臭蜣螂唇基切土减阻的力学分析

对臭蜣螂头部的激光三维扫描点云进行简化处理,在三维坐标系中建立垂直平面截取部分唇基实体,并将其简化为三面楔模型,进行不同运动方向的受力分析。结果表明,在臭蜣螂挖土打洞过程中唇基有利的挖土切割方式主要为滑移切割,这种切割方式基于唇基天然的优化形状,即半圆形的刃口形状和特定的曲面变化。并发现唇基曲面形状对减小挖掘阻力具有重要作用。最后分析了臭蜣螂唇基潜在的仿生应用,其天然优化的形状和切割角的自动调节可指导地面机械的仿生设计。     

臭蜣螂唇基表面轮廓曲线数学模型建立及分析

利用蜣螂头部的激光三维扫描数据点云抽取蜣螂头部的表面轮廓线数据,用最小二乘法进行数据拟合,求取以高斯函数类表示的曲线拟合方程。通过计算得出拟合曲线的曲率和二阶导数并绘制了曲率图和二阶导数图。通过拟合曲线的曲率图和二阶导数图的变化,对蜣螂头部表面轮廓线进行了分析,认为蜣螂头部特定的几何外形对其挖土打洞具有重要的作用。     

蜻蜓膜翅前缘脉的纳米力学性能

利用激光三维扫描系统测量了黄蜻膜翅样品的几何外形,获取了黄蜻膜翅几何表面的外形数据点群.利用逆向工程软件对黄蜻膜翅点群数据删除跳点、坏点及与研究无关的数据点并进行平滑和精简处理.根据黄蜻膜翅的外形特征,通过框选点群命令,从点群数据中提取其边界曲线,并对曲线进行调整,将调整好的边界曲线两两拼接在一起,形成黄蜻膜翅较完整的边界曲线.采用由点和曲线形成曲面中的混合点群加边界曲线的造型方法,成功进行了黄蜻膜翅外形三维几何曲面模型的重构.     

基于逆向工程的黄蜻膜翅几何数据采集与处理

利用激光三维扫描系统测量了黄蜻膜翅样品的几何外形,获取了黄蜻膜翅几何表面的外形数据点群.利用逆向工程软件对黄蜻膜翅点群数据删除跳点、坏点及与研究无关的数据点并进行平滑和精简处理.根据黄蜻膜翅的外形特征,通过框选点群命令,从点群数据中提取其边界曲线,并对曲线进行调整,将调整好的边界曲线两两拼接在一起,形成黄蜻膜翅较完整的边界曲线.采用由点和曲线形成曲面中的混合点群加边界曲线的造型方法,成功进行了黄蜻膜翅外形三维几何曲面模型的重构.     

基于Geomagic Wrap和Design X铁锨逆向设计

铁锨作为人们户外活动的重要设备之一,使用范围越来越广,样式越来越多,逆向设计可以缩短铁锨设计周期。运用三维扫描仪获取铁锨的点云数据,并运用Geomagic Wrap中手动注册获取模型的完整点云;对数据进行处理,得到铁锨外形的三角面片;运用曲面拟合命令获取模型的各个曲面并剪切,得到曲面模型,运用赋厚曲面得到模型的实体。     

逆向工程对勺轮式排种器的三维模型优化

针对目前精量播种中排种机构设计周期长等问题,以勺轮式排种器为研究对象,提出一种优化改进中三维模型重构的方法。应用光学三维扫描仪对勺轮式排种器的外形点云数据进行采集,通过Geomagic Studio软件对采集的勺轮式排种器外形点云数据进行处理,得到勺轮式排种器外形的NURBS曲面,将其导入UG软件中对其进行三维模型重构,最终得到该排种器的三维模型,生成的模型与实物之间的最大偏差为0.031mm,为后期优化改进提供方便。通过实践发现,相对于传统设计方法,逆向工程可以高效完成复杂曲面零件的逆向设计,缩短产品开发周期。     

基于逆向工程技术的鼹鼠前爪趾甲几何模型

利用三维激光扫描系统对鼹鼠前爪趾甲的表面进行扫描,获得趾甲腹面和背面的表面数据点云,对扫描数据精简、平滑处理后,采用点-线-面方法进行了曲面重构,最后进行了重构曲面模型精度分析.分析表明,鼹鼠前爪趾甲重构曲面模型满足精度条件,为后续的几何形态定量分析提供了模型基础.     

基于Geomagic的叶片逆向建模与偏差对比分析

针对自由曲面类零件造型及误差评估困难等问题,提出一种基于Geomagic软件快速建模与偏差分析方法。利用三维扫描测量仪扫描获取叶片外形点云数据;通过GeomagicWrap软件对点云数据进行优化处理;再以Geomagic DesignX快速截取零件关键特征曲线的方式快速建模;最后对建模特征进行体偏差分析。结果表明,该方法可便捷提取零件的关键特征曲线,达到快速建模的目的。     

基于逆向工程的饲料搅拌机刀片三维造型设计

针对TMR饲料搅拌机梅花刀刀刃曲线复杂,不易找出曲线方程进行正向设计的问题,利用逆向工程技术得到梅花刀的三维模型。利用非接触式激光扫描仪对梅花刀片表面进行三维扫描,并获取三维点云数据,研究曝光率对扫描结果的影响;利用Geomagic Studio软件对点云数据进行优化处理;利用Geomagic Design软件对刀片曲面进行重构;利用Geomagic Control将重建后的三维几何模型与原始点云数据进行误差对比分析,完成逆向工程技术在梅花刀片结构设计中的应用初步研究。     

基于逆向工程的摇臂杆零件的快速成型

使用专业的三维扫描装置获取摇臂杆零件的点云数据,对点云数据进行精确的处理以及曲面重构,得到摇臂杆零件的曲面模型,最后将曲面模导入3D打印机,完成摇臂杆零件的快速成型制造.结果表明:基于逆向工程与快速成型技术可以比较精确地还原实体的各项特征,能够缩短新产品的研发周期,降低制造成本.     

臭蜣螂股节表皮纳米力学性能测试

固体材料性能在纳米尺度和宏观尺度下明显不同。纳米测试技术的发展为固体材料(包括生物材料)的纳米力学性能研究提供了手段。已有研究表明甲虫表皮具有层状复合材料结构，这种结构在垂直方向的尺寸为微米或纳米量级。进行了试样制备方法的探索，介绍了纳米力学测试的基本原理，利用纳米硬度计对臭蜣螂前足股节表皮进行了纳米力学性能测试。证实纳米硬度计可有效地对甲虫表皮的纳米力学性能进行测试，发现臭蜣螂前足股节表皮在纳米尺度下出现粘弹现象和蠕变效应，在最大载荷时的保压过程中，压痕深度与时间的变化关系基本符合蠕变幂律公式。     

肋条型仿生镇压辊减粘降阻试验

基于臭蜣螂腹侧面的几何结构,设计了9种肋条型仿生镇压辊。肋条结构采用具有良好疏水性的超高分子量聚乙烯材料。采用L9(34)正交表,考察了土壤干基含水率为20%时,肋条结构底面宽度W、高宽比R、镇压辊载荷F和面积比K对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。结果表明:在试验条件下,与普通镇压辊相比,仿生镇压辊在保证适宜玉米生长容积密度前提下具有明显的减粘效果,减粘率最高可达41.08%;合理的肋条结构尺寸可使仿生镇压辊的减阻率达11.75%~39.40%。采用极差法对试验结果进行分析,得到了影响镇压辊粘附土壤量和牵引阻力因素的主次顺序及最优水平,并探讨了各因素对镇压辊粘附土壤量和牵引阻力的影响。     

几何非光滑典型生物体表防粘特性的研究

研究表明,几何非光滑体表是土壤动物减粘降阻的原因之一。通过对典型土壤动物蜣螂的大量观察、实验研究和表面分析,发现其体表不同部位具有不同的几何非光滑;将土壤力学与生态学相结合,还探讨了在粘湿环境中蜣螂非光滑体表与不同触土方式的关系及其对防粘特性的作用机理。     

复杂环境下肉牛三维点云重建与目标提取方法

基于点云采集技术的非接触式测量能够缓解肉牛在采集体尺体重等参数时的应激问题,但采集肉牛的三维数据耗时长且易受环境干扰而产生大量无关噪点,难以适应实际养殖环境需求。为解决该问题,本研究开发了一种非接触式肉牛三维点云重建与目标提取系统与方法,采集的肉牛三维点云可为肉牛育种育肥提供大量标准化和三维量化表型数据。三维点云采集系统由Kinect DK深度相机、红外对射光栅触发器和射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）触发器组成,可在肉牛自由通过步行道的瞬间实现肉牛点云的多角度瞬时采集。肉牛点云目标提取方法基于C++语言与点云处理库（Point Cloud Library,PCL）开发,通过空间直通滤波、统计学离群点滤波、随机抽样一致（Random Sample Consensus,RANSAC）形态拟合与点云抽稀、基于降维密度聚类的感知盒滤波等算法有效滤除与肉牛紧贴的栏杆等干扰,不破坏点云的完整性,实现肉牛点云的三维重建与分析。在养殖场中对20头肉牛进行了124次点云采集与目标提取试验。结果表明,重建的肉牛三维模型与肉牛真实形态1:1对应,系统的采集成功率为91.89%,采集的点云与真实值相比,体尺重建误差为0.6%。该系统与方法可以在无人干预的情况下,实现多角度肉牛点云数据的自动采集与三维重建,并从复杂环境中自动提取目标肉牛的点云,为非接触式肉牛体高、体宽、体斜长、胸围、腹围和体重等核心表型参数的测量提供重要的方法支撑,促进肉牛育种和育肥的标准化管理。     

轴流式水轮机叶片曲面重构技术

详细讨论了散乱点云数据采集、点云数据的预处理、点云三角化、采用NURBS为基础的曲面重构方法以及曲面光顺与精度检测等方面内容,为具有自由曲面特征的叶片类部件提供了曲面重构流程.针对基于散乱数据的轴流式水轮机叶片外形曲面重构问题,在阐述模型重构过程基本理论的基础上,根据曲面特征进行区域分块,提出了基于流线和轴面截线构造矩形域曲面片的方法,获得了符合设计要求的叶片实体模型.研究结果表明：该方法重构的数字化模型具有良好的光顺性和精确性,为后续作业奠定了基础,为逆向工程技术应用于流体机械行业提供了客观依据.     

基于非均匀细分的散乱点云数据精简算

针对海量散乱点云数据精简问题,提出了基于非均匀细分的精简算法.采用八叉树结构对点云数据进行空间分割,由分割结果建立k邻域.对k邻域内的散乱点进行二次曲面拟合,以拟合曲面的平均曲率为判据决定是否对八叉树空间实行非均匀细分,细分过程中由数据点之间的最大间隔角决定细分程度.构造曲率差函数,识别出边界数据点,对其进行数据保护.该算法对具有曲率多样化特点的点云数据的精简具有实用性,通过实验验证了该算法的可靠性和准确性.