面向直纹组合曲面的喷涂机器人喷枪轨迹优化与算法

针对复杂自由曲面中直纹组合曲面上喷涂机器人喷枪轨迹优化及轨迹连接问题,基于曲面面片造型与智能算法理论,建立了喷枪轨迹优化数学模型,提出一种满足直纹曲面上喷枪轨迹首尾衔接的算法程序。首先,通过曲面特征定义直纹曲面,并对直纹曲面造型处理后建立复合喷涂直纹圆弧面片的喷枪数学模型;其次,选择直纹组合面片交界处的喷枪轨迹为优化对象,依据该模型对直纹曲面及直纹组合面片上的喷枪轨迹进行优化,验证了该模型的有效性;最后,依据轨迹优化模型,设计算法程序并通过仿真实验,验证了该算法程序的可行性与优越性,实现了对直纹组合曲面的连续性喷涂。     

喷涂机器人的喷涂轨迹规划

为了解决喷涂机器人喷涂作业后涂料不均匀堆积问题,在平面静态喷涂模型的基础上,提出了一种面向复杂曲面的喷涂机器人轨迹规划方法。首先通过椭圆双β喷涂模型,在一定条件下计算出了平面喷涂中相邻轨迹涂层的最佳重叠距离;在平面喷涂的基础上,分析了平面喷涂与复杂表面喷涂的映射关系;然后通过最小二乘自然二次曲面拟合的方法将复杂曲面拟合成规则的圆形曲面;最后通过多段分割曲线逼近目标函数,找到了复杂曲面上相邻两条路径之间的最优区间设计方法。结果表明,该方法为解决涂料不均匀堆积问题提供了新的思路。     

3P-3R机械手曲面轨迹控制的粗插补算法

针对6自由度3P-3R型机械手臂的机械结构,提出了一种基于二次曲面双参数方程的空间轨迹粗插补算法.本文分析空间二次旋转曲面的产品数学模型,通过参数方程求解二次曲面各点在笛卡尔坐标系中的位姿矩阵,从而计算出机械手臂每个关节的电机旋转角度.由MATLAB软件进行验证,观测此二次曲面的粗插补算法的准确度和精确度,生成数据文件后进行6自由度3P-3R型机械手臂的轨迹控制.实验结果验证了此二次曲面粗插补算法对机械手臂目标轨迹控制的正确性和有效性.     

飞机表面自动喷涂机器人系统与喷涂作业规划

提出了一种适用于飞机等具有大型自由曲面产品自动喷涂的机器人系统,介绍了该系统的机械结构布局与控制系统结构,在分析喷涂作业流程的基础上,对喷涂作业规划方法中的关键技术如飞机位姿标定、喷枪轨迹规划等进行了研究,并基于CATIA二次开发技术,开发了控制系统软件,将喷涂作业的所有环节对应的软件操作均无缝地集成到CATIA平台中。在模拟工件上进行喷涂试验,结果表明:该机器人系统自动化程度高,运行稳定可靠,能有效提高涂层质量。     

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。     

变参数下的空气喷枪涂层厚度分布建模

首先分析了影响空气喷枪涂层厚度及喷涂机器人作业过程中的可调和常变因素,然后利用BP神经网络方法对平板直行喷涂实验获得的实验数据加以拟合,建立以喷涂距离、喷枪移动速度、喷枪流量和测量点与喷枪轴线距离作为输入的喷枪喷涂模型。与传统模型相比,该模型用相对少量的实验数据就可以预测不同喷涂距离、喷枪移动速度和喷枪流量下的涂层厚度分布。实验数据表明,该模型准确、有效。     

基于区域分割的自适应Loop细分算法

提出一种基于Loop细分算法的自适应算法.该算法主要是通过对离散点曲率的分析,将控制网格划分成相连的多个区域,并对各个区域进行局部细分,以达到整体优化的效果.同时针对区域划分所产生的边界裂缝,提出一种新的算法来消除裂缝.实例表明,该算法能用较少的面片数获得理想光滑的曲面,从而提高了模型渲染速度.     

一种基于曲率极值法的LiDAR点云特征提取算法

针对地面LiDAR（1ightdetectionandranging）技术在三维数据采集过程中无法体现人的主观判别能力、采样数据存在大量冗余的问题,提出了一种基于曲率极值与最小生成树准则的LiDAR点云特征提取算法．通过二次曲面拟合实现对原始采样曲面的模拟与表达,估算采样表面的几何微分属性,分别基于平均曲率比较法、曲率极值法来实现特征点的初选与精选;设计并实现了一种基于最小生成树准则的特征点拓扑邻接关系的确定方法以及相应的最小生成树裁减算法,在确定特征点拓扑邻接关系的同时,依据裁减算法实现了采样地理实体表面特征的精确提取．实验证明,算法是可行、有效的,利用算法提取了LiDAR点云的特征之后,有效地增强了点云数据的表达能力,弥补了地面LiDAR技术在数据采集过程中无法体现人的主观判别能力的不足;借助于算法提取的采样地理实体表面特征来指导和约束点云数据简化过程,可在有效保留原始采样曲面重要特征的同时实现点云数据的大幅度精简．     

三角剖分算法及其在矿床模拟中的应用

介绍了三角剖分算法并采用局部二次曲面拟合法在剖分后的三角形域上拟合曲面，用二次曲面片段构成连续矿床模型，绘制等值线图并对实际矿床算例进行了验证．结果表明，该法可行实用．     

上肢康复训练轨迹定制优化及柔顺跟踪控制

卒中后早期的被动康复训练可以促进患者脑神经重塑甚至重获肢体运动能力。针对多数上肢康复机器人将参数化规则曲线作为被动训练的轨迹,没能融合康复医师的经验及患者的个体特征,或者缺乏三维个性轨迹的光滑优化以及训练过程中的安全柔顺交互的问题。本文基于新型末端牵引式3自由度上肢康复机器人开展轨迹个性化定制优化以及跟踪控制研究。首先,在笛卡尔空间应用导纳算法及力补偿策略实现理疗师对轨迹的定制。然后,用道格拉斯-普克法压缩原始轨迹数据得到型值点,保留初始轨迹的拓扑形状。用非均匀有理B样条曲线(NURBS)进行插值,并融合动态切换概率和t变异改进蝴蝶优化算法(BOA)优化拟合的轨迹。最后,设计基于RBF网络的滑模自适应以及速度前馈加PID的控制策略实现末端轨迹跟踪,并增加导纳-阻抗控制形成基于力阈值的多模式柔顺跟踪控制,保证较大人机交互力时的安全。结果表明定制机器人末端轨迹的拖动力在5N以内;改进的BOA算法具有更高的收敛速度和精度,优化的轨迹曲率和更小;轨迹跟踪控制策略可以将跟踪误差控制在6mm内;模式切换在0.3s内响应并顺应较大交互力而提高训练的安全性。     

基于区域分割与约束逼近的二次曲面重建

从散乱数据中有效地分离出特征与约束是表达原始产品设计意图的关键.基于点的连通性及同一特征曲面数据点估算法矢、曲率的相似性,并在特征曲面拟合误差控制下实现了空间散乱数据二次曲面数据的自动分离;应用二次曲面的几何参数表达建立了二次曲面整体约束逼近的最优化数学模型,将几何约束情况下的二次曲面重建转化为数学模型的求解,使重建的CAD模型可有效再现二次曲面之间的几何约束.工程应用实例表明:该方法稳定可靠,可显著提高反求工程CAD建模效率及重建模型精度.     

曲线拟合在管道漏磁内检测信号重构中的应用

针对管道漏磁内检测缺陷信号的重构问题,研究了曲线拟合和最小二乘法的基本原理,以管道漏磁内检测有限元仿真分析软件所得到的半椭圆型缺陷数据为研究对象,建立了径向磁通密度特征的二元一次方程组和二元二次方程组,运用最小二乘曲线拟合方法实现对仿真数据的二元一次函数拟合和二元二次函数拟合.应用MATLAB编写程序求出拟合系数,得到拟合方程,拟合计算结果与仿真数据基本吻合.通过对两组函数方程进行误差分析,结果表明二元二次拟合函数能更准确地描绘出缺陷大小与检测数据之间的函数关系,二次拟合模型更可靠,为管道漏磁内检测缺陷信号重构提供了函数支持.     

大型电瓷套管坯件数控喷釉装置速度控制研究

本文对大型高压电瓷套管坯件数控自动喷釉装置的工作原理和利用软件方法实现变速控制的数学模型、控制算法及控制程序进行了分析研究,给出了一个实用的解决方法。     

升力式再入飞行器多约束多阶段弹道优化设计

结合再入飞行器实际任务需要,以升力式再入飞行器机动突防弹道优化设计为研究目的,给出了多约束多阶段弹道优化模型,研究了弹道优化数值解法理论,将该多约束多阶段优化问题的多个阶段弹道优化模型统一于1个优化算法;采用直接法＋序列二次规划法解该优化问题,得到了满足相应约束的再入机动突防弹道.仿真结果表明,采用该方法能够进行升力式...     

圆弧面动态空气喷涂数值模拟

采用欧拉-欧拉法,建立由两相流喷雾流场模型和碰撞黏附模型构成的喷涂成膜模型.将圆弧面外、内壁喷涂和平面喷涂的控制域划分为运动区域和静止区域,并分别生成计算网格,采用弹性光顺模型结合局部重构模型实现运动区域中网格的动态变化.基于有限体积法,采用二阶迎风格式对模型进行离散,采用PC-SIMPLE算法求解离散后的模型,得到圆弧面轴向喷涂和平面喷涂的喷雾流场和涂层厚度分布.喷雾流场仿真结果表明：在扇面控制孔气流的冲击下,喷雾流场在Y方向被压扁,在X方向扩张;由于喷枪的移动,喷雾流场向喷枪移动的后方略微倾斜.涂层厚度分布结果表明：圆弧面内壁喷涂的最大涂层厚度小于平面喷涂,外壁喷涂的最大平面喷涂涂层厚度大于平面喷涂;圆弧面内壁喷涂的涂膜宽度大于平面喷涂,外壁喷涂的涂膜宽度大于平面喷涂.数值模拟得到的喷涂涂膜厚度分布与实验结果吻合,证明所建立的喷涂成膜模型和动网格模型可以用于平面和圆弧面喷涂成膜模拟.     

多点成形回弹补偿算法及其验证

采用理论分析、数值模拟与成形试验相结合的方法,研究了板材多点成形回弹补偿和修正方法。基于弹性幂强化材料模型推导了回弹前曲率的计算公式,结合三次B样条拟合建立了修正回弹的模具型面补偿方法。根据计算得到的模具型面信息对成形过程进行了数值模拟及试验验证,结果表明:本文方法可以有效地控制单曲率曲面多点成形过程中回弹引起的形状误差。     

热喷涂参数对喷涂WC-Co合金表面温度的影响

目的建立在线检测系统，控制在高速氧气燃料（HVOF）热喷涂加工过程中加工参数．以获得最佳机械性能的硬质合金（WC-Co）涂层．方法采用热喷涂加工方法把金属．金属陶瓷和陶瓷材料以熔融状态和半熔状态沉积在各种预先处理的基体上．通过使用HVOF喷涂加工技术生产WC-Co合金表面涂层，采用红外线温度测量仪对不同参数加工表面涂层的温度进行了测量．基于热量传递理论和物理量纲分析方法建立了涂层表面温度和加工参数之间的理论公式．结果涂层表面温度与热功率成正比而与喷枪的移动速度和靶距成反比．靶距对涂层表面温度的影响要比速度对涂层件表面温度的影响大，转动角度对涂层表面温度有一定的影响．结论用温度作为中间变量来控制加工参数．采用一定的表面温度测量方法，提取信号并控制主要参数，从而实现工艺参数-表面温度-加工质量闭环系统控制，以达到最佳表面质量．