。     

公理设计中关键性耦合设计参数识别方法

应用公理设计进行产品设计时,耦合设计往往会不可避免地出现,针对此问题,提出一种识别关键性耦合设计参数的方法。利用分解操作识别耦合的功能集,采用基于三角模糊数的层次分析法对耦合功能集进行量化;然后基于全微分的方法将设计矩阵转化成基于功能要求的由设计参数构成的设计结构矩阵,对设计结构矩阵进行矩阵分析并提出工作量变换矩阵模型,以判断设计是否收敛并识别最能影响设计迭代的关键性设计参数;最后结合水冷卧式壳管式冷凝器产品的设计实例,对上述方法进行验证,分析表明该方法可以有效识别影响设计反复迭代的关键设计参数和设计模态,快速确定耦合原因的症结所在,从而指导进一步的再设计。     

考虑混合阶次约束和驱动能力的伺服冲压运动设计

伺服冲压运动设计是伺服压力机实施伺服冲压作业的核心技术之一。提出NURBS运动曲线混合阶次插值方法,能任意给定冲压运动关键点上位置、速度或加速度中的一个或多个约束,以同时满足伺服冲压运动精确性和灵活性要求;提出快速生成给定时间的保压段冲压运动曲线算法;给出构造插值方程过程中合理设置切矢模长的取值方法,以避免运动曲线畸变;提出适当改变速度或加速度约束调节运动曲线性能的方法;在此基础上引入板料成形和伺服电动机驱动能力等约束,提出伺服冲压运动设计的一般流程,开发出交互式伺服冲压运动设计软件;以某型汽车翼子板拉深冲压运动设计为例进行了验证。     

The establishment and reasoning of knowledge base system for mechanism kinematic schemes

As one of the key problems of computer-aided conceptual design (CACD) for mechanism kinematic schemes, the effective establishment and management of knowledge base systems of kinematic behaviours and mechanisms is still troubled by information redundancy and unreasonable structure at present. Retrieval efficiency and solving intelligence of knowledge base reasoning systems on the basis of the knowledge classification method mentioned above have many unsatisfactory factors. So in this paper, firstly, data standardization technology and combined classification methods have been applied to carry out the classification of kinematic behaviours and mechanisms in the mapping field between the kinematic behaviour level and the mechanism level of conceptual design. Also, the principle of computer coding and storing have been built to give a fast and broad selection of mechanisms that meets the requirements of basic motion characters. Then on the basis of what was mentioned above, the heuristic matching propagation principle (HMPP) of kinematic behaviours and its truth table serve as a guide to perform mechanism type selections. The knowledge base automatic reasoning system of mechanism kinematic schemes based on HMPP is developed. By means of depth first search strategy, the motion requirements are matched against objects in the knowledge base along the orientation of function unit-mechanism IDfunction unit IDkinematic behaviour ID(output/input)motion type coding/ continuity coding/linearity coding/directionality coding at four different levels of abstraction. Top-down design process in this paper conforms to the law of innovative thinking for designers. If a direct match in a higher level was not discovered, then the design course will be transformed into the match at a low level automatically. According to the truth table of HMPP, once non-zero elements in kinematic behaviour ID (1 or 2) appear in the matching process, they will propagate until the solving process is over, and become one of the coding of the feasible solutions. The heuristic nature of HMPP presents a top-down solving method to decompose the complex requirements into several simpler ones. Different from traditional solving methods, the method presented in our research work has two advantages. Firstly it is easier to be operated and realized with a computer. Secondly, it is a creative process by nature. Finally, an application is given to indicate its practicability and effectiveness.     

基于问答驱动迭代的工程车辆仿真设计方法研究

为了实现基于问答驱动迭代的复杂产品的仿真设计,提出了一种在过程设计中,将制定问题、行为模型、仿真模型和决策依据作为独立对象来建立过程模型的方法。该方法能确保需求规范的属性与预估产品的属性之间的信息粒度级别,并使其达到对象到对象层面的可追溯性。将该方法应用于大型液压挖掘机工作装置铰接点的优化设计,以工作装置的工作范围最大和在挖掘、举升、平推等典型工况下的工作性能最佳为原则,对按照蒙特卡罗方法生成的5120组不同的工作装置铰接点设计方案进行了选优。结果表明,该方法设计的工作装置性能优良,满足设计需求,是进行复杂产品过程建模的一种切实可行的方法。     

飞行器姿态对空间相机像移补偿的影响

为了实现高精度的像移补偿,通过分析飞行器姿态对像移补偿结果的影响,提出空间相机对飞行器姿态精度的要求。首先,根据调制传递函数对像移匹配特性的要求进行分析,确定允许的像移匹配误差。然后,用蒙特卡洛法（即统计试验法）对像移速度误差进行分析和计算。最后,确定满足空间相机像移补偿要求的姿态精度。通过计算得出,满足96级TDI-CCD像移匹配误差要求的飞行器指向精度应优于0.1°,姿态稳定度应优于0.005°/s。方法简单,易于实现,适用于空间相机像移补偿系统的研究。     

基于Laplace变换的瞬态声场质点振速重建方法

在瞬态声场质点振速的重建过程中,基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)的重建公式在零频处存在奇异性,为此提出基于Laplace变换的瞬态声场质点振速重建方法。由于该方法重建公式中的分母为复数,而该复数的实部是一个不为零的常数,因此当频率为零时,分母并不为零,从而可从根本上解决零频处的奇异性问题。以固定在无限大障板上的圆形活塞为数值仿真对象,分别运用上述两种方法对活塞表面的法向质点振速进行重建。重建结果表明当质点振速信号在零频处的能量占信号总能量的比例较小时,运用基于FFT的方法进行重建可获得较满意的重建结果;但当质点振速信号在零频处的能量占信号总能量的比例较大时,运用基于FFT的方法进行重建会产生较大的重建误差,而由于基于Laplace变换的方法解决了零频处的奇异性问题,因此运用该方法进行重建可获得较好的重建结果。