7-DOF核工业机器人的轨迹规划与仿真

为实现7-DOF核工业机器人在空间相贯焊缝探查作业过程中平稳、连续及控制的实时性，提出采用五次多项式函数进行轨迹插补，避免通过求解Jacobian逆矩阵实现从欧氏空间到关节空间轨迹规划结果的转换而涉及矩阵求逆等繁杂运算。该方法具有结构简单，运算量小，能够实时计算机器人运动的位移、速度与加速度，并生成运动轨迹。结合实际探查的空间相贯曲线，对各关节的运动轨迹进行了计算仿真，结果表明：该方法能够保证关节角度、角速度及角加速度的连续性，保证了机器人工作的平稳性，能够满足工作要求。     

基于SCKF的光电跟瞄系统等效复合控制

由于高能激光武器独特的毁伤机理要求其光电跟踪瞄准系统的控制精度达到微弧度级,因此由跟踪目标加速度带来的跟踪误差已不可忽略。提出了一种速度与加速度前馈补偿以提高光电跟瞄系统跟踪精度的方法,推导了该系统加速度前馈补偿的误差系数。为获得高精度的目标运动要素,应用平方根容积卡尔曼滤波(square〖JP3〗 root cubature Kalman filter, SCKF)算法对目标进行滤波预测。在建立的等效复合控制系统中进行仿真实验,结果表明,基于SCKF前馈补偿方法相对于基于常用非线性卡尔曼滤波算法的前馈补偿方法,精度得到大幅提高。     

基于图切分的交互式图像分割算法

提出一种基于图切分(Graph Cut)的交互式图像分割新算法。首先,使用图切分技术获取初始轮廓并采取非均匀有理B样条(NURBS)拟合边界曲线。由于NURBS具有局部可控性,其控制点可视为隐式马尔可夫模型(HMM)的隐状态,边界特征和区域同一性被视为HMM观察状态,然后采用轮廓平滑性作为约束来定义一个状态转移模型。最后,通过维特比算法递归求取最优轮廓。实验证明该法鲁棒性好,允许用户简易、高效地分割图像。     

基于粒子系统的卫星云图三维仿真与简化算法

提出了一种基于粒子系统的卫星云图的快速云三维仿真算法,该方法从卫星云图中提取真实云的二维轮廓,使用不同级别的圆形进行云轮廓曲线的拟合,将所获得的圆形以相同半径和圆心扩展到三维空间的球形,根据粒子系统的原理在生成的云三维轮廓中随机地产生粒子,并为这些粒子赋予颜色、大小和速度等初始属性,对云粒子进行渲染和绘制实现云的三维模拟。为提高绘制的帧速率,提出了粒子系统的简化算法。通过实验证明了该方法能够快速地仿真出卫星云图中各种形状的三维云,实现云的快速动态模拟。     

自适应高斯模型与多基地雷达机动目标跟踪

为改善多基地雷达系统对高机动目标的跟踪性能,提出了基于自适应高斯模型和扩展卡尔曼滤波(EKF)的机动目标跟踪算法.将目标加速度的概率密度特性描述为一具有均值和方差的高斯分布,建立了系统的离散状态方程和非线性观测方程进行EKF滤波,并在每个采样周期实现对输入控制信号及过程噪声协方差的更新,使加速度符合目标的实际变化情况.Monte Carlo仿真结果显示,对目标的变加速轨迹,该算法在位置和加速度上的均方根误差均比Singer模型小,且误差曲线平滑,表明了该算法能对机动目标实现准确跟踪.     

基于观测数据拟合的天文自主定位算法

根据海上天文定位原理,太阳上中天时的格林半圆时角等于测者所在位置的经度,但六分仪观测难以确定太阳上中天的较准确时间,由此产生的经度误差往往过大,不能满足航海需求。采用数据拟合技术对太阳高度曲线进行拟合处理,能够比较准确地求出太阳上中天的时间,从而给出了不需要推算船位的天文定位算法。通过海上大量实验结果表明：该算法定位周期短、简便易行且有利于减小偶然误差。采用现有六分仪进行观测,定位的纬度最大误差为0.8,经度最大误差为2.5,满足海上航行的导航精度要求。     

贴片头运动控制系统的建模与仿真

在分析贴片头运动控制系统的数学模型的基础上,运用PID+速度/加速度前馈控制律消除了由系统干扰引起的稳态误差.在MATLAB/Simulink环境下,将功能模块与m函数相结合,构建了贴片头运动控制系统的仿.真模型.在T形和S-曲线速度轮廓运动模式下,模型的仿真结果与理论分析一致,验证了该方法的合理性和有效性.该方法为贴片头控制器设计和调试提供了新思路.     

HTY-6型弹射座椅控制规律优化分析

介绍了HTY-6座椅弹射工作过程及双态自动程控器工作原理.分析了稳定伞在低速条件下射出与否对弹射轨迹的影响,结果表明,稳定伞射出与否对弹射轨迹影响较小,但是缩短救生伞射出时间可以改低速条件下的救生性能.针对在中速区域可能存在开伞动载过大、超过救生伞最大允许开伞速度或延迟时间过长等问题,通过仿真,采用试算法,以最大开伞动载和最大允许开伞速度为指标,对中速区域的延迟时间进行优化.结果表明,优化后的延迟时间曲线能够满足救生伞最大开伞速度的要求,所得时间延迟曲线可应用于工程指导.     

高精度多目标运动参数估计

针对连续波体制的测量雷达的应用场合,提出了一种多目标运动参数(速度、加速度)高精度的测量方法。该算法运用快速傅里叶变换和解线性调频(dechirping)补偿谱分析精确测速度和加速度,对加速度搜索步长的选择问题采用了逐次逼近法,则可在保证测量精度的同时,运算量大为减少,因而易于实时处理和工程实现。给出了应用该方法的具体工程实现,通过仿真实验证明该算法的有效性。     

带集结区的协同航迹规划方法研究

通过调控飞行器在各介航运段的速度,提出了一种基于进化算法的带集结区的多飞行器协同航迹规划方法.该方法通过将协同时间误差引入进化算法的代价函数中,使得规划出来的航迹能够满足集结区的时间和空间约束,同时使得协同到达目标点时间误差尽可能小.仿真实验结果表明该方法能够达到很好的效果.     

一种低复杂度最小均方误差内插滤波器的优化设计

提出一种低复杂度内插滤波器的设计方法.该方法基于Farrow结构,以内插滤波器输出信号的均方误差最小(MMSE)为设计准则,从而保证最优性能.同时令内插滤波器系数对称化,以降低实现复杂度.仿真结果表明,在同等性能的基础上,优化的二阶内插滤波器和传统内插滤波器相比,复杂度降低了25%;在同等复杂度的基础上,优化的二阶内插滤波器和传统滤波器相比,输出均方误差性能有明显提高.     

序列医学图像三维分割的一种方法

介绍了一种Live Wire和轮廓插值算法相结合的序列医学图像分割算法，在这个算法中又借鉴了活动轮廓模型方法的思想，使得这三种算法有机的结合在一起。并对传统的轮廓插值算法和-Live Wire进行了改进，结合活动轮廓模型方法的思想在重建的轮廓中根据实际图像的局部特征进行了自动收缩。实验表明这种算法能快速准确的从序列医学图像中分割出感兴趣的物体。     

基于小波分析的图像插值技术研究

基于小波分析理论，提出一种医学图像断层间的插值方法。通过对医学图像的小波变换，插值图像边缘对应的高频子图，得到在轮廓上过渡的图像：对小进变换的低频子图，在小窗口邻城内利用灰度直方图统计得到其概率灰废值并寻找最佳插值匹配点。使得插值图像在灰度上得到很好的过渡；通过小波逆变换得到最终的插值图像。通过与以往算法的对比和分析，本算法所获得的插值图像在形状和灰度方面均达到了较高的清晰度，满足断层图像的插值要求，可有效用于医学图像的三维重构。     

基于T样条拼接的彩椒果实可视化研究

彩椒果实表面具有沟痕深、凹凸性强等特征,难以获取曲面造型所需控制点。为克服以上缺点,提出利用T样条无缝拼接的方法进行彩椒果实几何建模。首先根据形态特征将彩椒分为若干片段,利用三维扫描仪获取各片段三维数据点,然后应用NURBS曲面分别建立各个片段的模型,最后使用T样条的无缝拼接算法将各片段组合为完整的彩椒模型,并在VC++和OpenGL平台得到了真实感较强的彩椒果实可视化模型。实验表明,该方法不仅能够拼接片段之间的缝隙,还能极大地增加模型的真实感。     

基于直线与B样条曲线求交算法加密等高线图

对于存在碎部点,且矢量化后间距较大的等高线图,给出了一种加密等高线算法,该算法以任意直线与B-样条曲线求交算法为基础;加密等高线算法利用图纸给定的等高线和碎部点等客观信息在间距较大的等高线之间形成新的等高线,等高线加密效果好,并对等高线图的三维可视化有重要意义。     

基于NURBS和GOBL-ACDE的航迹规划算法

针对复杂地形条件下无人机低空突防动态航迹规划实时性及精确性的问题,提出了基于广义反向学习的自适应约束差分进化(generalized opposition-based learning adaptive constrained differential evolution, GOBL-ACDE)算法,结合非均匀有理B样条(non-uniform rational B-spline, NURBS)平滑策略,提高了多威胁复杂地形下动态航迹规划的精确性、高效性及适航性。首先,构建航迹规划任务模型,建立目标代价及约束限制函数,提出一种高度转换方法,有效提高低空突防能力;其次,将NURBS平滑策略与B样条插值以及贝塞尔曲线对比分析;再次,应用广义反向学习、自适应排序变异及自适应权衡模型,改善约束条件下算法动态性、收敛性及寻优性能;最后,通过静态与动态环境对比仿真试验,验证了所提方法在多威胁复杂地形下寻优精度高、鲁棒性强、动态性好以及可靠性优的特点,能够规划出精确、高效、适航的低空突防航迹。     

High Speed Machining for Linear Paths Blended with G3 Continuous Pythagorean-Hodograph Curves

Previously, many studies have illustrated corner blend problem with different parameter curves. Only a few of them take a Pythagorean-hodograph (PH) curve as the transition arc, let alone corresponding real-time interpolation methods. In this paper, an integrated corner-transition mixing-interpolation-based scheme (ICMS) is proposed, considering transition error and machine tool kinematics. Firstly, the ICMS smooths the sharp corners in a linear path through blending the linear path with G3 continuous PH transition curves. To obtain optimal PH transition curves globally, the problem of corner smoothing is formulated as an optimization problem with constraints. In order to improve optimization efficiency, the transition error constraint is deduced analytically, so is the curvature extreme of each transition curve. After being blended with PH transition curves, a linear path has become a blend curve. Secondly, the ICMS adopts a novel mixed interpolator to process this kind of blend curves by considering machine tool kinematics. The mixed interpolator can not only implement jerk-limited feedrate scheduling with critical points detection, but also realize self-switching of two interpolation modes. Finally, two patterns are machined with a carving platform based on ICMS. Experimental results show the effectiveness of ICMS.

     

A control algorithm for rapid movements near the radius compensation singularity in five-axis end milling

When the five-axis CNC system executes the 3D cutter radius compensation function, the angle between two adjacent radius compensation vectors might become very large and the linear axes would move too fast if the tool orientation vector is close to the surface normal. The reason that results in this phenomenon is analyzed based on building the transmission relationship between the cutter contact point and the cutter location point. By taking the square-end tool as an example, an optimization algorithm to control the undesired movements is advanced. For the singular area where sudden change exists, the number of interpolation cycles is determined by the cutter feedrate, the limit speeds of machine axes and the maximum allowable angle between radius compensation vectors of adjacent NC blocks. The radius compensation vector of each interpolation cycle is obtained by a kind of vector rotation method. By maintaining the perpendicularity between the radius compensationvector and the tool orientation vector, the rapid movements of the linear axes are eliminated. A trial-cut experiment is performed to verify the correctness and the effectiveness of the proposed algorithm.     

Variable feedrate interpolation of NURBS Toolpath with geometric and kinematical constraints for five-axis CNC machining

Variable feedrate interpolation algorithms for five-axis parametric toolpath are very promis- ing but still rather limited currently. In this paper, an off-line feedrate scheduling method of dual NURBS curve is presented with geometric and kinematical constraints. For a given dual parametric curve, the feedrates of sampling points are first scheduled sequent with confined feedrate of cutter tip and machine pivot, chord error, normal acceleration and angular feedrate. Then, the feedrate profiles of angular feed acceleration sensitive regions of the path are adjusted using a bi-directional scanning algorithm. After that, a linear programming method is used to adjust the feedrate profiles of linear feed acceleration sensitive regions and control the linear feed acceleration of both cutter tip and machine pivot within preset values. Further, a NURBS curve is used to fit the feedrates of sampling points. Finally, illustrative examples are carried out to validate the feasibility of the proposed feedrate schedul- ing method. The results show that the proposed method has the ability of effectively controlling the angular feed characters of cutter axis as well as the chord error and linear feed characters of cutter tip and machine pivot, and it has potential to be used in high accuracy and high quality five-axis machining.