旋转曲面CAD的有理B样条方法

本文给出了旋转曲面CAD的一种有理B样条新方法。只要轮廓曲线用非均匀有理二次B样条曲线来表示,就可相当方便地把旋转曲面表示成非均匀有理双二次B样条曲面。这样做,能把圆柱面、圆锥面、圆环面、球面乃至一 般旋转曲面的程序软件和自由曲面的程序软件都用有理B样条的格式统一处理,对CAD工作是有益的。文中附有旋转曲面和球面的生成实例。     

散乱点云特征面拟合与求交算法

逆向建模的主要目标就是通过曲面重构,向CAD输入NURBS等曲面模型。曲率是曲面的基本信息,采用二次曲面法估算点云曲率,结合曲率法和统计法对点云进行特征型面分割,有效识别了平面、圆柱面和球面等规则曲面。采用最小二乘拟合法求解曲面参数,拟合NURBS曲面,并采用Newton-Raphson迭代法求解面与面的相交线。实验中规则模型的特征面识别率达到100%,复杂规则几何模型的主要特征面能正确识别。实验结果表明该方法在以规则型面为主要特征的零件模型重构应用中的有效性。     

常用曲面的变尺寸三角形网格划分

针对常用的旋转面（包括圆锥面、圆柱面、圆台面、圆环面等）、柱状平扫面的特点,在参数平面内采用统一的数据结构表示,将曲面网格划分问题归结为对参数平面的平面网格划分问题。在对参数平面进行网格划分时,根据网格尺寸要求生成适当的内部结点,然后用Ｄｄｌａｕｎａｙ三角化方法生成变尺寸光滑过渡的高质量形,满足有限元高精度分析计算的需要。     

数控车床上曲面深孔镗削的设计分析

在普及型数控车床标准机的基础上设计了一套曲面深孔镗装置,满足了加工诸如带有内圆柱面、圆锥面、圆弧面、曲面等复杂面的大孔径、深孔工件,扩大了机床的使用范围。     

家具喷涂机器人喷枪轨迹生成分析与研究

根据喷漆机器人自动轨迹生成系统的组成与结构,提出了针对家具喷涂的喷漆机器人喷枪轨迹的设计方案.该方案以使家具表面漆膜厚度差达到最小为设计目标,在喷枪方向及空间路径为已知和未知两种条件下,分别给出了沿指定空间路径和基于自由表面的喷枪最优轨迹的求解方法,以解决喷漆机器人喷枪最优轨迹的规划问题.     

一种船体分段漆料全覆盖的喷涂路径规划方法

针对船体分段规则结构面喷涂不能够满足漆料全覆盖的现状,提出一种基于灰狼算法的船体分段结构面漆料全覆盖的喷涂路径规划方法。首先根据待喷涂结构面范围构建平面喷枪喷涂模型,确定区域全覆盖喷涂路径目标函数,通过灰狼算法求解目标函数获得喷涂间距、速度等关键参数进行仿真喷涂。结果表明,采用规划后的路径进行喷涂能够使漆膜覆盖且不超出整个结构面,同时保证了漆膜厚度平整性,从而有效提高了漆料利用率与喷涂效率,达到改善船体结构面喷涂的目标。     

圆柱面和锥面上数据集的最近邻查询方法

为处理圆柱面和圆锥面上数据集的最近邻查询问题,提出利用Voronoi图进行查询和曲面转换2种解决方法。在圆柱面和锥面上构造Voronoi图,利用Vornoi图进行查询处理。将圆柱面和锥面转换映射为二维有界平面,给出转换规则和查询算法。对2种方法进行实验分析,结果表明,利用Voronoi图的方法适合静态数据集的最近邻查询,曲面转换方法对动态数据集的最近邻查询更有效。     

用圆锥曲面求解几何约束问题

通常大多数三维参数化CAD系统都只用平面和球面作为最基本的作图工具,这在某种程度上限制了三维参数化CAD系统的作图范围.通过引进一类新的作图工具,使得三维参数化CAD系统的作图范围得到扩大. 同时证明了一个三维几何图形可以用平面、球面和圆锥曲面构造出来的充分必要条件是这个三维几何图形可以用一个三角化的次数小于9的代数方程组来描述.通过引进圆锥曲面作为新的作图工具,著名的三维Appolonius作图问题可以被完全求解.     

喷涂机器人喷涂均匀性的规划

提出了一种针对喷涂均匀性的设计方案。介绍了喷涂机器人的喷头数学模型,并根据其数学模型确定了喷涂间距与喷枪到门距离的关系。对比了二次喷涂重叠与三次喷涂重叠的厚度差别,确立使用二次喷涂重叠。针对间距改变时的厚度变化情况,提出了一种后移喷枪使喷涂趋于均匀的轨迹规划方法。同时对喷涂过程中喷枪的参数作了分析与处理,使得物体表面较为简单的实现喷涂均匀。     

一种裁剪规则二次曲面的方法

针对产品设计中经常使用的圆柱面、球面等规则二次曲面，文中采用“标志多边形”的方法实现了在三维空间对这些二次曲面的裁剪，从而使曲面实体布尔运算既可在曲面参数域上完成，也可以在三维空间中完成。     

骨架引导的网格模型圆柱面参数化

针对传统平面参数化不能直接对零亏格封闭模型参数化,而球面参数化较为适用于形态接近于球体模型的问题,定义了一种超圆柱面的参数域表示,并提出一种渐进的超柱面参数化算法,对于形态接近于圆柱或具有单支简单骨架的网格模型能够提供较小的几何形变;基于此,提出一种骨架引导的网格模型圆柱面参数化方法,能够对具有复杂骨架结构的网格模型实现全局参数化,它通过分块参数化由骨架信息得到的网格模型主体和分支,进而将分支圆柱面参数网格配准、优化并拼接至主体参数网格得到无缝的全局参数网格;对于人体和动物等具有明显骨架结构的网格模型,骨架引导的圆柱面参数化具有较小的几何形变.最后给出了实验结果,并展示了圆柱面参数化在约束纹理贴图中的应用.     

规则二次曲面壳密度可变的全四边形网格剖分

本文提出了一种规则二次曲面壳上密度可变的全四边形网格剖分方法。利用二次曲面壳的标准参数方程，在二次曲面块Ｒ与参数平面的一个等参面Ｐ之间建立一种一对一映射关系。根据曲面壳上网格划分的密度要求，先在等参面Ｐ上剖分网格，然后将其精确映射到二次曲面Ｒ上。本方法消除了网格剖分时曲面上极点可能出现的奇异性，实现了二次曲面上的全四边形网格剖分，并可按网格划分的密度要求实现网格的疏密过渡。以球面，圆柱面为例，介绍     

计算机辅助生物心脏瓣膜造型设计

依据心脏解剖学和薄膜理论,以接近或达到人体天然心瓣的性能为目的,将传统设计理论与现代设计方法相结合,提出构建人工生物心脏瓣膜参数化模型的方法．在薄膜应力分析的基础上参考3种瓣叶参考型面,运用Pro／E软件分别创建符合空间几何方程的圆球面、圆柱面和旋转抛物面;然后依次与其对应的倒圆锥面相交,确定边界线和重要点的空间位置,得到一系列较为精确的尺寸参数．通过有限元方法对应力分布分析显示：其结果与理论分析一致,即球面型瓣叶力学性能优于柱面型、抛物面型瓣叶,该结果为生物瓣膜的设计、制作提供了坚实的理论基础．     

基于矩形网格追踪法的曲面主曲率等值线生成算法*

针对自由曲面在展开平面上的主曲率等值线生成问题,提出一种基于矩形网格追踪算法的等值线生成算法。利用面积坐标方法将曲面上的点及其极值曲率映射到优化展开平面上,在展开平面上采用遍历法得出等值点序列;利用矩形网格追踪法将等值点序列划分为连续无交叉的开等值线或连续封闭的闭等值线。最后以直纹面、锥形面和自由曲面为算例分别对算法进行计算验证,并与线性插值三角网格法进行对比。计算结果表明,基于矩形网格追踪的等值线生成算法具有计算速度快、精度高的特点。     

喷涂机器人矩形喷枪建模分析与迷彩图案全覆盖路径规划

针对喷涂机器人迷彩涂装作业过程中边缘混色、圆弧过渡和无法实现多色精细化喷涂的问题，设计了一种具有直角边界、可防过喷的矩形喷枪，建立其涂料沉积模型。喷枪性能实验结果表明，改进后的矩形喷枪涂层厚度均匀，满足数码迷彩喷涂工艺需求。其次，采用角点检测算法提取数码迷彩图案角点坐标，同时以角点坐标为基础，建立数码迷彩图案的平面栅格地图。然后，提出改进的生物激励神经网络（BINN）方法，引入融合数码迷彩喷涂工艺的机器人移动规则，将神经元活性传播方向限定为互相正交的4个方向，以缩小神经元动态激励场景范围，降低其计算复杂度。最后，采用基于矩阵变换的方法，将2维路径映射至车辆模型表面，生成3维迷彩喷涂路径。通过仿真与数码迷彩喷涂实验验证了所提方法的有效性，降低了生物激励神经网络的计算复杂度，解决了机器人喷涂过程中油漆过喷与数码迷彩喷涂路径难以规划的问题。     

基于离线编程技术的喷涂机器人第七轴开发

基于离线编程技术的喷涂机器人轨迹生成已成为喷涂机器人控制方法的发展趋势。通过对现有的六轴机器人轨迹生成方案的分析和研究,提出了在喷涂轨迹设计中增加第七轴的方案。该方案通过改变六轴机器人的运动方式扩展了机器人的可达空间,使其能够完成复杂工件曲面的喷涂。实验结果表明,与传统的六轴机器人轨迹生成方案相比,所提出的方案对于复杂曲面的喷涂效果更好,更适于实际工业应用。     

曲面上旅行商问题的多项式时间近似方案

欧氏旅行商问题(TSP)的多项式时间近似方案(PTAS)结合了递归剖分、动态规划两种方法.相似的技术已成功用于构造多个欧氏组合优化问题的PTAS.为进一步拓展该方法的适用范围,研究曲面上的TSP.观察到球面不像平面那样可以递归正则剖分,对于可被开半球完全覆盖的小尺度球面TSP,采用的策略为将其逆球心射影到一个球内接正方形上,扰动其顶点并构造剖分网格,接着将该网格射影到球面,然后如同平面TSP的PTAS一样进行动态规划等操作.该策略被拓展到非小尺度球面TSP及更一般的一类曲面TSP.需注意的是由于球面、平面之间射影变形的不规则性,无法将球面TSP直接PTAS归约为平面TSP.     

三角网格曲面的球面参数化

提出了一种球面参数化三角网格曲面的方法。结合平面凸参数化和球面参数化,计算出封闭网格的切割线边界,网格边界映射到球面的凸区域边界上。然后分别参数化各子网格,最后将三角网格内部点映射到球面上。并用实例验证了此方法的可行性和有效性。     

空间自由曲面数控加工轨迹的计算方法

现有的数控编程系统和ＣＡＤ／ＣＡＭ软件，往往只能在空间自由曲面上生成球面刀的数控加工轨迹，而实际生产中正逐渐采用非球面刀来替代球面刀完成空间自由曲面的数控加工。本文提出一个在空间自由曲面上计算非球面刀数控加工轨迹的新方法－点涉法，只要已知被加工曲面的参数表达式，就可运用点涉法在该曲面上生成非球面刀的数控加工轨迹。     

采用示教杆的机器人喷涂轨迹生成方法研究

为了解决汽车局部漆面的机器人喷涂轨迹快速获取需求，提出了一种采用示教杆的工业机器人喷涂轨迹生成方法。该方法设计了1∶1复制工业机器人D -H模型参数的示教杆，并建立了基于B样条曲面算法的喷涂轨迹路径点及姿态生成模型。在方法测试中，介绍了喷涂轨迹生成的实验流程，以汽车翼子板和车门为例，采用示教杆进行表面轮廓点获取与路径位姿生成仿真，最后在协作机器人（负载5kg）进行在机运行测试。测试表明，所提出的方法能够快速获得喷涂目标区域轨迹，验证了方法的可行性。