水轮机叶片的五轴数控加工工艺规划及轨迹优化

针对大型水轮机叶片的五轴联动数控加工要求,制定出适合国内技术条件的工艺规划。提出在计算叶片五轴联动加工刀位时采用等残余高度刀位规划,并考虑三维非线性误差来计算走刀步长的刀位轨迹生成策略。为了避免刀具后跟角干涉的要求,提出根据叶片的曲面性态分析来确定叶片五轴联动加工中的刀轴控制和刀位轨迹优化计算方法。将该方法与CAM软件结合,用于大型混流式和轴流式叶片数控加工,结果表明：该方法既能严格控制加工误差,又要能提高加工效率。     

自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法研究

作为自由曲面加工技术的重点环节,有关自由曲面加工刀具路径轨迹规划算法的研究一直备受关注。因此,本文对多刀具组合算法、等弓高误差变步长算法、等残余高度线算法和样条曲线插补算法这几种较为有效的算法进行了研究,从而提高曲面加工的效率和质量。     

大型叶片五轴联加工的几何误差控制

误差控制和减少加工误差是大型叶片曲面类零件五轴联动数控加工中的重要任务之一.本文基于分析和建立加工曲面的型面几何偏差与加工刀位规划参数的关系,提出几何误差的控制方法.基于刀具与工件的五维包络运动分析,对五轴联动加工中影响较大的的非线性误差进行较为严格的计算,提出自适应步长方法以有效控制刀触点轨迹误差.对五轴联动加工中的残余高度误差进行较为严格的分析,并提出有效控制几何误差的方法和措施.文中的方法结合CAM软件进行刀位轨迹计算,已成功地用于大型轴流式和混流式水轮机叶片五轴联动数控加工中,在满足精度要求下,加工叶片的效率有明显的提高,表明提出的方法和措施能有效控制大型塑曲面加工的几何误差.     

五轴数控机床加工叶片的刀具轨迹规划与误差补偿

针对五轴数控机床加工复杂薄壁叶片的要求,分析了刀位点对应的接触点及其曲面法矢量形成的叶片刀具路径轨迹规划,应用沿体对角线快速进行数控机床误差的高效测量,提出了一种分步解耦补偿方法。     

世界坐标系下非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程

为了解决机器人路径规划模块在为非完整轮式移动机器人规划路径时,若要实现规划轨迹平滑且完全满足机器人的运动学约束,则需要精确的机器人工作环境的地图信息,从而大幅度地增加了路径规划算法的计算量的问题,首先利用较为粗略的环境地图信息规划路径,再将机器人转弯部分的路径进行函数插值,使整个路径规划满足机器人运动学约束且计算量增加较少.现有的机器人轨迹描述方程不能满足对机器人转弯轨迹进行精确插值的需要,因此提出分别利用曲线拟合法和泰勒插值法来构建非完整轮式移动机器人转弯轨迹的时域非微分描述方程.实验结果显示,所述机器人轨迹非微分时域描述方程可以用于对机器人路径规划的插值,降低了算法的计算量.     

自由曲面砂带磨削轨迹规划与误差控制分析

砂带磨削是提高自由曲面工件型面精度和表面质量的重要手段之一,针对目前自由曲面砂带磨削加工在效率和精度方面存在不足,基于砂带磨削加工的特性,提出了一种基于加工精度控制的自由曲面砂带磨削加工的轨迹规划方法。首先,对实现无曲率干涉的接触轮半径及满足加工允差的接触轮宽度进行了公式推导,结合轮与曲面上加工点主曲率关系,通过双倍体的遗传算法优选出满足自由曲面要求的加工允差,并获取无曲率干涉加工需求的接触轮尺寸参数。然后,基于加工点的主曲率方向实现加工轨迹的自适应宽行距规划,同时采用柔顺处理算法对其点导动规划过程中当曲面存在扭曲时的磨头潜在的大幅往复摆动运动进行了柔顺处理,获得了行距稳定且满足加工时接触轮在磨削点处始终与自由曲面达到最佳贴合效果的磨削轨迹。最后,应用该方法对某航空发动机叶片型面进行轨迹规划,并在数控砂带磨床上进行了加工验证。结果表明：规划的磨削加工轨迹能够使得叶片轮廓截面精度较好地满足加工要求,提高了叶片型面的表面质量和精度,证实了该方法的有效性和实用性。本文提出的轨迹规划方法可科学合理地控制曲面预期加工允差,解决了在自由曲面砂带磨削过程中因接触轮尺寸参数选择不当而引起的局部干涉的计算难题,能够有效提高砂带磨削加工的效率和精度。     

航空发动机复杂曲面零件数控加工刀具轨迹规划研究分析

整体叶盘等复杂曲面零件是航空发动机中的核心零件,其数控加工技术中的关键是刀具轨迹的规划技术.本文针对当今国内外复杂曲面的数控加工刀具轨迹规划的研究现状和发展进行了分析.主要对复杂曲面数控加工中三种主要刀具的轨迹规划进行了对比分析,并对刀具轨迹规划中的关键技术进行了分析,包括：轨迹拓扑、轨迹参数、干涉避免和刀轴控制的算法理论和适用特点,并对刀具轨迹规划中的曲线插补和刀具组合方向进行了分析和展望,为后续研究提升零件数控加工效率和质量打下了基础.     

基于四元数和B样条的机械手平滑姿态规划器

为实现机械手作业姿态的平滑调整,提出一种平滑姿态规划器.采用四元数代替传统的齐次变换矩阵描述机械手姿态,推导了两者之间的转换关系.通过四元数球面立体插值,生成过关键姿态且平滑的姿态轨迹.按机械手终端定位精度将其离散化,逆运动学解算后得到关键关节位置,并以五次B样条曲线插值方法生成启停平稳且脉动连续的关节轨迹.试验结果表明,提出的规划器使机械手姿态调整平滑且关节运动平稳,有效解决了平滑姿态规划问题,提高了机械手轨迹跟踪精度.     

基于INSGA-Ⅱ算法的机械手多目标轨迹规划

针对机械手时间最优、能量最优、平滑性最优等多目标下的轨迹优化问题,设计新的多目标轨迹优化方法.采用高次B样条曲线插值方法,构造机械手高阶连续且起始和终止的运动参数均可指定的关节轨迹, 保证了机械手运动性能.采用改进非支配排序遗传算法 （INSGA-Ⅱ）对机械手轨迹进行优化,得到一组Pareto最优解集,该算法采用一维Logistic映射产生初始种群并利用不可行度选择操作处理约束条件.在6自由度串联机械手上的计算结果表明,采用高次B样条轨迹规划方法可以得到高阶连续的机械手分段轨迹,采用INSGA-II方法可以对B样条轨迹实现有效的多目标寻优,得到理想的Pareto分布,为用户提供较多的选择.     

水轮机叶片焊补机器人的工作路径规划

论述了焊补机器人在三维空间全方位的工作路径规划,通过对空间曲面位姿的精确计算和利用三次B样条函数对关节变量的插值,使规划的路径轨迹准确地通过预定的焊补位置而不产生误差,且易于编制路径规划程序。     

水轮机修复机器人焊接曲面空间建模

针对目前水轮机修复机器人在焊接过程中需要建立一套自动焊接系统的问题,依据B样条曲面构造原理,采用图像仿真技术,建立了机器人仿真系统．通过对插补算法的研究,系统解决了远程控制机器人焊接的问题．空间曲面建模可以使焊接机器人在有限示教的条件下自动建立焊接模型并精确完成焊接和磨削操作．     

汽轮机叶片圆环形盘铣刀包络铣削方法

为提高汽轮机叶片的加工效率,缩短汽轮机生产周期,在分析汽轮机叶片曲面构成及其加工方法的基础上,提出了采用圆环形盘铣刀包络铣削汽轮机叶片曲面的新方法.利用定向最小距离原理,对圆环形盘铣刀包络加工刀触点和刀具轨迹进行计算,研究了刀触点的计算模型和计算方法.采用该加工方法后,刀具轨迹行程相对于采用球头铣刀包络加工时有明显缩短,在提高叶片加工效率方面作用明显.研究内容为汽轮机叶片专用数控机床和叶片抛光机的设计提供了理论参考.     

水轮机修复专用机器人焊接(MAG焊) Fuzzy控制器设计

为了在复杂环境下提高自动化焊接质量,依据模糊集合理论,结合项目工程实际应用需要,提出了水轮机修复专用机器人焊接系统构成,给出了模糊控制器的结构设计,选择焊接电压误差、焊接电压误差变化和送丝速度作为基本论域,建立了模糊控制器的控制规则．实际应用表明,在平板平焊情况下,其焊接平滑性、稳定性明显优于人工焊接质量．     

核环境多关节蛇形机械臂的运动控制系统设计

以核聚变反应舱的探测和维护作业为例,设计一种具有多关节串联式结构的蛇形遥操纵机械臂系统,结构采用轨道推送加悬臂调整的复合式操控方案。针对机械臂执行全舱作业的运动需求,对机械臂运动轨迹进行仿真分析。设计包括路径规划与轨迹控制等的机械臂运动控制算法,构建各关节在运动学上能够同步运行的多轴协调控制系统。通过搭建模拟舱几何环境,对机械臂进行运动测试,完成关节旋转角度的控制精度评估。构建机械臂系统的重力补偿模块,通过柔性模型的仿真验证对机械臂系统的末端定位精度加以评估。测试结果验证了运动控制系统的有效性。     

基于最小流量的液压机械臂冗余分解

针对冗余液压机械臂预设轨迹下的能量优化问题,提出基于最小流量的液压机械臂冗余分解方法. 采用D-H参数法推导液压机械臂的运动学方程,构建末端速度与液压缸缸速的映射,建立系统能耗模型. 基于最小缸速范数法求解能量次优的冗余分解以部分降低能耗. 以液压系统流量最小为目标,通过优化加权雅可比矩阵求解能量最优的冗余分解. 为了提高计算效率,提出加权雅可比矩阵权值的动态优化方法,实现在线最优运动规划. 在研制的液压机械臂试验平台对冗余分解方法进行试验验证. 三关节平面运动试验结果表明,相比于现有梯度投影法和最小缸速范数法,所提最小流量优化方法相同末端轨迹的运动能耗降低超过5%.     

An actor-critic based learning method for decision-making and planning of autonomous vehicles

In order to improve the agility and applicability of trajectory planning algorithm for autonomous vehicles, this paper proposes a novel actor-critic based learning method for decision-making and planning in multi-vehicle complex traffic. It is the coupling planning of vehicle's path and speed thus to make the trajectory more flexible. First, generations from the decided action to the planned trajectory are described by the end-point of the trajectory. Then, the actor-critic based learning method is built to learn an optimal policy for the decision process. It can update the policy by the gradient of the current policy's advantage. In this process,features of the real traffic are carefully extracted by time headway(TH) and speed distribution. Reward function is built by the safety, efficiency and driving comfort. Furthermore, to make the policy network have better convergency, the policy network is modularized in two parts: the lane-changing network and the lane-keeping network, which decide the optimal end-point of the path and speed candidates respectively. Finally, the curved overtaking scenario and the interaction process with human driver are conducted to illustrate the feasibility and superiority. The results show that the proposed method has better real-time performance and can make the planned coupling trajectory more continuous and smoother than the existing rule-based method.     

Investigation of the Aerodynamic Character in Turbine Cascades with Aft-loaded Profile

For evaluate the aerodynamic character of the turbine cascades which have the aft-loaded profile, the experimental investigation was carried out on the low speed annular wind tunnel. And the detailed measurements of the aerodynamic parameters were made from upstream to downstream of the two type turbine cascades, the one is the conventional straight blades cascade, the other is the curved blades cascades. The static pressure distributions on the endwall and the blade surface were also carried out. The influence of the aft-loaded profile and the curved blade on the development of loss and the pressure distribution was discussed, and analyses the different flow phenomena and mechanism in two type turbine cascades.     

机械手空间圆弧位姿轨迹规划算法的实现

为提高机械手的空间圆弧作业任务的轨迹精度,提出采用齐次矩阵和四元数法分别进行位置和姿态的轨迹规划方法．对于位置规划,先对空间圆弧所在平面的圆心角做归一化处理,再按照平滑角速度曲线规划位置轨迹上的插值点,并用齐次矩阵表示插补点的位置,保证了插补点的位置始终在所求圆弧上．姿态规划采用四元数圆弧曲线函数以及分段三次有理插值保形样条函数实现C²连续的姿态轨迹．算例验证表明,提出的位姿规划方法能够保证机械手末端执行器的轨迹精度,在位置精度及姿态平稳过渡有较高要求的机械手的实际应用方面有推广价值．