动态场景下移动机器人视觉SLAM

为实现动态场景下移动机器人自主定位和建图,解决传统视觉里程计方法跟踪效果差及累积误差问题,提升闭环检测的准确性和鲁棒性,提出融合深度学习的同时定位与地图构建方法。采用四叉树算法均匀化特征分布,解决动态场景特征聚集问题;通过优化的目标检测网络识别场景动态语义信息,剔除动态物体对位姿估计的干扰;充分提取场景空间结构信息,结合点特征和线特征实现位姿跟踪及回环检测,构建全局一致的环境地图。TUM数据集和真实场景实验结果表明：改进方法提升了移动机器人定位和建图的准确性和鲁棒性。     

一种基于硬件在环的可重构数控系统验证方法

作为一种开放式控制器,可重构数控(Computer numerical control,CNC)系统充分利用先进的控制技术、硬件产品等有利资源,提高系统功能的自适应性与快速响应能力。针对可重构CNC系统的验证过程复杂、硬件环境依赖性强等特点,采用硬件在环的设计方法,由仿真系统模拟数控机床的加工制造过程。给出面向可重构CNC系统的硬件在环仿真环境设计方法:采用现场总线连接数控系统与仿真环境,满足实时性、动态性等测试要求;建立机床驱动设备的仿真功能单元,完成数控加工指令的控制操作;实现数控机床的加工过程仿真,采用图形方式显示工件的切削成形过程。结合S曲线插补算法以及三轴数控铣床的仿真实例,对可重构CNC系统的加工控制过程进行测试,并且与实际加工样件进行对比分析,说明硬件在环技术在可重构CNC系统测试过程中的可行性与有效性。     

五轴端铣3D刀补中运动突变的处理

五轴联动数控系统执行端铣3D刀具半径补偿功能时,当刀轴矢量与曲面法矢量非常接近时,相邻插补点处的半径补偿矢量会出现转角过大的现象,从而引起机床直线轴的速度突变。在建立切触点到刀心点再到机床轴的传递关系的基础上,分析半径补偿矢量存在奇异解并引起机床轴运动突变的原因。以平底刀为例给出相应的控制算法。通过旋转优化奇异区域内各插补点处半径补偿矢量的位置,消除相邻半径补偿矢量反向的极限现象;通过插值进一步降低速度突变程度,使各轴速度都降至最大允许值以内。与直接使用相邻插补周期的半径补偿矢量进行赋值的方法相比,该算法通用性更高,对突变的处理效果更好。仿真试验证明了该算法的正确性和有效性。     

倾斜旋转轴五轴机床运动学模型的设计

分析两个旋转轴非正交的倾斜旋转轴结构的五轴机床结构,运用机构学理论建立该类型五轴机床机构学模型.以刀具旋转型机床为例,使用齐次坐标变换矩阵和正向运动学分析建立倾斜旋转轴五轴机床的形状创成函数,最后通过逆向运动学求解出NC数据的分析公式,该公式简单且通用性强,为倾斜旋转轴结构的五轴机床的空间运动和坐标变换问题提出了通用的处理方法.     

五轴加工用刀具中心点插补算法的设计与实现

针对数控系统在五轴加工中,只能提供机床坐标系下轴指令编程的问题.基于双转台五轴机床运动学转换关系,综合考虑机床动力学约束和加工路径约束,通过在实时插补中完成工件坐标系下编程指令到机床控制点的转换,来实现五轴加工用刀具中心点插补功能.使得数控系统可以在旋转轴插补的同时,自动对控制点进行实时补偿,确保刀具中心点位于编程轨迹,从而使五轴加工程序能够在不同配置结构的机床上运行,简化加工程序编制,增强程序代码的可读性.     

实现速度平滑过渡的NURBS实时插补算法

在分析机床最大速度、加速度和速度不连续点对实际加工的影响的基础上,设计了一种能够实现速度平滑过渡的NURBS实时插补算法.算法首先进行一次预插补,求出减速过程中超出机床最大加速度以及速度不连续的点,并采用逆求的方法求出减速点.然后在实时插补时根据求出的减速点进行速度规划.仿真实验结果表明,该插补算法能够在保证加工精度的前提下,以较高效率实现速度的平滑过渡.     

五轴机床通用运动学模型的设计

在分析三种典型的五轴机床结构的基础上,运用机构学理论建立一种通用的五轴机床机构学模型,该模型拥有3个平移自由度和4个旋转自由度,同时在工件端和主轴端分别有两个旋转自由度.利用齐次变换矩阵和正向、逆向运动学相结合的方法对模型进行分析,得到五轴NC数据完整的表达式,实现了各种类型的五轴机床NC数据的通用表达,不仅可以将任意坐标系下的刀位数据转换为NC数据,同时实现了任意结构五轴机床之间NC数据的相互转换.该模型的建立不仅使数控系统具备了空间坐标变换的能力,还为开发具有五轴加工功能的高档数控系统打下了统一的空间运动学基础.     

通用和修正D-H法在运动学建模中的应用分析

通用D-H法在机器人运动学标准建模中虽然已被广泛研究和应用,但其存在一个根本缺陷就是,对于两个相邻的平行关节,通用D-H法得到的齐次变换矩阵将是一个奇异矩阵,不能得到正确的模型,这样便无法对这部分关节运动进行正确的运动分析.而修正的D-H法是正对通用D-H所存在的缺陷进行了改进,保证了模型准确性.本文研究了通用的运动学建模方法D-H法和该方法的应用缺陷,以及修正的D-H法对通用D-H法存在的缺陷进行的改进,并对修正的D-H法在自由度串联机器人正逆运动学中建立模型的正确性进行了验证.     

高速重载铁路货车轮轴智能检测系统的研究

针对铁路货车在高速重载行车状态下的轮轴智能检测和轴承故障难以诊断问题,研究设计了一种高速重载铁路货车轮轴智能检测系统。通过构建系统的软件和硬件结构模型,制定通信指令集的编码和解码规则,设计智能化指令调度策略,编写专家控制产生式规则。同时采用基于有限脉冲响应-经验模态分解(FIR-EMD)和改进支持向量机(SVM)的铁路轴承故障诊断方法,实现铁路轴承故障有效分类。提出一种高速重载轮轴检测领域中可编程的智能化测控方法,能够对现场设备的控制程序进行重构和功能扩展。实验测试及结果表明,该系统设备的设计满足铁路货车轮轴高速度、大重载、智能化检测的需求。     

五轴联动数控加工中的微小程序段插补方法

针对五轴联动数控系统在加工微小程序段时频繁启动/停止导致机床产生剧烈振动的问题,提出一种五坐标微小程序段插补方法.该方法能够对多个微小程序段进行统一加减速处理,在保证加工精度的同时,实现对微小程序段的连续加工.五轴联动数控系统上的仿真实验结果表明该方法减少了加工微小程序段时的加减速频率,提高了加工速度.