精确磨削单包络TI蜗杆的方法

TI蜗杆传动由渐开面斜齿轮和其包络的环面蜗杆组成. TI蜗杆传动推广应用的关键制造技术是要解决蜗杆齿面的精确磨削问题. 依据齿轮啮合理论, 对渐开面单包络环面蜗杆传动的齿面方程进行了分析, 得到了精确磨削渐开面单包络TI蜗杆的砂轮轴截面廓形, 阐明了砂轮磨削TI蜗杆的位置和运动关系, 获得了精确磨削渐开面单包络TI蜗杆的方法.     

非球头刀宽行五轴数控加工自由曲面的三阶切触法(Ⅱ):刀位规划算法

基于单个刀位下刀具包络曲面的三阶近似模型,提出了非球头刀宽行五轴数控加工自由曲面的刀位规划新方法.该方法通过优化刀具的前倾角和侧倾角使得在刀触点处刀具包络曲面与设计曲面达到三阶切触,适用于任意的回转刀具,并且可以自然地处理无干涉约束、机床工作空间约束以及刀具路径光顺性约束.圆环刀加工螺旋面的仿真实例表明该方法可以显著增大加工带宽,提高加工效率.     

非球头刀宽行五轴数控加工自由曲面的三阶切触法(Ⅰ):刀具包络曲面的局部重建原理

研究了两线接触曲面间的几何学特性,由刀具包络曲面分别沿刀触点轨迹线和特征线与设计曲面和刀具曲面线接触这一基本条件,提出了回转刀具扫掠包络面的局部重建原理.建立了由单个刀位重建刀具包络面局部三阶近似曲面的数学模型,刻画了刀具曲面、刀具包络面与设计曲面在刀触点领域内的三阶微分关系,为提出自由曲面三阶切触加工新方法奠定了几何学基础.     

用于视觉导航中的摄像机标定方法研究

为了解决摄像机标定的非线性优化过程中解的不稳定性问题,提出了一种线性的摄像机标定方法.该方法首先利用透视投影的交比不变性原理,在畸变模型为一阶径向畸变的情况下,根据空间共线4点的图像坐标及其交比,线性标定出摄像机镜头的畸变参数;然后,基于考虑径向畸变的摄像机成像模型的约束关系.线性标定出其他摄像机参数.实验结果表明,该方法标定模板制作简单,操作方便,具有一定的鲁棒性,可以满足农业机器人视觉导航中的精度要求.     

闭环式逐点比较法联动控制的研究

利用垂直运动平台和旋转运动平台联动形成相对螺旋运动得到被测螺纹的包络轮廓面,是基于数字化包络轮廓面的螺纹综合参数测量法的重要测量环节之一。为满足螺纹综合测量机联动控制需要,提出一种基于光栅反馈的闭环式逐点比较联动控制方法。为保证控制系统的实时性,设计了基于硬件查询RAM速度表的速度和加速度驱动模式。通过改进开环式逐点比较法的偏差函数,将光栅反馈引入到其中,结合硬件查询RAM速度表的速度和加速度驱动模式形成了闭环式逐点比较法。理论分析表明,该控制方法联动轴向位置精度可达到0.1μm,具有控制平稳、超调量小等优点。仿真实验结果表明,该联动控制方法能够及时修正联动失调,实现高精度联动。     

用静磁表面波器件实现单尺度的小波变换处理器

当静磁表面波器件的输入换能器的导条包络按照小波函数的包络设计时,静磁表面波器件的输入换能器的脉冲响应函数等于小波函数,从而制作出了静磁表面波式单尺度的小波变换处理器.首先,根据小波的包络函数,定义出了导条长度函数,然后,从该导条长度函数可以计算出输入换能器的各导条长度,最后,根据导条长度及导条宽度设计出输入换能器,从而实现了输入换能器的导条包络按照小波函数的包络设计目的.本文也给出了静磁表面波式单尺的小波变换处理器的插入损耗的补偿方法.当静磁表面波式单尺的小波变换处理器的输出端联接到放大器时,它的插入损耗能被补偿.     

胶囊机器人弯曲环境内万向旋转磁矢量控制原理

为了以空间万向旋转磁矢量为驱动源实现肠道胶囊机器人在充满大黏度液体弯曲环境内的非接触式转向游动,基于空间交变矢量正交叠加原理,本文提出一种新的叠加空间万向均匀旋转磁矢量的物理方法,即采用三相正弦波电流在三轴正交嵌套亥姆霍兹线圈装置内叠加均匀空间万向旋转磁场.根据所归纳的反相位电流叠加定律,提出了一种有效调整均匀空间万向旋转磁场方位与旋向的控制方法,为了验证叠加空间万向旋转磁场的可行性和可控性,研制了三轴正交嵌套的亥姆霍兹线圈装置、驱动电源和新型胶囊机器人样机,并在螺旋弯管和动物肠道内进行了游动试验,结果表明均匀空间万向旋转磁场的方位与旋向均可以数字化连续调整,通过空间万向旋转磁矢量的控制,胶囊机器人可在螺旋状肠道内转弯游走,空间万向旋转磁场技术的突破将推动现代物理学与生物医学工程的发展.     

低维特征空间中基于旋转图像的三维环境模型配准方法

近年来,异类机器人之间(如飞行机器人和地面机器人)的协作成为机器人学研究发展的一个新的领域.异类机器人协作的难点之一是协作环境建模,而由于所获得的环境模型具有不同的观测视角和尺度,其环境建模中的模型配准是一个难点和关键.目前,能够适用于大视角差、大尺度差场景配准的方法并不多,基于旋转图像的配准方法被认为是一种可行方案,但其中存在的计算负担大和在野外环境中的鲁棒性差使得其也很难在实际系统中应用.基于此,面向三维点云环境模型,以旋转图像为基础,提出了一种新的基于低维特征空间的模型配准方法.首先,通过引入模型曲率、旋转图像熵值和激光反射强度3个特征构建了一个三维特征空间,得到候选对应点集合.然后,在候选对应点集合中利用旋转图像的方法查找正确的对应关系,实现模型配准.由于低维特征空间的引入,基于旋转图像特征的对应点搜索区域大大减小,因此算法计算效率得到了极大改善.同时由于引入的新特征与场景旋转图像特征的互补性,算法的鲁棒性和精确性也得到了提升.这些性能改进最后通过实验得到了验证.     

嫦娥四号月面巡视器全景相机制图方法

作为嫦娥四号月面巡视器的科学载荷,全景相机不仅承担着探测月面地质的任务,同时可以用于制图和地形重建,直接服务于巡视器的导航规划工作.在试验场选用一种模型方法用于前期标定实验,但为了后期制图工作的方便往往需要选用另一种模型,基于此,本文提出了一种基于畸变模型参数转换的去畸变方法,技巧性地解决了标定模型和制图模型不一致的问题,并融合支持像点(support points)稠密匹配、空间前方交会、最小二乘光束法平差、离散点云生成、德劳内三角化等多项技术,将全景相机影像用于制图工作.基于月面巡视器在LE00210站点拍摄的全景相机影像,在实验室构建控制场对本文提出的畸变模型参数转换方法进行了可行性和精度测试,结果表明畸变模型转换后定位精度优于1.6 cm,相对距离精度优于4%,并成功应用于嫦娥四号巡视器全景相机制图.     

机构近似综合的统一模型与自适应方法

提出了平面、球面和空间曲线拟合的自适应方法, 将空间直纹面分解为球面像曲线和空间腰曲线进行特征描述, 并把机构综合问题转化为曲线自适应拟合问题, 给出了平面近似圆点、球面近似圆点和空间近似定轴线等概念, 建立了从平面、球面到空间机构综合的统一模型和自适应方法, 为机构优化综合解的存在性和优化算法的收敛性提供了理论依据.     

某古塔结构振动台试验研究

以模型试验的相似关系为基础,设计并制作一模型相似比为1/10的古塔模型结构,并对该模型进行了地震模拟振动台试验,测试其受震前后的动力特性变化,了解其刚度变化情况.同时测试了该模型结构在3种选定地震波作用下的加速度反应、位移反应;确定了相应的动力放大系数、最大加速度包络图、最大位移包络图;考察了相应的裂缝出现与发展情况以及薄弱部位的变形情况;最后根据试验结果,评判模型结构的地震反应机理和规律,评价结构的总体抗震性能,为古塔原型结构抗震保护提供了设计和构造建议.     

月面巡视器遥操作中的任务规划技术研究

任务规划技术是嫦娥三号任务中月面巡视器遥操作中的一项关键技术.本文首先分析了各种月面环境因素对巡视器月面工作过程的影响机制,综合考虑月面地形因素、太阳能量、光照阴影以及对地通信条件等,建立了面向任务规划的综合月面环境.在该环境模型基础上,提出了一种月面巡视器遥操作中的任务规划方法.通过定期更新环境模型,将动态环境模型下的路径规划问题转换为一系列静态环境模型下的路径规划问题,实现任务层的动态路径规划;在路径规划过程中进行实时约束检查,实现行为规划并将其影响效果迭代入动态路径规划过程中,最终实现巡视器任务规划.针对不确定性,本文引入弹性计划提高任务规划输出结果在实际工程中的可行性.仿真实验结果表明:月面综合环境模型全面描述了影响巡视器任务规划的各种环境因素及其影响;任务规划方法可生成全局最优路径,以及沿路径安排的满足约束条件的巡视器行为序列,最终生成巡视器的月面工作序列,作为地面遥操作实施的依据.     

基于多面体与平行入射光的光辐射源空间定向方法分析

光辐射源空间定向在航天、军事等领域一直是研究热点.现有研究主要集中在局部视场上的高精度定向,对180°以上视场的定向目前需用多个局部视场组合实现,导致探测系统体积、重量、功耗和成本增加问题.定义光辐射源的辐射能量和方向为矢量,根据辐射余弦定理和矢量定律,推导出了该矢量能用法矢量不共面的3个面的单位法矢量及光辐射源投射在这些面上的能量来求解的结论,以及该矢量的数学求解公式;基于此结论,利用光的直线传播特性和多面体的几何特性,提出了用多面体实现光辐射源空间360°全视场定向的方法;给出了抗多径干扰的方法;推导出了误差上限的计算公式,解决了误差范围的确定问题.实测与仿真结果验证了该方法的正确性和可行性,以及误差分析结果的正确性.当3个测量面的单位法矢量构成的矩阵正交,任一测量面上能量的测量误差值与其真实值的比值上限为5%或1%时,其精度优于2.866°或0.574°.     

角修正型双圆环面二次包络环面蜗杆传动的啮合原理

导出了一般化的角修形条件,解释了角修形的物理意义;提出啮合分析的法截面法,该方法可以用来计算奇异啮合点附近共轭齿面偶的法向距离;运用该方法,通过分析法截线,指明角修形传动蜗杆螺旋面、蜗轮齿面名义原接触区、新接触区三者沿传动副瞬时接触线奇点轨迹相互交叉,说明三者虽然相互密切,但程度不同;阐明角修形切去蜗轮齿面二次接触区,并且使得蜗杆工作长度变短的机理.在角修正型二包传动啮合理论的指导下,对角修形双圆环面二包传动的啮合特性进行了深入系统的研究,发现这是一种性能优良的新型环面蜗杆传动装置.     

用声表面波器件实现小波变换的研究

声表面波叉指换能器的指条重叠包络按照小波函数的包络设计时, 得到了声表面波叉指换能器脉冲响应函数等于小波函数, 从而制造出了声表面式小波变换器件. 提出了利用两只声表面波式小波变换器件构造小波变换重构器件的新方法. 对器件误差的来源作了分析, 并且提出了减小误差的方法.     

基于三维地质模型的露天矿模拟开采系统应用研究

为了实现露天矿三维可视化模拟开采，提出了一种快速构建露天矿三维地质模型的方法——包络面构模法。在建立露天矿数字化三维地形／地质模型的基础上，根据露天矿的实际情况建立三维开采模板，自动生成推进模板，从而实现露天矿的模拟开采，使得多方案设计从中选优成为可能，进而提高了采矿设计的速度和质量。     

并联机构构型分岔与保持性研究

并联机构在奇异位置处的构型具有不确定性. 如何控制机构按给定的构型通过奇异位置, 是并联机器人机构控制的关键问题之一. 采用奇异性理论对平面3DOF并联机构的分岔性态及其构型稳定性进行了研究. 利用Liapunov-Schmidt (LS)约化, 对构型约束方程进行了降维处理, 得到一维分岔方程. 分析了芽空间分岔点附近构型不确定的原因, 根据强等价条件, 得到了与原方程分岔性态一致的Golubitsky-Schaeffer正规形. 通过对分岔方程普适开折, 研究了输入构件长度误差等扰动因素对分岔点处构型保持性的影响, 找到了具有构型保持性的构型分岔曲线. 在该构型分岔曲线上, 机构可以按保持的构型通过分岔点     

大型弹性整流罩分离特点分析

整流罩分离是火箭飞行过程中重要的动作,能否实现安全分离是决定发射成败的关键因素之一.本文采用柔性多体动力学分析方法,对大型弹性整流罩分离过程进行了仿真分析.通过分析分离过程中＂呼吸运动＂对罩内有效载荷可用包络空间、过顶角速度、质心位置的影响,研究弹性变形对分离过程及分离系统设计的影响.     

地表层温度的级联递推预测模型研究

基于径向基函数神经网络,利用陆面参数和地表层不同深度的钻孔测温数据建立了地表各层温度的预测模型.采用各层预测模型级联递推的方法由陆面参数向下逐层预测地表各层温度.该方法为热红外遥感用于大面积地块缝合带监测以及研究构造热异常探索了一种新途径.     

基于红外辐射特征的空间目标属性预测

利用空间目标红外辐射测量数据,提出了系统的计算分析方法,对空间目标的温度、发射率等属性进行预测,进而判断空间目标的类型和运行状态.通过建立空间目标红外辐射光谱计算模型,模拟了探测器接收到的红外辐射光谱信号,采用独立成分分析方法提取了空间目标不同材料的光谱发射率特征,判断了空间目标的部件个数和材料类型,采用最小二乘拟合方法反演了空间目标各部件的投影面积与表面温度.模拟结果表明:该方法对空间目标参数的反演误差较小,能够实现对空间目标属性的预测.研究成果对于空间目标类型和状态的判断,具有十分重要的意义.