基于Gear预估校正法的NURBS曲线插补算法研究

针对传统NURBS曲线插补方法中的实时性差和速度进给波动大等缺点,提出了一种基于Gear预估校正法的新型NURBS曲线插补算法。算法首先采用Gear线性多步法进行精确的参数值预估,再采用预处理矩阵法求出预估步长,然后根据自适应速度规划求出的理想步长进行参数值迭代校正。仿真结果表明,该算法简化了参数插补的计算,保证了插补的实时性;同时提高了插补精度,在控制速度波动方面具有较好的表现。     

NURBS曲线新S型加减速反向寻优插补算法研究

NURBS曲线的弧长与参数之间无精确的解析关系,导致基于S型加减速进行插补时,曲线长度计算和减速点的预测十分困难,为此提出了新S型反向寻优插补算法。首先建立新S型加减速模型,将分段后的曲线逐段取出,利用新S型算法进行速度规划。接着对速度敏感点进行校正,并反向插补寻找减速点。通过插补实例证明,该算法适应性、实时性较好,能够满足高速高精度数控加工的要求。     

基于曲线长度自调整速度方程的非均匀有理B样条插补算法

针对非均匀有理B样条(NURBS)曲线加工过程中速度规划复杂、效率低以及机床震颤剧烈的问题,提出一种高效规划进给速度的NURBS插补算法。预处理过程计算出待加工NURBS曲线插补参数及误差速度,根据误差速度曲线分析加工路径的加减速情况,并基于加/减速区间长度自动调整三次多项式速度方程,实现平滑的速度与加速度曲线;实时插补过程采用基于Adams-Moulton方法计算初始参数,然后采用二分法对参数进行寻优,将插补过程中速度波动控制到加工要求精度范围内,从而降低机床的振动。通过MATLAB仿真,验证了所提算法加减速规划的高效性和参数计算的精确性,表明该算法在复杂曲线曲面加工领域可以提高机床加工效率与精度。     

基于de Boor算法的NURBS曲线自适应插补研究

在现代数控加工中已普遍使用NURBS曲线插补,但大多数NURBS曲线插补都致力于取得恒定的进给速度而不是轮廓精度,对此,提出了基于de Boor算法的NURBS自适应插补算法.将de Boor算法应用于NURBS曲线插补中,并用限定弓高误差对插补的进给速度实行自适应调节,实现了数控加工中进给速度的平滑过渡,减少速度急剧变化时对机床的冲击,保证了NURBS曲线实时插补和轮廓加工的精度.通过仿真证明了这种插补算法的实时性和实际应用的可行性.     

NURBS曲线修正插补算法的研究

NURBS曲线插补参数递推一阶、两阶求解比较复杂,加工误差较大。本文介绍一种NURBS曲线修正的插补算法,该算法不仅满足加工对精度方面的要求,同时也满足实时性的要求。最后,通过在matlab7.0上验证该算法是正确的,符合NURBS曲线插补的要求。     

腰轮转子建模与高速高精度加工研究与分析

建立了腰轮转子数字化实体模型;提出了在腰轮转子加工制造过程中,采用三次NURBS样条曲线插补替代通常的微直线拟合插补;研究了腰轮转子摆线段三次NURBS曲线插补算法;为了解决NURBS曲线自适应速度控制存在的速度冲击问题,采用S曲线加减速控制策略重新规划进给速度;应用MATLAB软件模拟摆线段三次NURBS样条曲线插补算法并与微直线拟合插补算法进行了比较;最后在数控机床上对三次NURBS样条曲线插补算法进行了数控加工验证并与微直线拟合插补算法进行了比较,结果证明NURBS样条曲线插补算法具有更快的速度和更高的精度。     

NURBS插补中相邻敏感点区域速度轨迹规划研究

为达到高速高精度加工目的,参数曲线插补成为研究重点,而NURBS曲线以其一般性和普遍性而被广泛研究和应用。在分析了速度轨迹规划方法后,提出了一种考虑NURBS曲线所有敏感点的速度轨迹规划插补算法,通过寻找G~0连续,G~1不连续和G~1连续,G~2不连续的断点以及大曲率的关键点,将曲线分段,继而根据每一曲线段始末点自适应速度进行速度轨迹规划,但是当前插补相邻敏感点区域和下一插补相邻敏感点区域都可能有速度轨迹规划交叉的情况发生,因此提出了整条NURBS曲线的速度轨迹规划方法。仿真结果表明该算法实现了速度和加速度的平滑且满足机床运动学和动力学限定要求。     

辛普森积分法在双NURBS曲线随动插补中的应用

提出一种精确计算插补步长的双NURBS曲线随动插补算法。首先由曲面数控加工的离散刀位数据分别拟合出刀尖点和刀轴点NURBS曲线,并建立两条曲线插补参数间的随动关系模型;然后采用辛普森积分法计算出曲线的总弧长,进行插补运动的加减速规划;再以刀尖点NURBS曲线为基准确定插补参数,采用辛普森法确定各插补周期的进给步长及插补点坐标;最后依据随动关系模型获得刀轴点NURBS曲线对应的插补参数,完成曲面加工刀路规划的刀具位姿插补。仿真实验表明,与同一参数插补法相比,参数随动法可以获得更加稳定的等距效果,便于实时控制插补过程中的刀轴位置和姿态。     

实时快速NURBS直接插补技术

为了解决基于泰勒展开式的NURBS插补算法存在的速度波动问题,提高NURBS插补实时性,深入研究了NURBS曲线直接插补方法。根据插补原理,提出了一种不同于泰勒展开式的插补计算方法,并研究了一种NURBS快速计算方法。在满足插补过程精度要求的前提下,由进给速度直接计算插补点坐标,并采用递推矩阵对NURBS进行快速求值求导计算,有效地减小了速度波动,而且提高了计算速度和插补实时性。仿真结果证明了该方法的可行性和有效性。     

基于Hamming法的新型NURBS曲线插补算法研究

针对零件曲线曲面加工过程中,传统插补方法逼近误差大和速度进给波动大等众多缺点,对NURBS曲线的插补原理、速度规划、插补参数计算等方面进行了研究,对弓高误差、法向加速度、进给加速度过大的情况进行了考虑,提出了一种基于Hamming法的新型NURBS曲线插补算法,对基于Hamming法线性递推得到的参数预估公式进行了具体说明,对基于Lagrange的参数校正机理进行了详细阐述,最后使用Matlab软件对此插补算法进行了实例仿真。研究结果表明,该算法简化了参数插补的计算,保证了插补的实时性;同时提高了插补精度,在限制加速度及速度波动方面具有很好的效果。     

一种计算步行式底盘局部结构载荷的优化方法

为确定步行式底盘局部结构在作业时的最大受力状态,对底盘结构进行强度设计,建立底盘和局部受力结构在作业状态下包含所有位置自由度参数的力学分析模型,提出一种基于响应面法求解底盘局部结构载荷的优化分析模型。用两级优化模型对局部结构的最大受力状态进行优化：第1级优化模型用逐步二次规划法找到局部结构在给定位置参数下的最大受力状态,然后通过正交试验设计构造出局部结构界面最大受力状态与位置参数之间的响应面函数;第2级优化模型用遗传算法求解响应面函数的最大值,并通过二分法不断缩小位置参数的搜索空间,提高响应面函数的逼近水平。研究表明,该优化方法是解决复杂结构系统中多变量优化问题的有效手段,并为步行式机构设计提供理论依据。     

基于光栅投影技术的刀具磨损三维特征提取方法

提出了利用激光光栅投影技术对硬合金刀具磨损图像进行检测的方法。利用采集待测物体栅线图样中未变形区域包含的相位信息,使用最小二乘迭代法将数据拟合,得到了理想参考面相位分布参数。由于不需另外采集实物参考面变形光栅图像,不仅减少了实物参考面的采集步骤,而且不需要对实物参考面相位进行求解。实验表明:该方法利用数控机床换刀间隙进行检测,实现了在线测量。同时,该方法测量磨损区域的最大宽度、最大面积、磨损区域的周长、z方向最大深度参数的标准差和相对精度都小于0.01,具有较好的三维形貌轮廓检测精度。     

Inverse kinematics of redundant robot based on VC++

This paper uses a 7-degree-of-freedom(7-DOF)manipulator end-effector to research inverse kinematics solution,Three methods are used and compared,including fixing an angle method,the iteration method and the neutral network method.By comparison,the iteration method is much better because of its high accuracy,fast speed and stabilization,and it does not require calculation of the pseudoinverse of the Jacobian.Thus,this control scheme is well suited for real-time implementation,which is essential if the end-effector trajectory is continuously modified based on sensor’s feedback.Finally,using VC++and Microsoft foundation classes(MFC)to achieve the main machine interface.Through verification,the precision meets the requirements of general control system in real-time implementation.     

基于递归循环的层次化爆炸图自动生成方法

提出以递归循环和深度优先搜索层次化装配序列的策略自动生成复杂产品层次化爆炸图的方法。为使设计结构符合装配规划的要求,设计了可方便定义子装配体和编辑装配树的装配结构重构功能。为避免重复的干涉检测,研究干涉矩阵合成方法,通过对原始装配关系信息的整合,柔性化生成面向层次化结构的装配关系矩阵。为降低大规模序列规划问题的复杂性,将整体规划任务分解为若干个及若干层级子任务,子任务内采用多规则筛选算法,以基于干涉矩阵的几何可行性为前提,并行性、连续性、稳定性和方向性等为优化筛选指标,循环构建序列。提出递归爆炸算法,循环对层次化装配序列进行深度优先搜索,实时计算已爆炸零部件的累积包围盒,从而确定待爆炸零件位移矢量,自动生成间隔均匀有序、结构紧凑且空间层次感强的爆炸图。开发了基于Siemens NX的装配规划系统Auto Assem,以减速器及汽车部件实例验证了方法的有效性。     

面向数控系统可靠性评估的最大熵先验信息解

应用贝叶斯理论对数控系统可靠性评估方法进行研究,提出以最大熵原理求解双参数联合先验分布的方法。利用最大熵原理给出在不同约束条件下威布尔分布双参数联合先验分布的一般解析形式,针对该联合先验分布的具体求解过程,介绍通过应用自助法构造参数再生子样来确定参数矩的方法和利用非线性最小二乘法、结合牛顿迭代法求解联合先验分布中待定系数的方法,引入先验分布稳健性的概念,结合具体数控系统寿命数据,从提高参数矩的阶数和增加参数不等式约束两个方面展开讨论,分别研究这两种改进对先验分布稳健性提升的效果。研究表明基于不等式约束的最大熵二元联合先验分布,能极大地提高先验分布的稳健性,更加适用于数控系统的可靠性评估。     

Adaptive MPC based on MIMO ARX-Laguerre model

This paper proposes a method for synthesizing an adaptive predictive controller using a reduced complexity model. This latter is given by the projection of the ARX model on Laguerre bases. The resulting model is entitled MIMO ARX-Laguerre and it is characterized by an easy recursive representation. The adaptive predictive control law is computed based on multi-step-ahead finite-element predictors, identified directly from experimental input/output data. The model is tuned in each iteration by an online identification algorithms of both model parameters and Laguerre poles. The proposed approach avoids time consuming numerical optimization algorithms associated with most common linear predictive control strategies, which makes it suitable for real-time implementation. The method is used to synthesize and test in numerical simulations adaptive predictive controllers for the CSTR process benchmark.     

液压驱动的多冗余机械臂逆运动学算法

液压驱动的多冗余机械臂用常规方法很难实现实时、精确的自动化控制,提出了一种基于几何理论的数值迭代算法,能快速地求解出多冗余机械臂的运动学逆解,并利用此算法对混凝土泵车的臂架系统进行了模拟仿真,仿真结果表明,此算法符合泵车臂架系统的实时自动化控制。     

风洞上攻角机器人轨迹规划算法研究与实现

为了提高机械臂跟踪目标轨迹的运动速度,对其目标轨迹进行二次规划。该轨迹规划算法通过引入路径参数s,将关节速度、力/力矩等约束转化为关于路径参数的约束,分别求取关节速度与力/力矩约束限制下路径参数s的最大速度曲线,对最大速度曲线求交集,获得多重约束最大速度曲线。采用模糊推理方法对目标轨迹进行离散化处理,减小优化规模;以0值加速度曲线乘以比例系数Kv替代关节力/力矩约束的最大速度曲线,提高算法的计算效率;通过速度特征点算法与修型射靶算法对规划得到的轨迹进行修形,确保修形后的目标轨迹满足关节速度、力/力矩的约束,并且速度曲线光滑。实验表明,该轨迹规划算法对不同复杂程度的目标轨迹都有着较好的规划性能,能够得到连续平滑的时间近似最优轨迹。     

Development of a real-time trajectory generator for NURBS interpolation based on the two-stage interpolation method

This paper deals with the real-time NURBS interpolation method in which the interpolation error between the ideal curve and the interpolated curve is compensated within the machine basic length unit (BLU). Parametric curve interpolation methods are based on the Taylor series expansion of curve parameters and an approximation. This approach enables effective feed command generation following the target curve. However, the interpolation error caused by the curve segmentation cannot be controlled.In this research, a two-stage interpolation method that compensates for interpolation errors within machine BLU is proposed. The interpolation result was filtered by an acceleration/jerk limitation equation. Through this two-stage interpolation, both the interpolation error condition and the motion dynamics can be satisfied.Using computer simulations in which interpolation results are revaluated by a numerical iteration method, it is shown that the two-stage interpolation algorithm can interpolate target curves precisely with geometric and dynamic contentment. The proposed algorithm was implemented in the CNC simulator system and an experimental run was conducted to identify the real-time adaptation.     

Reliability analysis based on the principle of maximum entropy and Dempster–Shafer evidence theory

The Probability density functions (PDFs) of some uncertain parameters are difficult to determine precisely due to insufficient information. Only the varying intervals of such parameters can be obtained. A method of reliability analysis based on the principle of maximum entropy and evidence theory was proposed to address the reliability problems of random and interval parameters. First, the PDFs and cumulative distribution functions of interval parameters were obtained on the basis of the principle of maximum entropy and Dempster–Shafer evidence theory. Second, the normalized means and standard deviations of interval parameters were obtained using the equivalent normalization method. Third, two explicit iteration algorithms of reliability analysis were proposed on the basis of the advanced firstorder and second-moment method to avoid solving the limit state function and obtain the reliability index. Finally, the accuracy and efficiency of the proposed methods were verified through a numerical example and an engineering case.