五自由度混联机构圆弧插补算法研究

提出了一种由两自由度并联机构和三自由度串联机构构成的五自由度混联机构-2SPU+U+RRR。建立了该混联机构的三维模型并搭建了试验样机,通过分析将其等效为U+RRR串联机构。对等效后的U+RRR串联机构进行运动学正反解分析,并验证了正反解求解的正确性,同时对两自由度并联机构进行了运动学反解计算,为机构控制奠定了理论基础。针对传统空间圆弧插补算法计算的复杂性,提出了一种基于等弧度数据采样的新型空间圆弧插补算法,简化了插补算法的计算量。通过Matlab仿真和样机实验,验证了上述插补算法的正确性。     

H形并联机构运动学分析与样机精插补控制实验

对一种两自由度的H形并联机构进行了运动学分析,求出了其机构自由度,运用运动学叠加原理求出了其位置正解和逆解,利用Jacobian矩阵的条件数对其进行了运动性能评价,分析了其可达工作空间。计算结果表明该机构Jacobian矩阵的条件数恒等于1,具有优越的各向同性性能和广阔的可达工作空间。通过齐次坐标变换和矩阵分解对其位置逆解模型进行了进一步分析,得出该机构输入坐标与输出坐标轨迹具有几何相似的特点,并推导了输入与输出之间合速度及合加速度的关系,据此提出了使用通用的插补控制器对其进行精插补控制的方法,而不必开发专用的插补控制器。制作了该机构的样机,对其进行了精确定位、直线/圆弧插补、连续插补等实验,实验结果证明了所建模型的正确性。     

砂轮磨削加工斜齿轮的插补修整研究

以斜齿轮为研究对象,研究了砂轮磨削加工斜齿轮时,齿轮精度的评价标准以及误差产生的原因。在此基础之上,引入了两种插补修整方案,分别分析了直线插补修整和圆弧插补修整的实现原理。根据相关理论研究,在数控机床上进行了实验加工,并对试件进行了在线测量。在线测量的结果表明,圆弧插补修整优于直线插补修整,可以提高被加工斜齿轮的精度。     

基于神经网络的数控插补容错技术

提出将神经网络和模糊数学应用到数控系统软件设计领域,以实现数控插补容错技术,提高软件可靠性.为了验证该方法的可行性,对基于神经网络的NURBS插补模块进行了实验研究,并对速度、加速度、插补精度、神经网络预测精度、容错和实时性等方面进行了分析.实验结果表明,基于神经网络的插补模块在保证加工要求的前提下实现了数控插补软件容错技术,为提高数控系统软件的可靠性提供了新的途径.     

五轴加工刀触点路径非线性误差补偿与修复方法

自由曲面五轴加工时,两个旋转坐标参与线性插补会引起刀具与曲面的实际切触点(刀触点)偏离预设的刀触点线性轨迹,形成刀触点路径的非线性误差。为有效降低该误差,提出一种基于理想刀触点路径的非线性误差补偿与修复方法。通过分析刀具姿态变化引起刀触点路径非线性误差的产生机制,分别建立机床运动学变换模型和刀触点路径的非线性误差模型,根据当前插补刀心点求出与之相应的插补刀触点,再求出插补刀触点与刀触点路径间的空间距离和垂足位置坐标,进而分别确定非线性误差的补偿距离和方向,对插补刀心点的位置进行实时修复后,再完成对5个进给轴的伺服控制。仿真结果表明,该方法能有效降低刀触点路径的非线性误差,对提高五轴线性插补时刀触点轨迹的控制精度具有实用价值。     

逐点比较法椭圆插补运算研究

提出了一种可实现椭圆弧曲线加工的插补运算方法,通过对椭圆弧曲线加工的运算分析,推出不同象限插补运算计算公式及进给方向,并通过实例分析,验证该方法的可行性,为椭圆弧曲线加工进一步研究及应用提供理论依据。     

基于VB的数控插补轨迹仿真教学软件设计

文章重要剖析了逐点比较法和数字积分法在直线和圆弧中插补轨迹运算.根据插补原理,给出流程图,编辑插补软件,设计插补程序代码,最后生成插补仿真结果.通过灵活运用VB可视化、交互式的软件设计优势,制做出形象的插补软件,提高了高校授课质量和效率,具有操作方便和成本低廉等优点.     

自由曲面研抛加工的直接插补控制

研抛加工的目的是成型质量均恒的精密表面。基于自由曲面研抛加工的直接插补控制,本文就残留高度与研抛轨线间距、工具头半径、曲面曲率半径间的关系,插补误差与插补步长、工具头半径、曲面曲率半径间的关系等问题展开了讨论,揭示了其相关规律,并在此基础上给出了以许用误差为控制目标的研抛加工路径规划、插补综合控制策略。实验数据表明,该控制策略误差目标可控,误差控制效果明显。     

大模数少齿数螺旋齿面的四轴加工与仿真

针对大模数少齿数螺旋齿轮的加工特点，结合渐开线和摆线的性质，利用微分几何工具计算出该类曲面的法矢，作为选取球头铣刀半径的依据。由于铣刀每完成一个行程后，还要进行轮廓插补，采用一种新的渐开线轮廓插补方法，并将插补轨迹换算成球头铣刀的刀心轨迹。分析了插补误差产生原因并提出控制方法。以一转子齿轮为例，仿真其加工过程。结果表明，本加工方法具有高效、高精度特点。     

高速高精度加工中NURBS曲线混合插补算法

研究零件复杂表面高速高精度加工的NURBS曲线参数直接插补方法,结合FIR数字滤波器原理,提出了一种NURBS曲线混合插补算法.在保证零件加工精度的前提下,实现基于S型速度曲线的加减速控制,使运动速度准确平滑;同时.算法中不需要插补前瞻计算,显著缩短了NURBS曲线插补算法运算时间.     

基于数据同化的地下水埋深插值研究

以西北干旱区典型县域磴口县为研究区,以2015年8月份40个地下水采样点的样品数据为基础,引入集合卡尔曼滤波(En KF)数据同化将其优化作为主变量,以蒸散发量反演结果以及归一化植被指数(NDVI)数据为协变量,进行协同克里金插值,同时与未采用同化的协同克里金插值结果以及经同化采用普通克里金插值结果进行交叉验证。结果表明:三者在较大空间尺度上对地下水埋深空间分布趋势的模拟基本一致,南部沙漠地区整体较高,在空间分布上表现为明显的地理规律性。同化后的数据进行协同克里金插值的结果改善最显著,平均误差、均方根误差、平均标准误差均优于未同化插值结果,其中平均误差仅为0.270 5 m。与普通克里金插值方法相比,协同克里金插值考虑蒸散发与NDVI的协同作用,精度明显提高,平均误差减小0.409 7 m,均方根误差减小0.078 4 m,平均标准误差减小1.016 7 m。     

基于含避障角人工势场法的机器人路径规划

针对基于距离的人工势场法(Artificial potential field,APF)存在的局部极小值问题,提出了一种含避障角的人工势场法的避障路径规划方法。在平面环境中,采用斜率判定路径规划过程中的位置关系,通过机器人当前点到障碍物的距离与障碍物的影响半径二者之差得出人工势场法中的排斥力,并对排斥力的偏转角进行调整;另外,在空间环境中利用圆弧插补理论将机器人平面避障问题转换为空间避障问题;基于机器人构型配置对改进人工势场法进一步完善以满足实际避障要求。仿真和实验研究结果表明,含避障角的人工势场法,在单个或多个障碍物环境中进行避障路径规划时解决了局部极小值的问题,同时实现了6自由度机器人末端在避障时的轨迹曲线平滑无振荡,验证了所提出避障路径规划方法的可行性。     

基于插值方法的温室温度场可视化仿真分析

温室自身的结构特点导致其内部温度分布并不均匀,在不同区域的温度存在相对较大的差异,了解温室内部温度分布情况对于优化温室结构、调控温室环境具有重要的意义。在传感器采样的基础上对数据插值,对比不同插值数据数量对温度分布图像的影响,选择出适宜的插值数据数量,利用插值结果与传感器采集数据对比计算误差,并通过实际运算测试不同插值方法的运算速度和数据图像化结果。试验结果表明:以传感器精度和温度差为依据插值数据量满足图形绘制要求,不同的天气情况下温度波动对插值误差的影响较大,Cubic、Natural、Liner插值运算的误差结果近似,平均误差均在1.5℃内。Liner插值方法运算速度最快,平均每次运算2.816 s,适用于需要大量进行温度场运算的场景;Cubic插值方法计算相对精确,适用于某一时刻的温度场的仿真计算。     

基于RBF神经网络的土壤有机质空间变异研究方法

通过研究土壤性质的空间变异和空间插值方法,快速准确获取土壤性质的空间分布是精确农业和环境保护的基础。该文以四川眉山一块约40 km2的区域为试验区,采集表层土壤（0～20 cm）样点80个,利用径向基函数(RBF)神经网络建立空间坐标和邻近样点与土壤有机质间的非线性映射关系（RBF2）,模拟土壤有机质的空间分布。与普通克里法（OK）和仅以坐标为网络输入的神经网络方法（RBF1）相比,RBF2的插值精度有显著的提高;相同样点密度下其相对预测误差分别较OK和RBF1减小了9.87%、1.97%（样本A）和13.09%、2.36%（样本B）;即使样点数减半的情况下RBF2的相对预测误差也分别较OK和RBF1减小了10.23%和2.33%,并且插值图差异相对较小,可以更好地反映土壤有机质空间分布的异质性。因此,利用以坐标和邻近样点为输入的神经网络方法可以相对准确、快速地获取区域土壤性质空间分布的异质性信息。     

河南省冬小麦年均需水量空间插值研究

解决冬小麦的需水信息通常采用水量的空间插值方法,而在众多空间插值方法中,没有绝对最优的空间插值方法,只有特定条件下的最优方法。对河南省的25个灌溉站点的冬小麦年均需水量数据,采用4种空间插值方法对各站点冬小麦年均需水量进行研究,综合分析得到,4种插值方法都能很好地反映25个站点的冬小麦年均需水量,无明显的系统误差,比较而言,整体多项式插值法最优。     

基于GIS空间插值的降水分布模拟方法比较研究

为了获取区域最优插值方案,模拟降水空间分布信息,基于1960-2015年湖南省87个气象站点资料,利用ArcGIS 10.2软件平台,采用克里金法、反距离权重法、样条函数法和趋势面法对研究区近56 a年均降水量进行空间插值,通过比较各插值方法的插值精度获得适合区域的插值方法,并分析了研究区降水空间分布特征。结果表明:湖南省降水空间插值受多因素影响,具有不确定性。交叉验证显示幂值为4的反距离权重法插值精度较高,基于TENSION模型的样条函数法次之,基于三角函数模型的克里金法精度略差,阶为2的趋势面法插值精度最差,然而4种插值方法一定程度上均能反映湖南省年降水量的空间分布特征。此外,不同插值方法插值结果存在差异性,其中,普通克里金法插值面较为粗糙,反距离权重法和样条函数法插值面较为光滑,趋势面法插值结果较为单调。     

降水量的空间变异性和空间插值方法的比较研究

为了比较降水量空间变异性研究的各种空间插值方法的优劣，选择无定河流域，运用逆距离加权法、趋势面拟合法、样条插值法、普通Kriging法和泛Kriging法等空间插值方法对流域的降水量进行了插值及空间场的变异分析。就普通Kriging法而言，结果显示降水量半变异函数符合一般的球状模型。把各种插值的连续空间分布与实际观察数据进行比较，结果表明：几种插值方法并无显著差异，但其中以普通Kriging法和逆距离加权法整体效果最好，尤以普通Kriging法环形模型最佳。最后分别运用上述插值方法对流域的降水量进行了空间插值并成图。     

土壤养分空间变异性研究

土壤养分空间变异性是指导土壤养分管理、科学施肥的重要依据,已经引起了广泛的关注.为此,从研究尺度、插值方法、采样方式和采样密度3个研究方向对土壤养分空间变异性研究进展进行了概括和总结.同时,指出探索适合不同尺度的插值方法、采样方式和采样密度仍是今后进一步研究的方向,而综合利用多种技术手段建立土壤养分的时空过程模型,将可能更有助于土壤养分变异性特征的表达.