自由曲面数字化的自适应规划

针对数学模型已知的自由曲面,依据质心定理推导出基于形状的采样算法,提出在给定采样精度下的自适应采样方法;针对数学模型未知的自由曲面,引入平面数字化曲线有界性概念,建立测量参数与采样步长的内在联系,提出了基于曲率和曲面切线斜率的自适应规划方法．计算机仿真结果表明,所提出的规划方法可显著提高数字化采样效率．     

自由曲面轮廓自适应对齐

在汽车模具型面误差分析中，以最小二乘法建立优化模型，引入优化理论算法对被测曲面轮廓进行误差分析．该方法的优点在于在误差分析过程中经过多次循环迭代能自动实现被测实物与理论CAD模型之间的自适应调整直到满足精度要求．     

线结构光三维视觉曲面测量的自适应采样与建模方法

研究了线结构光视觉传感器曲面测量数据在商用ＩＤＥＡＳ中的建模问题,提出了一种基于曲率特征的自适应采样方法和采样精度评价指标．对扫描曲线进行采样,并经过对曲线间采样点的匹配、细分生成矩型网格数据,送入ＩＤＥＡＳ系统,建立曲面的ＣＡＤ 模型．最后给出了曲面建模实例,结果表明该方法使采样点能有效地反映扫描截面曲线的曲率特征,实现了与ＩＤＥＡＳ曲面建模数据格式的转换     

基于视觉识别的民机零件专用自动喷涂系统

针对民机喷涂零件种类繁多、摆放位置不固定、无夹持装置等问题,研发了一套基于视觉识别的自动喷涂系统。该系统使用工业相机获取筛盘上零件的二维图像,对零件进行初步分类和定位。使用5轴三维测量机构获取点云数据,采用粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)进行点云和三维模型的位姿匹配。根据匹配结果,采用曲面分片的方法规划喷枪路径,用Bézier曲线生成机器人关节轨迹。最终在240 s的节拍内实现多种繁杂零件的自动化配准,平均配准精度达2.11 mm。机器人能够自动进行喷涂作业,且喷涂质量满足航空零件要求。     

曲面的自动跟踪测量和密集数据采集

本文提出一种由微计算机控制的自动跟踪测量和密集数据采集系统。模拟量测头自动沿着任意未知被测表面运动，计算机实时地计算出接触点坐标。改变测头高度位置，可以得出一系列等高的轮廓点，从而建立几何形体测量数据库。此技术可应用在三坐标测量机上实现曲面测量自动化。 文中提出了跟踪测量原理和实验系统，最后给出测量实例和输出结果。     

基于矢量场自适应采样算法的图像体绘制技术

针对医学数据体绘制的特点,研究了体数据矢量场的变化特征,分析了采样频率与矢量场的关系,提出基于矢量场的自适应采样算法,对重建图像贡献最大的数据区域采用高频采样,对其贡献小的数据区域采用低频采样,从而自适应地控制采样步长,提高了重建性能.研究结果表明,自适应采样算法在重建效果不受影响的前提下,将重建速度提高约30％～60％.     

基于坐标测量机的曲面自适应采样的网格生成

自由曲面的数字化是自由曲面重建的关键技术之一,如何在三坐标测量机上合理对自由曲面进行采样,将关系到曲面重建精度和测量效率等重要问题,作者提出以物体重心坐标为数学模型的采样算法,该方法具有保存曲面拓扑信息和网格自组的功能,能够较准确地反映曲面的形状特征,同时对算法得到的网格数据进行了分析和处理,为坐标测量机的采样提供了一条简洁而高效的途径。     

混合滤波与改进双边滤波的点云去噪算法

激光扫描获取的曲面零件点云中包含的噪声点将影响零件的曲面拟合精度.提出了一种根据噪声分类分步降噪及光顺方法，利用kd tree结合K-means聚类算法去除离群点噪声，引入采样点曲率改进双边滤波因子，对非离群点噪声进行光顺.利用该方法对液力变矩器导轮叶片点云进行去噪，并与利用三坐标测量机接触式测量获得的叶片局部测量结果配准比较.实验结果表明，70%以上的接触式扫描测量点与利用本文方法去噪后的叶片点云之间的偏差在±10μm之间.表明该方法可以很好地保留扫描物体的几何特征，获得的点云模型能够满足后续模型重建的精度要求.     

样点邻域同构曲面约束的散乱点云曲率估计

针对现有点云曲率估计算法难以兼顾估计结果的精度与稳健性问题,提出一种样点邻域同构曲面约束的散乱点云曲率估计算法。以目标样点的邻域点集作为局部样本,采用二维Delaunay网格剖分与三维Delaunay网格过滤相结合的策略对局部样本进行曲面重建,获得插值于采样点集并与原表面拓扑同构的局部网格曲面;为稳健估计计算样点曲率所需的样点法向,通过局部网格曲面中顶点一阶邻域面的形状和尺寸确定邻域面法向的权重,以一阶邻域面法向的加权和作为法向估计结果;基于网格曲面顶点一阶邻域面初步估计样点曲率,进而根据邻域样点与目标样点间测地距离对初步估计结果进行平滑修正获得最终曲率估计结果。实验结果表明,所提算法可有效反映曲面特征并兼顾样点曲率估计的精度和稳健性,实现样点曲率的平滑过渡;相比于Meyer提出的Voronoi算法,所提算法对采样精度较高的点云数据可保证与其相当的计算精度,对存在噪声的点云数据计算精度和稳健性均可提高1～2倍。     

插值Loop曲面细分算法在堆焊自由曲面重建中的应用

针对堆焊自由曲面焊缝形貌不规则致使焊缝识别精度低、自动焊接困难的问题,提出了一种利用插值Loop曲面细分算法对旋转电弧传感器采集的堆焊焊缝三维形貌数据进行曲面重建的方法。首先,采用格拉布斯(Grubbs)检验算法对异常采样点进行滤波处理,得到质量较高的形貌数据;然后,采用局部最优Delaunay算法对形貌数据进行初始三角网格剖分;最后,利用插值Loop曲面细分算法对初始三角网格进行曲面细分,实现焊缝三维形貌重建。结果表明,此方法的曲面重建效果良好,降低了初始三角网格剖分的误差,实用性强。     

基于图像灰度信息的三维曲面测量方法应用

提出一种由图像灰度信息恢复三维形状的自由曲面测量方法,以自然方式提取物体表面的形状信息,实现了系统间的信息集成。介绍了一种适合于自由曲面测量的改进光照模型及其参数的确定方法,给出了基于改进光照模型的由单幅灰度图像和单目多幅灰度图像的曲面重构算法,并用数字相机拍摄的实际图像对算法进行验证-结果表明该测量方法有效可行。     

机器人曲面磨削轨迹的曲率自适应规划算法研究

机器人在曲面类零件加工中应用日趋广泛,针对自由曲面轨迹规划困难、工件表面粗糙度均匀性难以控制等问题,提出一种能适应曲面曲率变化的机器人曲面磨削轨迹规划方法.基于赫兹理论分析机器人磨具与工件表面的接触应力变化,通过求解材料去除模型计算出曲率影响下的相邻磨削轨迹行距,得到了曲率自适应的磨削轨迹;然后通过恒等弦高误差算法求解...     

自适应直接取样岩心三维重建算法

由于直接取样算法在重建过程中引入了多个需要手动调节的参数,使其在实际运用中具有一定的难度.针对这一问题,提出了一种自适应直接取样岩心三维重建算法.首先,使用三级网格对图像进行逐级重建;其次,使用高斯加权来提高模式匹配的准确性;然后,根据待匹配数据事件的条件数据点自适应的选择模式搜索范围,将距离最小模式的中心点赋给待模拟点;最后,使用算法与传统直接取样算法分别对多张储集层岩心图像进行三维重建.通过比较重建结果与真实结构在统计分布、孔隙结构上的差异,证明了算法的有效性.     

基于智能预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知接触环境表面上进行柔顺力控制问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种智能预测算法,此算法通过三种预测因子预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹,并考虑环境曲率和刚度变化的特点.为了验证预测算法的有效性,构建了开放式的机器人力控制系统,在不同期望力、不同跟踪速度下对非规则受限表面进行了力控制实验研究,分析了受限系统中未知环境参数对接触力的影响.实验结果证明该方法对未知接触环境的变化具有较强的适应能力.在实验条件下,稳定状态下的力控制误差可以控制在3%之内.     

基于多优化快速扩展随机树算法的足球机器人路径规划

研究RoboCup比赛未知环境中足球机器人的路径规划问题。提出一种多优化设计快速扩展随机树(rapidly exploring random tree,RRT)的足球机器人路径规划算法,解决了足球机器人在路径规划中存在的速度慢、效果差的问题。依据基本RRT算法原理,针对其随机性强、收敛速度慢以及路径平滑效果差的缺点,提出了随机采样点处增加引力分量、多步扩展逼近目标点以及冗余节点的剪裁与路径平滑等优化方式。在不同障碍物地图中的仿真实验表明,优化的规划路径长度比基本快速扩展随机树算法所得路径缩短约20%～30%,采样点数量减少45%～65%。最终将优化算法移植到SimRobot仿真平台,结果表明多优化设计RRT算法在未知环境中具备良好的实时性和鲁棒性,能够满足机器人在赛场上的路径规划要求。     

工业机器人功率等效模型与参数辨识

针对工业机器人能耗复杂,动态性强,实时功率难以预测的问题,在对机器人系统中永磁同步电机、伺服驱动器等功能部件能耗分析的基础上,提出了工业机器人功率等效模型.该模型通过高阶多项式建立起机器人损耗功率与电机扭矩、电机角速度的映射关系,其系数通过最小二乘法求解,可以在机器人电机参数未知的条件下进行功率预测.结果表明,基于功率模型的理论计算值和实验测量值的均方根相对误差为8.11％,证明了功率模型和辨识参数的正确性.     

基于滤波与平滑的曲线重构

提出了一种算法用于从散乱点云中重构曲线，点云通过一个滤波器后被细化．当点云足够细时，可以非常容易地给它定序，从而可以对点云进行曲线拟合或逼近；对于厚度变化不均匀的点云，将半径固定的选点窗口进行改进，引入一个自适应算法，能随点云厚度的变化调整窗口半径，改善滤波器性能．数值实验表明，算法简单、快速、有效，尤其当点云密度很大且厚度不均匀时，曲线重构的效果更好．     

车灯模具侧花纹无干涉刀具路径规划算法

在分析了车灯模具侧花纹的设计与加工特点后，基于平面与自由曲面求交理论，提出了一种车灯模具侧花纹无干涉刀位路径规划算法．该算法以脱模方向的法平面为参考，求出花纹约束线的投影线段，然后根据加工参数计算出投影线上的离散点．所有离散点处的法平面与组合自由曲面的交线即为刀位轨迹线．最后对刀具路径作了无干涉工艺优化．实例表明，本算法满足由直线和圆弧组成的花纹约束线所定义的车灯模具侧花纹的设计与加工要求．     

基于三次非均匀B样条曲线的机器人轨迹规划算法研究

针对机器人末端轨迹为自由曲线问题,研究了三次非均匀B样条曲线插补算法。该算法能够根据任意分布的示教点,通过曲线反算求出原曲线。针对曲线速度规划中减速点难以预测的问题,提出以复合柯特斯公式进行曲线积分,求出曲线长度,并通过曲线反向拟合将机器人运行位移实时地转化为插补点。同时为了减小震荡,利用曲率极值点对曲线进行了分段速度规划,从而达到在曲率极值点处进行减速的目的。最后,通过一个仿真实例,证明了该算法的有效性。