基于恢复系数的碰撞过程模型分析

论述了恢复系数的含义及作用,并在此基础上介绍了几种碰撞过程模型.通过详细推导恢复系数与模型参数之间的关系,使得不同的碰撞过程模型可统一用恢复系数表示能量损失,并用接触刚度表示变形.这也阐明了碰撞过程模型与刚性模型之间的区别和联系,把动态接触理论和古典碰撞理论统一了起来.通过对一个单球碰撞系统进行数值仿真,不仅验证了关系推导的正确性,而且对各种模型从精度、效率、微观接触过程等方面进行了比较.     

某高炮自动机动力学仿真

在对高炮自动机动态性能进行优化时,为了得到高炮发射时自动机的动力学特性,在对自动机结构特点研究分析的基础上,根据设计参数要求,采用UG和ADAMS软件进行了自动机虚拟样机模型建立和动力学响应优化计算.模型中,构件间的接触和碰撞关系全部采用Solid to Solid接触力实现,添加的载荷应用IF函数和SENVAL函数控制.采用传感器与脚本控制仿真过程,对火炮在0度射角射击下三连发时自动机的动力学响应进行了仿真分析,仿真结果为全炮优化设计提供了基础.     

柔性梁线接触碰撞的动力学建模和实验研究

研究作旋转运动的柔性梁的线接触正碰撞问题.基于Goldsmith的线接触撞击力模型,分别用基于小变形的混合坐标法和基于大变形的绝对坐标法建立了柔性梁的动力学方程,考虑了几何非线性效应.在此基础上,进一步考虑非线性阻尼项的影响,将Hunt,Crossley的阻尼模型推广到线接触问题.介绍了柔性梁线接触碰撞的实验方法.计算结果显示,在考虑阻尼的情况下,计算结果与实验结果吻合很好.比较了混合坐标法和绝对坐标法的撞击力计算结果,与实验结果对比表明,绝对坐标法更适用于大变形的撞击问题.     

含间隙同步锥齿轮锁定后的非光滑动力学分析

针对周边环形桁架天线展开锁死后,分析齿轮副间隙由于空间冷—热环境交替对天线所产生的影响.因为整个桁架结构复杂,间隙种类众多,所以文中只研究一对同步直齿锥齿轮锁定后间隙的非光滑动力学行为.文中首先介绍了三种碰撞力模型,即恢复系数模型、Hertz接触力模型和非线性弹簧—阻尼模型,然后对物理模型进行简化得到动力学模型,最后建立了动力学方程.由于动力学方程中存在分段,直接求得解析解难度过大,文中直接采用数值仿真的方法进行分析,从仿真结果中得知含间隙的同步锥齿轮在外力的作用下整个系统会出现单倍周期、倍周期分岔和混沌等复杂的非线性响应.     

基于参数化模型的设计计算服务

针对工程设计中设计者需要学会操作过多的仿真分析软件并需要在具备其它学科专业知识的基础上为设计对象建模的问题,提出了一种让设计者借助网络服务平台完成工程设计计算任务的方法.设计者可以通过服务平台,选择由外部其他专业人员已构建好的参数化设计计算模型,在适当地进行远程外部定制函数链接和模型参数在线设置之后,即时获得服务器远程计算后的仿真计算结果.上述思想方法通过开发计算服务平台提供发动机设计仿真分析服务得到了验证.结果表明,这种服务平台可以为机械领域设计者进行诸多仿真计算工作,大大减轻了设计者的建模工作量,提高了设计工作效率,同时避免了因专业知识不够而无法正确建模的问题.     

基于DSC后推法的非线性系统的鲁棒自适应NN控制

针对一类具有不确定系统函数和方向未知的不确定增益函数的非线性系统, 提出了一种鲁棒自适应神经网络控制算法. 本算法采用RBF神经网络(Radial based function neural network, RBF NN)逼近模型不确定性, 外界干扰和建模误差采用非线性阻尼项进行补偿, 将动态面控制(Dynamic surface control, DSC)与后推方法结合, 消除了反推法的计算膨胀问题, 降低了控制器的复杂性; 尤其是采用Nussbaum函数处理系统中方向未知的不确定虚拟控制增益函数, 不仅可以避免可能存在的控制器奇异值问题, 而且还能使得整个系统的在线学习参数显著减少, 与DSC方法优点结合, 使得控制算法的计算量大为减少, 便于计算机实现. 稳定性分析证明了所得闭环系统是半全局一致最终有界(Semi-global uniformly ultimately bounded, SGUUB)的, 并且跟踪误差可以收敛到原点的一个较小邻域. 最后, 计算机仿真结果表明了本文所提出控制器的有效性.     

迟滞混沌神经网络及应用

提出了一种同时具有迟滞和混沌特性的神经元模型,并利用该模型构造出神经网络,用于求解优化计算等问题.通过在神经元中引入自反馈,使得神经元具有混沌特性.将神经元的激励函数改为具有上升分支和下降分支的迟滞函数,从而将迟滞特性引入神经元和神经网络中.结合模拟退火机制,在优化计算初期,利用混沌特性可提高网络的遍历寻优能力,利用迟滞特性可在一定程度上克服假饱和现象,提高网络的寻优速度:在优化计算末期,网络蜕变为普通的Hopfiled型神经网络,按照梯度寻优方式收敛到某局部最优解.可通过构造能量函数的方法,将图像识别中的特征点匹配等问题转化为优化计算问题,从而可采用该神经网络进行问题求解.仿真结果验证了该方法的有效性.     

共线三球链问题的碰撞动力学研究

共线三球链的碰撞动力学问题能够展示多刚体系统碰撞问题的困难之一：非唯一解的问题.本文建立了三球链碰撞的Hertz接触模型,研究对其求解的数值算法,并用有限元模型（FEM）对其进行验证,研究表明：同线性模型比较,采用Hertz接触力模拟小球之间的接触力更接近有限元计算结果;在Hertz接触模型基础上,分析碰撞过程中接触力的变化过程;研究刚度比和质量比对于碰撞结束后各个小球运动状态的影响,并研究了两种刚体模型下碰撞次序假设成立的条件.     

行波型超声电机基于神经网络的逆模型辨识

行波型超声电机的动态特性受定子压电陶瓷迟滞和接触层非线性摩擦力的影响,表现出复杂的多值映射特征.通过引入动态迟滞逆算子,将存在于超声波电机逆系统中的多值映射在新的扩张输入空间上,转换为一一映射;然后使用神经网络建立超声波电机的逆模型,对迟滞和非线性摩擦力的影响进行补偿.所建立的模型结构简单,可以在线调整适应电机参数的非线性变化.实验仿真结果验证了该方法的有效性.     

土壤碰撞问题的刚-散耦合动力学分析

本文以探测器着陆行星土壤为背景,对土壤碰撞问题进行刚-散耦合动力学建模与仿真分析研究.结合离散元方法和多体动力学方法,对半球壳装置土壤跌落问题进行耦合动力学仿真.通过与实验结果及有限元仿真结果对比,验证所采用离散元方法的有效性.分析了颗粒场中颗粒尺寸、恢复系数、静摩擦系数等参数,对碰撞中物体和颗粒场的碰撞加速度、碰撞持续时间、振动波形等动力学响应的影响.本研究将拓展对刚-散耦合动力学问题的理论认识,为探测器着陆系统的设计提供技术支持.     

Human–robot collision model with effective mass and manipulability for design of a spatial manipulator

As the use of service robots becomes more popular, many solutions to ensure human safety during human–robot collision have been proposed. In this paper, we address one of the most fundamental solutions to design an inherently safe robot manipulator. A collision model is developed to evaluate the collision safety of any spatial manipulator. Most collision studies have focused on collision analysis and safety evaluation, but not on the use of evaluation results to design a safer robot arm. Therefore, we propose a collision model that relates design parameters to collision safety by adopting effective mass and manipulability. The model was then simplified with several assumptions. Furthermore, experimental results from biomechanical literature were employed to describe a human–robot collision. The major advantage of this collision model is that it can be used to systemically determine the design parameters of a robot arm.     

基于DBN的特种车辆前向防撞推理模型

针对特种车辆在动态环境中的前向碰撞风险评估问题,对特种车辆前向碰撞风险的自然因素、驾驶员行为特征等进行研究,并对固定的车辆安全防撞距离阈值进行改进,提出了一种基于动态贝叶斯网络的前向防撞推理模型。该模型将自车与周围环境的位置关系、环境关系、驾驶员行为等因素进行融合,一旦周围环境发生变化,该模型可以及时评估前向风险,并与静态贝叶斯网络的前向推理模型进行对比分析。仿真实验验证了该前向防撞推理模型的可行性和有效性。     

基于约束的刚体碰撞响应仿真研究与应用

为了解决虚拟场景中刚体碰撞与穿透问题,采用了一种基于约束的碰撞响应方法。根据刚体之间的穿透深度和在碰撞点处的相对速度,判定不同的碰撞状态。通过将多刚体碰撞和多点碰撞分割为单个碰撞,以刚体在碰撞点相对速度法向分量构建法向约束,切向分量构建切向摩擦约束。根据不同的碰撞状态以及牛顿恢复系数碰撞模型求取法向误差,并以碰撞点相对速度切向分量作为切向摩擦误差。结合约束与误差,得到碰撞的约束方程,联合刚体的动力学方程,迭代求解,计算碰撞之后刚体的速度,更新刚体的坐标与姿态,并计算刚体顶点在世界坐标系中的坐标。在虚拟矿山场景中进行了应用,仿真效果较好。     

基于拓扑层次图的碰撞检测算法

为了提高虚拟环境中碰撞检测的实时性和精确性,提出了一种基于拓扑层次图的碰撞检测方法。利用拓扑结构的连接关系将模型分割成凸集;然后利用凸集较强的适应性和OBB紧密性好的优点构造包围盒的拓扑层次图,提高了剔除不相交包围盒的效率,减少了检测时间;利用智能搜索算法——改进的A*算法搜索潜在碰撞集(PCS),进一步提高相交检测的速度和准确性。实验表明,该算法具有较高的速度和精度,能够满足复杂虚拟环境碰撞检测实时性和精确性的要求。     

WSN中碰撞时长可变的三时隙P坚持CSMA协议分析

随机多址通信方式是计算机通信研究中不可或缺的一部分,针对传统的P坚持载波侦听多路访问（P-CSMA）协议对无线传感器网络（WSN）系统的传输控制并解决系统的能耗问题,提出了一种在WSN中碰撞时长可变的三时隙P-CSMA协议。该协议在传统的双时隙P-CSMA协议中加入了碰撞时长b,将系统模型改为三时隙模型,包含信息分组发送成功的时长、发生碰撞的时长以及空闲时长。通过建模分析了该模型下系统的吞吐量、碰撞率以及空闲率,发现通过改变碰撞时长可以降低系统的损耗。相比传统的P-CSMA协议,该协议使系统性能得到了改善,并使得在基于电池模型得到的系统节点的生命时长明显延长。通过分析,得到了本协议的系统仿真流程图。最后通过对比分析各个指标的理论值和仿真值,证明了理论推导的正确性。     

气固两相流中颗粒间碰撞传热进展

稠密气固两相流中,颗粒间的碰撞成为流动、传热过程的重要作用机理,它们对热交换过程有重要的贡献。文章概述了气固两相流中,颗粒间碰撞传热机理的研究现状;评述了欧拉-拉格朗日和欧拉-欧拉模型框架下,颗粒间碰撞传热研究的进展。基于颗粒动力学理论和随机碰撞频率的概念,建立了适用于欧拉-欧拉方法的颗粒间碰撞传热的数学模型。     

3D格斗游戏中碰撞检测技术的研究和实现

认真分析了3D游戏软件制作中动态物体之间的碰撞检测方法,重点讨论了基于骨骼系统和蒙皮技术创建的3D格斗游戏人物模型之间的碰撞检测技术。提出了由骨骼系统创建人物碰撞模型,并基于新的碰撞模型实现了碰撞检测方法。实验和分析均表明,该方法在碰撞检测中便于确定人物身体部位且效率高,有很好的理论意义和应用推广价值。     

Collision detection algorithm robust to model uncertainty

With the widespread use of service robots, safety issues regarding human-robot collisions have received increasing attention. The collision detection algorithm, which allows a robot to effectively detect and react against a collision, is considered as one of the most practical solutions for ensuring collision safety. However, these algorithms are often model-based, so it cannot ensure collision safety under payload variations or model uncertainty. In this paper, a novel collision detection algorithm based on torque filtering is proposed to cope with this problem. The torque due to the motion of the robot can be effectively removed using the Butterworth 2nd-order BPF (band pass filter) so that only the torque due to a collision is used for collision detection. This improves the robustness of the algorithm against model uncertainties. The proposed algorithm does not require the use of acceleration data. The performance of the algorithm was experimentally verified.     

ADS-B信息的球状模型飞行冲突探测算法

随着空中飞行流量日趋增大,飞行器自由飞行过程中发生碰撞的可能性也越来越大,针对飞行器周围空域进行合理划分,给出了一种基于ADS-B信息的球状模型飞行冲突探测算法.该算法结合ADS-B的原理和特点,运用球状模型取代圆柱体模型对飞行器周围空域进行建模,然后进行冲突目标初选,对可能发生冲突飞行器的位置、航迹交叉点、距离进行计算并预估到达时间,与门限值比较判断能否发生碰撞,最后,对算法进行仿真.结果验证:算法能够更准确并且快速地完成冲突探测,并对驾驶员发出冲突告警,对防止飞行冲突的发生具有积极作用.