样条权函数神经网络在机械手逆运动学中的应用

针对传统神经网络算法中存在的缺陷,提出了一种样条权函数神经网络,并将其应用于机械手的逆运动学求解中。该类型的神经网络结构简单,训练得到的权值是由三次样条函数组成,而非传统神经网络的常数,通过求解线性方程组得到三次样条函数的表达式。所以本算法不存在局部极小、收敛慢等缺点,仿真证明该算法具有较高的精度。     

基于流形的封闭曲线光顺优化插值方法

为了将基于流形的封闭参数曲线构造方法引入工程实际应用中,在研究此类封闭曲线上点的一二阶导矢量计算方法以及节点矢量的确定方法基础上,提出了结合整体光顺优化方法的、在插值点处G1连续的任意次封闭参数曲线插值方法,该算法弥补了常规插值算法未考虑插值曲线光顺性的缺陷,使得所得到的插值曲线在满足给定约束条件下尽可能地光顺,最后以实例验证了本文算法的有效性。     

摄像机参数的三线性插值误差补偿标定方法

提出了一种摄像机标定方法并应用于某轿车翼子板的非接触检测.该方法通过虚拟靶标构建空间点阵,应用SUNSAN算子准确提取角点坐标,并代入摄像机模型,逆向求解空间点的坐标及与真实坐标的误差值,以此误差作为判断依据,通过迭代更新求解摄像机参数,直到平均误差小于某一预定值,然后基于空间三线性插值算法进行误差补偿,从而求解待测点的误差.实验证明此方法计算迅速、稳定、准确,检测精度达到亚像素级.     

狭闭空间内苗盘物流化搬运机器人运动规划与试验

针对植物工厂狭小密闭工作空间(狭闭空间)内大范围作业需求,提出了一种应用于植物工厂内部的物流化搬运机器人。采用D-H法建立连杆坐标系,通过求解运动学正解对机器人运动空间进行分析,在此基础上,采用边界追踪法规划了一种满足植物工厂立体式培育特点的滑切式搬运最优轨迹,提取轨迹上若干点,求解提取点运动学逆解,采用三次样条插值拟合机械手臂关节变量随时间变化函数,并在实验室中搭建育秧环境可自动调控的立体式育秧平台进行试验,控制机器人按照最优轨迹运动,应用高速摄像技术对实际运动轨迹进行记录,试验结果表明,实际轨迹和最优轨迹最大绝对误差为8 mm,在误差允许范围内,可以完成植物工厂内所需的搬运作业功能。     

三种点雨量插值方法的比较研究

对距离反比、普通Kriging和PRISM三种常用点雨量插值算法进行了原理、适用范围和优缺点的对比分析。根据雨量站点的平面三角几何关系，提出了参证插值站点的选择方法，使得参证插值站点的选择更合理。通过具体实例指出没有最优的点雨量插值方法，应该根据站点布设、雨量资料、地理位置和服务对象等特点，选择适当的插值算法或算法组合以及参证站选取算法，才会得到较好的插值精度。     

离心泵可控包角圆柱形叶片型线方程

为进一步改善低比转速叶轮性能,针对低比转速叶轮广泛使用的圆柱形叶片的叶片包角都是由叶片型线的进、出口边条件确定的常数,以极坐标系下的插值方法为基础,导出了一种新的圆柱形叶片投影曲线的插值方程,这一平面曲线的主要特点是其包角可作为设计常量由设计人员根据需要事先给定.给出了基于艾尔米特插值方法的曲线方程的推导过程和结果,即在根据给定叶片包角后,在边界条件支持下,通过计算获得了艾尔米特插值函数的相关四项表达式.同时分析了曲线的部分几何特征,通过微分证明了这一曲线在进、出口半径处,叶片安放角等于给定值,且曲线包角等于给定值.这一新颖的圆柱形叶片将有利于改善圆柱形叶片的水力性能和水力效率.     

基于点云数据的NURBS曲面重建研究

提出一种基于点云数据的NURBS曲面重建方法,针对数据点的分布不均匀性,进行非均匀B样条曲线控制点的反算,通过累积弦长法构造非均匀节点矢量,保证了曲面的插值精度和曲面重建的质量。     

用数值方法求解离心泵运行工况点

正确确定水泵工况点是水泵优化选型、泵站优化设计以及泵站安全经济运行的必要条件。用离散点描述离心泵流量与扬程性能曲线,非离散点的水泵性能参数采用三次样条插值获得。根据水力学原理建立了求解离心泵单泵运行、并联运行和串联运行工况点方程组,给出了采用数值方法的二分法的计算步骤。提出了求解离心泵运行工况点的一种新方法。以某供水工程取水泵站为例,利用MATLAB编程求解,得到正常工作时4口井12台同型号潜水泵并联运行的工况点。算例表明提出的离心泵运行工况点数值计算方法是可行的。     

基于插值算法的靶标三维激光点云数据补偿研究

农用车辆搭载二维LiDAR传感器沿果树行行驶可获得靶标的三维点云数据。果园环境复杂,靶标探测传感器易出现噪声或数据丢失的情况,同时,搭载传感器的农用车辆行驶速度不均匀会引起获取的三维点云数据分布不均匀。为减少上述问题引入的测量误差,提出了一种插值算法对靶标三维点云数据进行数据补偿。首先,分析靶标原三维点云数据中每两个激光扫描面之间的距离差,查看数据分布均匀程度;然后,设置期望的距离差值作为插值算法的输入变量,遍历计算整个数据向量中的插值点个数;最后,循环调用插值函数进行插值直到插值点个数递减为零。其中,插值算法单次作业流程为查找定位、计算插值扫描面个数、计算插值扫面数据、数据补偿与数据返回。试验结果表明,对仿真树的三维点云进行插值补偿,相邻扫描面之间距离差值的期望值为0.03 m和0.02 m时,分别插入了13组和22组数据。通过插值算法补偿后的靶标三维点云数据更加完整,为后期基于靶标三维点云数据提取计算施药参数奠定了基础。     

泵性能测试曲线分段最小二乘多项式拟合算法

针对现有水泵性能测试曲线拟合算法单一、对水泵非稳定性状态不规则、马鞍形等形状数据拟合精度差、近似效果不理想甚至丢失真实试验数据特性的现状,通过比较水泵性能曲线的各种拟合方法,分析了不同拟合方法在水泵特性曲线拟合中的优缺点,并针对特殊的水泵马鞍形性能曲线,设计了分段最小二乘多项式拟合方法.为了保证分段拟合曲线的连续可导性,在分段最小二乘拟合曲线的基础上,对各相邻分段曲线的分段点采用插值拟合的方法进行连接.最后通过试验验证,分别采用分段三阶最小二乘拟合算法和五阶最小二乘拟合算法对试验数据进行拟合,并对拟合结果进行对比分析.结果表明:采用分段最小二乘多项式的拟合方法对复杂特性曲线进行拟合,可以提高拟合曲线的拟合精度,并保证了拟合曲线的连续性.     

6-UPS并联机器人快速正向运动学研究

根据平面平台型6-UPS并联机器人的结构特点,选取3个代表点的空间坐标作为参数来描述动平台的位置和姿态,结合3个代表点之间的约束条件,建立9个参数的一次与二次多项式方程组,通过对方程组进行消元处理,最终得到6个未知数表示的二次多项式方程。针对所获得的二次多项式方程组特点,改进传统牛顿-拉夫森数值迭代算法,并将其用于并联机器人的一般六维二次多项式方程数值求解,迭代算法收敛并可得到唯一解。数值算例表明,在同等条件下,传统旋转矩阵方法的计算时间为1. 42～2. 67 ms,所提代表点算法计算时间为0. 14～0. 23 ms,大大减少了计算时间,提高了收敛速度和计算效率,为并联机器人高性能闭环实时控制奠定了良好基础。     

同轴电缆电磁波反射技术测试土体

从电磁波传播方程出发，基于时域有限差分法（FDTD）进行离散求解，获得了适合含水量测试同轴电缆电磁波反射系统的FDTD方程。在此基础上用Matlab编制了程序进行模拟计算，并与试验曲线进行比较。经研究发现，该方法对于含水量测试同轴电缆电磁波反射系统反射曲线的模拟，当测试对象为单一介质时符合良好，当测试对象为分层介质时有一定差距，但能较准确地模拟出曲线拐点从而可用于计算介质的介电常数，为模拟同轴电缆电磁波反射系统的反射曲线的反分析提供依据。     

基于微分模型的空间圆弧与椭圆弧插补研究

针对目前圆弧插补与椭圆弧插补在适用范围、计算效率与精度方面的问题,通过引入微分模型表达空间圆弧与椭圆弧,提出了基于微分模型的空间圆弧与椭圆弧插补方法,能实现空间任意圆弧与椭圆弧的插补。在空间圆弧插补中能实现零径向误差与零速度波动。在空间椭圆弧插补中能实现零径向误差与较低的速度波动。同时,该方法的插补过程统一了圆弧和椭圆弧的正逆插补,无需象限判断,因此插补流程简单高效。另外,该方法采用的插补点递推公式能转换为一系列简单的四则运算,因此插补计算效率高。仿真对比分析表明了该方法相对于目前的方法具有很大的优越性。最后,在自主开发的数控平台上实现了该方法并完成了试件的加工。     

四象限工况单双泵控差动缸控制性与效率对比

针对单泵控差动缸闭式系统需要补油单元及在负载方向频繁变化下运行速度波动的问题,提出了一种以液压蓄能器为低压油箱、单伺服电机驱动双定量泵的变转速双泵控差动缸闭式系统及其控制方法。分析了变转速单泵和双泵控差动缸闭式系统在四象限工况下的运行原理。在Matlab/Simulink中建立了液压挖掘机工作装置机构模型、单泵和双泵控差动缸闭式系统模型、速度开环和速度前馈加闭环的控制系统,并对所构建的双泵控差动缸模型进行了局部试验验证。以斗杆速度和铲斗空载为输入,通过仿真对单泵和双泵控缸闭式系统在挖掘机斗杆液压缸四象限工况下的控制性和效率进行了对比分析。结果表明,所提出的采用速度前馈加闭环控制的双泵控差动缸闭式系统,虽然总效率较单泵控差动缸闭式系统降低了4个百分点,但实现了差动缸流量的平衡,解决了由四象限工况造成的速度波动问题,且最大位移误差仅为4mm,系统及其控制方法对于差动缸的四象限工况运行是切实可行的。     

水泵全特性曲线的预测及对数值分析的影响

为了准确评估泵系统水力过渡过程特性并实施合理有效的水锤防护,基于水泵全特性曲线的Suter曲线表达形式,提出基于牛顿插值算法的水泵全特性曲线预测方法,进一步给出一种利用水泵基本特性曲线来修正水泵全特性曲线的数值变换方法.通过与常用的水泵全特性曲线预测拟合方法的比较,以及在泵站系统过渡过程计算中的应用分析,结果表明:基于...     

滴灌泵站调速工况等效性理论分析

为了探明滴灌加压泵站调速运行条件,分析了滴灌泵站运行特点,并在叶片泵基本方程基础上分析了滴灌泵站装置运行工况与离心泵调速运行工况之间的关系,以及影响调速工况等效性的因素。结果表明,虽然在理论上滴灌泵站调速运行中离心泵运行工况可以无条件等效,但是,实践中滴灌系统过滤装置水头损失升高,使系统装置特性曲线斜率增大,并且还随着水泵调速幅度的增加而增大,不仅使得水泵调速前、后工况效率不相等,还将导致滴灌系统不能正常工作。所以滴灌泵站的调速范围应小于允许的单泵调速运行范围。另外,水泵降速超过一定范围后造成叶轮内速度三角形夹角α2（叶轮出口处叶片的牵连速度与流体绝对速度之间的夹角）增大,叶轮水力条件不再相似,水泵调速前、后的运行工况的效率不再相等。本研究对完善滴灌泵站管理理论有帮助。     

一般6R机器人的高精度逆运动学优化算法

为提高一般6R机器人逆运动学算法的精度和效率,提出一种基于符号运算和矩阵分解的优化算法。对6个基础逆运动学方程作变换,采用符号运算预处理得到14个逆运动学方程,避免大量浮点数计算累积误差。利用其中6个方程与关节变量3无关的特点,将目标矩阵从24阶降低到16阶,包含的关节变量从3个增加到4个。把一元16次方程求根问题转换为矩阵特征分解问题,并选取较高数量级的相关数据元素计算关节变量,进一步提高了算法精度。以一般6R机器人为例,求解结果表明,提出的算法能够得到具有任意期望精度的最多16组实数逆运动学解。     

基于数值模拟的多级双吸式离心泵性能预测

以北赵引黄工程谢村站用多级双吸式离心泵为研究对象,基于雷诺时均的N-S方程,采用SSTk-ε湍流模型,压力速度耦合使用SIMPLEC计算,对泵内部流动进行了三维定常全流场湍流数值模拟,得到不同工况下该泵内部流动的速度矢量图等流场信息,在对其内部流动规律进行了定性分析的基础上,预测了泵的性能,并与现场测试结果进行了对比分析。分析结果表明,首级叶轮首级压水室以及次级叶轮次级压水室内流动较均匀;由于过渡流道的结构特点以及流动惯性,流体在首级压水室进入过渡流道时,在流道突然扩大区域形成了旋涡,旋涡区域大小与流量有关;预测扬程值与现场测试扬程吻合较好,预测扬程最大误差为2.7%,而预测的流量-水力效率曲线与现场测试流量-机组效率曲线变化趋势一致;水泵内部流动的数值模拟可为工程中泵设计阶段的性能预测和结构优化提供依据。     

拖拉机复杂曲面零部件数控加工刀位轨迹优化

拖拉机回转体曲面零件属于复杂的加工零件,在数控加工过程中由于编程的不同会导致加工工序和工艺等存在较大的差异,合理的刀位轨迹编程可以有效地提高数控机床的加工效率和加工精度。为此,将曲线拟合算法引入到了刀位轨迹优化过程中,并根据刀具加工步长和加工误差对刀位轨迹进行了密化插值优化,得到了加工精度较高的刀位算法。为了验证方案的可行性,对拖拉机犁耕装置的附加叶轮进行了结构分析,并成功提取了关键的曲面曲线型值点;然后,利用曲线拟合的方法得到了加工路线形状,对刀位轨迹坐标进行了提取,通过密化插值最后实现了刀位轨迹的优化。同时,利用UG软件生成了刀位轨迹,从而验证了刀位轨迹优化方案是可行的。