基于八叉树和方向包围盒的自由曲面加工干涉检查的简化算法

基于分层方向包围盒（OBB）和八叉树空问剖分法,采用分离轴理论,利用离散刀位点间的关联性。针对自由曲面五轴加工的全局干涉问题,给出了一种刀具干涉初步检测的简化算法。应用八叉树的分层结构,只有节点发生干涉,才需要对子节点进行进一步处理。由于刀具路径离散位置的连续性,采用设置缓冲区法来减少需要处理的节点数,从而有效降低了算法的复杂性。     

快速成型中STL模型直接切片新算法研究

提出基于快速成型中STL模型直接切片新算法。读取二进制STL模型信息,创建三角面片矩阵;采用二分查找算法实现三角面片与切平面相交分组;再对每一组中三角面片与相交切平面求其交点获得相交线段,去除相交线段间的冗余节点;最后用深度优先搜索算法对切平面中相交线段优化创建轮廓线路径。此算法避免了切平面与三角面片位置关系的判断和建立三角面片之间拓扑信息关系,在切片耗时上具有明显的优势。     

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。     

自由曲面加工仿真的干涉检测研究

利用UG生成的加工路径上的一系列刀位点,计算两相邻刀位点的中点与曲面之间的距离,根据加工精度的要求,对曲面加工进行干涉检测。这不但满足了加工精度的需要,而且使得干涉检测方法更加简单,有效。最后利用VC 和OpenGL对提出的干涉检测方法编程实现,进行了仿真实验,证实了干涉检测方法的合理性和可行性。     

五轴数控渐进成形中挤压工具姿态的确定

在基于STL模型的五轴数控渐进成形中,为了避免三角面片边界处挤压工具的姿态发生突变现象,提出一种挤压工具姿态确定方法。首先,根据挤压工具头中心点与三角面片的位置关系,将工具头中心点分为位于三角面片顶点、三角面片边和三角面片内部3种类型;然后,对不同类型的工具头中心点,分别采用不同的距离加权算法,计算工具头中心点的法向量;最后,根据工具头中心点的法向量和挤压工具轴相对于工具头中心点法向量的引导角和倾斜角,确定挤压工具姿态。采用VC++和OPENGL完成算法的系统实现。算法应用实例表明,所确定的挤压工具姿态变化平缓,在三角面片的边界处,没有发生挤压工具姿态突变现象,软件运行稳定可靠。     

汽车覆盖件模具软干涉检查方法研究

提出了一种软干涉检查方法,该方法利用碰撞检测中常用的空间分割思想,将实体包围盒空间划分成若干体积相同的空间格,将实体表面剖分成三角面片网格模型,并将三角面片单元映射到各个空间格中,最终只需对相同或相邻空间格内的三角面片对进行软干涉检查。基于该方法在Unigraphics NX平台上开发了一套软干涉检查系统,该系统求解速度快、精度高,可用于快速分析汽车覆盖件模具软干涉问题,提高汽车覆盖件模具的设计效率以及减少设计错误。最后通过实例研究分析了三角面片尺寸与空间格尺寸对计算效率的影响。     

基于坐标分层的STL模型切片算法的研究

在现有STL模型切片算法的基础之上,提出了一种基于STL模型坐标分层算法,该算法在读入STL模型时,据各三角面片面片顶点的Z坐标对其分层,然后据三角面片内部边、顶点之间的拓扑关系在层内进行求交,生成CLI片层文件,输入快速成型机.该算法优化了数据结构,减少了切片时间,提高了切片效率.     

数控加工仿真中自由曲面的碰撞干涉检验

碰撞干涉检验是数控加工仿真的主要目的之一.文章解决了数控加工仿真中的自由曲面碰撞干涉的问题:把碰撞干涉分为四种情况,对其分别提出不同的检验方法,并阐述了具体的解决方案.这些方法对3-5轴数控机床均适用.其中提出的刀具与曲面全局干涉的检查算法解决了求曲面到刀具最小距离的问题,即根据曲面到刀轴最小距离判断刀具是否与曲面发生干涉.     

基于STL模型的数控渐进成形模型姿态确定

针对数控渐进成形中板材件容易破裂、厚度不均问题,提出了一种基于STL(S Tereo Lithography)模型的数控渐进成形件模型姿态确定方法。在根据各三角面片的成形角大小差异对三角面片进行筛选的基础上,利用成形角和成形件厚度的关系,通过定量计算各个三角面片的成形角之差来确定模型绕X轴和Y轴的旋转角度,并调整待成形件模型姿态,进而确保各三角面片的成形角之差最小,从而实现数控渐进成形中板材件厚度的均匀化。算法应用实例表明,模型姿态调整后板材件厚度分布更加均匀且厚度差明显减小,厚度差减小幅度为0.413 mm。     

非球面光学元件加工检测方法的研究

对非球面光学元件加工检测进行了试验和研究,得出了具体的测试方案。在非球面大口径光学元件的精密磨削中,其磨削阶段的检测技术是工件加工的关键。通过对大口径非球面光学元件加工中工件旋转轴（A轴）、砂轮旋转轴（B轴）、工件平移轴（X轴）、砂轮平移轴（Y轴）、砂轮回转轴（C轴）的位置和速度所进行的检测,证明了所使用的检测方法是可靠的,能够顺利地完成对非球面光学元件加工过程的检测,实现了非球面光学元件的精密磨削,满足了设计的要求。     

机器人仿真系统碰撞检测技术研究

为了保证人机安全,需要对机器人作业轨迹进行避碰检查。针对机器人仿真系统中的碰撞检测问题,研究一种基于八叉树结构的层级式三角形面片碰撞检测模型,以包围盒干涉检查作为粗检测,三角形面片相交检测作为精检测。为提高三角形相交检测效率,提出一种基于截距式方程的三角形干涉算法。将三维空间中的三角形映射到二维平面,避免了传统三角形相交检测中标量判别法与矢量判别法的复杂计算。最后在机器人仿真系统中验证了该碰撞检测算法的有效性。     

基于动量观测器和双编码器的协作机器人碰撞检测

为提高协作机器人高速运行时碰撞检测灵敏性，提出一种基于动量观测器和双编码器的碰撞检测方法。基于广义动量的动力学模型构建机器人外力矩观测器；利用双编码器的实时位置偏差和机器人关节传动结构等效柔性特征估计外力矩；设计反应策略实现碰撞后机器人快速停车及能被人工推动。仿真和实验结果表明：在机器人高速运行时，相比传统的基于动量偏差观测器算法，此算法响应时间更短，最大碰撞力更小，提升了高速下碰撞的检测灵敏度，增强了安全防护效果。     

自由曲面参数线加工算法

从工程实际应用出发,提出了一种适合裁剪NURBS曲面加工基于参数线的刀轨生成算法。在曲面的参数线上规划刀位规划,将曲面用三角片离散逼近,利用刀具曲面与三角的几何相关性进行了干涉检查及刀位修正。实践表明,算法速度快、稳定性好。     

超疏水性聚合物表面宏观结构对液滴撞击行为影响∗

超疏水性表面的液滴撞击是普遍存在的现象,研究具有不同尺寸和形状宏观结构的超疏水性表面对液滴撞击行为和接触时间的影响,对于其潜在应用具有重要的理论指导作用。 采用等离子体纳米织构化方法在平整与具有矩形、半圆形和三角形宏观结构的聚乙烯表面上制备超疏水性纳米线结构,通过高速摄像机观察超疏水性聚乙烯表面的液滴撞击行为,分析撞击液滴的形状演变和接触时间变化。 研究表明:超疏水性聚乙烯表面的矩形、半圆形和三角形宏观结构可显著改变液滴的撞击行为,液滴铺展后回缩过程的缩减加速了超疏水性表面液滴的弹离,有效降低了超疏水性表面的固液接触时间。 超疏水性聚乙烯表面的矩形、半圆形和三角形宏观结构尺寸小于液滴直径时,均可造成高速撞击液滴分裂,液滴的分裂回弹导致固液接触时间进一步降低,接触时间最低可达到约 4. 8 ms。 疏水性表面的宏观结构有利于固液接触时间降低,具有宏观结构的疏水表面展现出抗水滴高速撞击的去润湿性能。     

基于改进RRT-Connect的空间操作臂避障路径规划研究

针对传统RRT-Connect算法应用于空间操作臂避障路径规划时,规划路径存在盲目性大、安全性差以及无效路径点多等问题,提出一种改进RRT-Connect算法。该算法结合RRT-Connect算法和Dijkstra算法,首先通过引入双树扩展目标点变更策略、极致贪婪策略以及新的碰撞检测方法提高传统RRT-Connect算法路径搜索效率和安全性;然后利用Dijkstra算法的优化特性去除规划路径中的多余无效节点,达到整体路径规划搜索速度快、路径长度短和安全性高等效果;最后通过MATLAB机器人工具箱进行算法对比仿真实验验证,实验结果表明了该方法的有效性和可行性。     

基于椭球体建模的多机器人碰撞检测方法研究

多机器人协同工作共享的工作空间使得机器人彼此之间存在交互运动,这将不可避免地导致机器人在运动过程中发生碰撞现象,一旦碰撞发生就会造成严重的操作事故,所以碰撞检测是多机器人协作技术中重要的环节之一。针对多机器人碰撞检测问题,主要研究基于离散的碰撞检测,在规划的路径上划分时间步,反复地进行静态碰撞检测,从而完成机器人在运动过程中的碰撞检测。针对基于椭球体建模的多机器人碰撞检测问题,采用椭球体包围机器人连杆、关节等结构,获取空间椭球体间最短距离来判断机器人间是否有碰撞发生。针对椭球体间最短距离的求解,采用基于椭球坐标系的最短距离求解算法,以其中一椭球体中心为原点和椭球的半轴长建立局部椭球坐标系,利用等高面的概念来求解另一椭球体到椭球坐标系原点的最短距离,计算效率更快。对机器人结构参数进行初始化,并提取规划路径的空间位置参数,在路径上划分时间步,在每一个时间步上反复调用碰撞检测算法函数,从而获取机器人运动过程中各个离散点的最短距离,最终得到最短距离变化曲线,进行碰撞检测。并通过一个仿真算例验证了此方法的有效性。