三维物体的准最小包围盒快速求解方法

针对现有求解精确三维物体最小包围盒算法的时间复杂度过高这一问题,提出一种基于物体表面采样点集的准最小包围盒快速求解方法。该方法首先提出一种增量式聚类简化算法对物体表面采样点集的非特征区域进行大幅简化,并将简化后点集的精确最小包围盒作为求解原始采样点集准最小包围盒的定位空间,以该空间下的最小轴向包围盒作为原始三维物体的准最小包围盒。试验结果表明,在满足求解精度要求的前提下,该方法与采样点集的精确最小包围盒求解方法相比,其计算效率提高90%左右,与基于遗传算法的求解方法相比,其计算效率最大可提高30%。     

基于数控机床特性的碰撞检测算法研究

针对五轴数控加工过程中的碰撞检测问题,提出基于倾斜度包围盒分类选择法,传统的包围盒选择只是选择单一或者两种的包围盒,不能根据机床部件的特性针对性的构建包围盒。文章根据加工过程中各轴的运动状态实时的选择构建紧凑的包围盒,并通过紧密率来验证包围盒是否满足要求。在精确检测阶段,为避免分离轴定理的盲目性,提出选择包围盒的最近平面,通过包围盒与最近平面的位置关系来判断两模型是否相交,以提高检测效率。通过实例表明:相比于无包围盒碰撞检测本算法效率提升160%,与均采用OBB包围盒层次树来进行碰撞检测本算法检测效率提升40%,验证了算法的可行性。     

冲压模具非标锻件备料尺寸的快速计算方法

为了提高冲压模具设计时计算非标锻件备料尺寸的效率,提出了一种冲压模具非标锻件备料尺寸的快速计算方法。将三维锻件模型的表面离散为三维点阵,利用Quick Hull算法计算三维离散点阵的最小凸包;以凸包的各表面为基准,通过投影和二维凸包算法计算包容盒,通过比较获得最小的三维包容盒尺寸。该算法计算的包容盒虽然不是锻件几何体在理论上的最小包容盒,但针对这类非标锻件来说,其计算精度和计算效率能够满足冲压模具结构设计时的备料需要。     

基于混合包络矩形的复杂轮廓激光切割路径规划

复杂轮廓的钣金激光切割路径规划是集成化激光切割系统中的关键问题之一,在依次优先满足嵌套图形先内后外的顺序切割、空走行程不经过已切割区域、尽可能不跨区域切割的工艺要求下,建立以路径规划时间和空走行程最短为目标的优化模型。在规划算法设计和实现上,首先对复杂轮廓进行预处理,计算每个轮廓的最小外接包络矩形;然后,利用遗传算法、复杂轮廓原边界角点与包络矩形边界角点的位置关系,进行激光切割路径的初步和精细规划;最后,通过该算法实现对钣金切割案例的精细路径规划,规划结果表明,该算法具有规划速度快、规划路径短和算法稳定性高的特点。     

基于最小包围盒的三维模型的配准技术

提出了一种以三维模型为基础的数据点配准方法。本方法利用扫描数据生成三角网格模型,首先应用单纯形优化算法生成三维模型的最小包围盒,然后通过坐标变换实现CAD模型与三角网格模型上数据点的粗配准,最后通过ICP（迭代最近点法）算法实现精配准。     

虚拟装配环境中的一种碰撞干涉检测方法

提出了在虚拟装配过程中零件与装配体碰撞干涉检测的一种方法。用投影轴算法检测出装配对象的碰撞,用坐标跟踪检测方法确定干涉余量值,并用连续包围盒对复杂和不规则的模型进行分割,通过这三种方法的配合使用,虚拟装配系统对干涉体进行了有效的、实时的、精确的检测。     

基于DirectX SDK 开发平台的虚拟装配碰撞检测

针对各企业采用的软件类型差异,提出了基于DirectX SDK的远程协同设计模型,用X文件作为虚拟装配统一的数据交换格式.根据X文件对三维模型数据的存储方式并结合AABB包围盒的检测算法原理,建立了以轴向投影节点为单元的包围盒二叉排序树,用中序遍历的方法,产生轴向检测表,提高了检测速度.在精确判断过程中,提出了以坐标系变换的方式,把三角形的空间求交问题简化为平面问题,简化了算法并提高了检测速度.     

基于最小条件法的无基准平面曲线轮廓度误差的精确评定

提出一种新的最小条件法。用坐标轮换法将最小条件法的目标函数多维无约束优化转化为一维优化,然后用进退法确定搜索区间,最后以黄金分割法进行一维寻优。辅以MATLAB软件完成了无基准任意位置平面曲线轮廓度误差的快速精确评定,并设计人机交互界面实现评定结果可视化。最后通过算例证明算法的可靠性。     

基于最小外接矩形和Hough变换的定位算法

为了实现表面贴装生产线中,视觉机器人适应工件位置变化,自动校正抓取位置,提出了基于最小外接矩形和Hough变换的定位算法。对工件图像进行预处理,分割出目标并增强目标特征;采用格雷厄姆法和凸壳边界旋转法求解目标轮廓的最小外接矩形,引入矩形区域宽高比和最小面积以筛选出目标轮廓的外接矩形,结合图像矩获取中心坐标;分别采用Hough法和主轴法计算目标旋转角度及其偏移量,并进行矢量校正实现精确定位目标。仿真实验结果表明,算法的定位误差不超过0.5 mm, Hough法角度误差不超过0.2°,主轴法角度误差不超过0.5°,满足定位精度要求,Hough法比主轴法计算精度高且计算时间缩短了约35%。最后,经实际生产验证,证实了该方法的有效性。     

激光快速成型矩形分区扫描算法的实现

将图形显示中的裁剪算法引入到激光快速成型分区扫描中,利用其算法原理,实现了对复杂截面轮廓的矩形分区扫描.介绍了该分区扫描算法的总体思路;论述了对成型件的截面轮廓进行矩形分区的方法、步骤和关键技术.该算法具有算法简单,易于规划且加工效率高等优点.     

数控渐进成形板料尺寸自动确定方法研究

在板材数控渐进成形中,为满足节省材料、降低成形加工载荷的要求,提出了基于STL(Sterolithography)模型的数控渐进成形板料尺寸自动确定方法。利用板材件底面边界多边形的最小矩形包围盒确定了板料的长、宽;根据板材件厚度的正弦减薄规律确定了板料的厚度,并生成了板材件厚度分布颜色云图。通过对不同形状的板材件比较分析表明,本方法较传统方法能够节省板料9.4%~23.5%。基于有限元分析的数字模拟结果表明,采用本方法确定的板料尺寸完全可以加工成形出预期的板材件。     

基于点云的复杂三维模型特征参数提取研究

着眼于通过采集到的三维点云数据来计算实体的特征参数,提出了一种基于横截面变化的自适应分层方法将点云模型分割切片,采用基于Delaunay三角化的曲线重建算法来将切片截面重构出轮廓线;提出了高精度的轮廓参数计算方法来识别和处理多轮廓截面,提取切片截面的面积和质心坐标,并累积计算出三维模型整体的特征参数。以汽车发动机曲轴的动平衡参数计算为实例,验证了算法的精确性和高效性,自适应分层算法在计算效率上的提升超过12%,最终各项参数的计算误差都在2%以内。     

基于包围盒的机器人抛光轨迹生成研究

为了解决模具自由曲面抛光过程中人工劳动强度大、效率低的问题,文章提出了一种基于包围盒思想的抛光轨迹生成方法.采用包围盒思想,在对模具最小框架定位的基础上,引入机床表面铣削的行切法,并对其进行改进,最终生成抛光加工轨迹.其中包围盒的思想可以根据待加工模具的基本轮廓形状来生成轨迹,目标性强,大大简化编程计算量,改进的轨迹生成方法解决了两条相邻轨迹间重叠或漏空的问题,仿真实验结果与实际加工相符,表明该方法简单有效、适用可靠.     

无基准平面抛物线轮廓度误差的可视化精确评定

采用最小二乘法、最小外接(最大内接)抛物线法确定拟合抛物线的最佳配型,利用MATLAB强大的数学功能解决点到平面自由曲线法向距离的计算,从而完成了无基准平面任意位置抛物线轮廓度误差的快速精确评定,并设计人机交互界面实现评定结果可视化,最后通过算例证明算法的可靠性。     

基于梯度矢量流的柔顺机构拓扑图轮廓提取方法

提出一种基于梯度矢量流模型的柔顺机构拓扑图的轮廓提取方法。该方法首先通过密度再分配求出单元节点密度,然后,利用差分方法计算出单元节点密度的梯度,之后,相继求出节点的外能、传统外力和梯度矢量流。在模型演化过程中,利用双线性插值算法求出任意点的GVF,同时,针对拓扑图的孔所处的不同位置,给出了不同的初始模型及相应的模型演化方法,实现了柔顺机构拓扑图轮廓的自动提取。最后,数值算例表明了文中算法的可行性。     

基于尖锐边界等值面填充算法的型壳有限元网格自动划分

在熔模铸造的模拟过程中,型壳网格的质量对于模拟金属模型的成形形状、成形性能、内部缺陷等都有很大影响。近来比较引人注目的网格划分算法当属Labelle and Shewchuk的等值面填充算法。本文基于改进的等值面填充算法,替换填充包围盒的晶格和采用特征匹配技术来提高单元网格质量,从而可以快速高效地划分出任意复杂模型的型壳,这对于保证和提高熔模铸造充型凝固模拟的准确度具有重要意义。     

超塑性自由胀形的双目立体视觉测量研究

超塑性自由胀形实验中准确测量胀形件轮廓曲面以及曲面上各点的变形是建立超塑性自由胀形解析理论的重要基础.本工作依据自由胀形件轮廓为轴对称旋转曲面这一重要特征,将曲面测量问题转化为曲面上特征点的测量,采用双目立体视觉系统测量特征点的三维坐标,并进行曲线拟合以确定其轮廓曲面,计算几何参数,通过分析轮廓曲面上特征点位置变化以及两相邻特征点之间间距的变化来测量应变.介绍了双目立体视觉系统的组成和测量方法,以及系统模型、标定方法、消除高温影响和图像处理等关键环节,给出了胀形件几何参数和变形测量的方法,进行了测量实验.     

由彩色3D打印路径实现乐高模型体素化

介绍了一种从3D彩色打印轨迹转换为大型乐高模型体素化的算法。首先,考虑三维模型的颜色可能非常多,但并不是任何颜色乐高颗粒都能提供,因此对乐高模型的颜色进行精简。其次,由路径穿过乐高单元块所包围的面积及单元块内的路径长度,确定单元块的有效位置及颜色。进而,通过角度判断方法,对层与层之间的空隙进行填充,以实现乐高模型体素化的"水密性"特征。最后,提供复杂的模型来证明所提方法的有效性:与传统体素法相比,所提出的算法仅消耗接近20%的计算时间。所提出的方法突破了传统体素法需要在模型上采样大量点进行颜色计算,且模型内外结构的判断存在计算量大等缺陷,仅通过彩色打印轨迹就实现了模型体素化的快速转换,针对大型模型的快速体素化需求具有良好的应用前景。     

SSD深度学习算法在机械手抓取系统中的应用

针对机械手在半结构化环境中出现抓取物堆叠等情况,造成抓取准确率较低的问题,文章提出了深度学习SSD算法,以提升多物件抓取的效能。针对三种不同的物件样本进行训练,首先SSD神经网络算法进行物件种类辨识,产生边界框包围物件在影像中的位置;其次,根据物件轮廓特征寻找包围物件的最小矩形,计算物件在影像中的位置坐标;最后完成夹爪配置规划信息,以避免夹爪碰撞到其他的物件,造成夹取失败。实验结果表明,采用SSD神经网络分类器的机械手,对三种物件的夹取成功率平均为93%,能有效避开物件的堆叠与碰撞。     

基于展开轮廓三轴代码转换的轴类零件四轴加工研究

以具备复杂展开轮廓外圆柱面的轴类零件为研究对象，针对复杂展开轮廓外圆柱面四轴数控加工代码生成的不稳定、耗时长及效率低的问题，研究其展开轮廓三轴代码转换四轴代码的方法。基于四轴数控机床结构及运动控制机制，分析UG软件中复杂展开轮廓外圆柱面的数控代码生成方法。研究复杂展开轮廓三轴代码的刀位坐标与四轴代码的数据转换关系，开发轴类零件外圆柱面展开轮廓的四轴代码转换软件。通过UG及所开发代码转换软件，生成轴类零件复杂展开轮廓外圆柱面的四轴数控加工代码，并于Vericut软件中仿真验证。测试结果表明：所研究方法可直接实现轴类零件复杂展开轮廓外圆柱面的四轴数控代码生成，具备稳定性与速度效率的优势。