智能装配规划中的拆卸方向计算

提出了基于装配约束的离散化单位球面的拆卸方向计算方法．首先利用离散化的单位球面计算局部拆卸方向集,通过离散点坐标的加权平均求取拆卸方向集的质心;然后通过可拆卸性判断获得可行的全局拆卸方向．应用表明,该方法可有效地降低复杂产品拆卸方向求解的计算复杂度．     

三维几何约束的球面几何求解

研究了球面几何学在三维几何约束求解中的应用，提出了球面求解法．该方法建立在姿态约束与位置约束解耦的基础上，并以求解关键的姿态约束为主，一旦姿态约束被解出，则位置约束很容易求解；同时将表征刚体姿态的矢量映射到球平面上的点，将姿态约束映射为球平面上两点的距离，借助球面几何的知识，能够高效、直观地推理出多数情况下姿态约束的解析解，而特殊的情况则结合数值法求解，并很好地解决了数值法的初值问题．     

三维装配几何约束闭环系统的递归分解方法

由于现有几何约束分解方法无法分解三维装配几何约束闭环系统,故常采用数值迭代方法对其进行求解,但存在效率低、稳定性差等问题.为此,通过分析几何约束闭环图的拓扑结构和串联运动链的结构约束,提出基于串联运动链结构约束等价替换的三维几何约束闭环系统的递归分解方法.该方法通过不断地引入几何约束组合等价替换串联运动链的结构约束,从几何约束闭环系统中分离出可独立求解的子系统,实现几何约束闭环系统的递归分解.该方法可将此前许多必须整体迭代求解的三维几何约束闭环系统分解为一系列可解析求解的2个刚体之间的几何约束系统,明显提高了约束求解的效率和稳定性.最后用实例验证了方法的正确性和有效性.     

装配位置约束建模及求解

以基本几何约束组合统一表达装配约束,为提高求解效率,研究了姿态约束和位置约束的可解耦情况下位置约束的解析求解.将基本位置约束映射为移动空间并以参数方程表达,通过移动空间的增量解析求交,满足约束;在姿态约束和位置约束的不可解耦情况,联立基本约束进行整体数值法求解.文中方法保持了基本约束表达的独立性,适合于欠约束系统和完整约束系统.     

一类闭环约束的装配约束问题求解

分析了一种可以拆分为等价的开环约束的装配闭环约束问题.给出了等价性的定义,并提出一种该类闭环约束拆分为等价开环约束的方法.首先确定装配几何约束图上的闭环,然后对该闭环利用自由度归约加扰动判定是否从某一条边拆开.该方法能够较好的简化CAD软件中用户添加的装配约束,避免了因闭环约束造成的求解复杂度增加的情况,同时可以更好的表达实际装配的过程.     

三维装配约束求解的解析方法

以往的三维约束求解都是沿用二维约束求解中的数值迭代算法。该文归纳了装配建模中常用的三条假设,并在此基础上提出了三维约束求解的解析方法,与数值解法相比,该方法不仅有清晰的几何意义,而且能大大提高求解效率。     

基于自由度分析的三维几何约束推理求解

三维几何约束求解对于装配设计、装配工艺规划和并行工程等多个领域的研究具有重要意义。以自由度分析为基础，对冗余约束和约束冲突的情况进行判断。采用几何推理的方法，直接从零件上的点、线、面、圆柱面、球面等基本几何元素出发，对这些基本几何元素之间的位置关系进行分析，求解三维几何约束。避免了数值解法中对初始值的依赖和迭代过程的不稳定，提高了三维几何约束求解的速度和稳定性。     

特征向量变换求解装配约束的表示方法

基于装配零件的匹配特征的解析求解方法,利用装配特征的特征向量之间转换来确定零件之间的装配方向和相互位置关系．分析了平面之间共面、角度和平行约束,圆柱面之间同轴约束和圆锥面之间的重合等约束关系;并对几种常用的装配约束关系进行归类,给出了求解旋转矩阵和平移矩阵的统一的求解方法．文中方法同样适用于装配特征与装配体全局坐标轴倾斜情况．应用实例验证了该方法的有效性．     

面向非完全姿态约束问题的旋转矩阵群中的垂线理论

在很多机器人领域,有很多给定任务要求并不需要3维空间的完整姿态约束,而是只限定了目标姿态某一轴的方向．这类问题称为非完全姿态约束问题．针对该问题,定义了旋转矩阵群中测地线的垂足和垂线,并给出了其解析表达式．基于垂线理论,提出了沿垂线规划的点到点轨迹生成算法．最后通过仿真实验求解操作臂的轨迹规划问题,仿真以6自由度的PUMA 560为平台,并依次固定第6关节、第4关节得到5自由度和4自由度的操作臂．提出的算法不仅适用于具有功能冗余的6自由度操作臂,也可应用于不具有冗余特性的5自由度和4自由度操作臂．实验结果验证了提出的理论和算法在解决非完全姿态约束问题上的通用性．同时,该算法还能避免参数表示方法中的奇异性问题．     

装配序列规划中拆卸方向的确定

以产品为出发点进行拆卸判断,以拆卸顺序的逆生成装配序列是装配序列规划中常用的方法,而拆卸方向的确定量是其关键的一步,而将拆卸方向简化为与坐标轴平行的方向不能产生完备的可行装配顺序集,在分析装配过程的特点基础上,提出一种根据装配约束关系用球面几何计算拆卸方向和方法,首先,利用球面几何的方法求解局部拆卸方向集,取局部方向集所对应的球面多边形的形心为局部拆卸方向;然后,利用投影的方法测试此局部拆卸方向是否为全局拆卸方向,文中提出的方法可以方便地用于工程实践中。     

三维装配几何约束组合的分类求解策略

针对两个刚体之间的三维几何约束求解问题,依据几何约束的参数结构 分析了角度约束和距离约束的解耦性,给出了角度约束和距离约束可解耦求解的条件;然后 对两个刚体之间的几何约束进行组合分析,总结出约束度不小于2 的几何约束构成的组合只 有几十种,且均可采用几何推理方法进行求解;最后阐述了附加方向约束、冗余约束和矛盾 约束对数值求解的不利影响,提出了三维几何约束组合的分类求解策略,并用实例验证了该 求解策略的有效性。     

基于三维网格物体的鲁棒性盲水印方案

提出了一种基于3D网格物体的鲁棒性盲水印方案。先将3D物体模型转换到仿射不变空间，然后把顶点坐标转换到球面坐标，利用球面坐标来嵌入水印。由于在仿射不变空间下，3D物体模型不受平移、旋转和比例变换的影响，故该水印方案对于此类变化具有很强的鲁棒性。试验结果也证明了这一点，且该水印具有良好的不可见性。     

Lighting Estimation of a Convex Lambertian Object Using Redundant Spherical Harmonic Frames

An explicit lighting estimation from a single image of Lambertian objects is influenced by two factors: data incompletion and noise contamination. Measurement of lighting consistency purely using the orthogonal spherical harmonic basis cannot achieve an accurate estimation. We present a novel signal-processing framework to represent the lighting field. We construct a redundant spherical harmonic frame with geometric symmetry on the sphere S ². Spherical harmonic frames are defined over the generating rotation matrices about symmetry axes of finite symmetry subgroups of SO(3), and the generating functions are spherical harmonic basis functions. Compared with the orthogonal spherical harmonic basis, the redundant spherical harmonic frames not only describe the multidirectional lighting distribution intuitively, but also resist the noise theoretically. Subsequently, we analyze the relationship of the irradiance to the incoming radiance in terms of spherical harmonic frames, and reconstruct the lighting function filtered by the Lambertian BRDF (bidirectional reflectance distribution function). The experiments show that the frame coefficients of spherical harmonic frames can better characterize the complex lighting environments finely and robustly.     

Solvability of reactions in rigid multibody systems with redundant nonholonomic constraints

The problem of calculating joint reaction forces in rigid body mechanisms with redundant constraints, both geometric and nonholonomic, is discussed. When constraint equations are dependent, some of the constraint reactions are unsolvable, i.e., cannot be uniquely determined using a rigid body model, whereas some others may be solvable. In this paper, analytic conditions, which must be fulfilled to obtain unique values of selected reaction forces in the presence of dependent nonholonomic constraints, are presented and proven. The concept of direct sum, known from linear algebra, is exploited. These purely mathematical conditions are followed by numerical methods that enable detection of constraints with uniquely solvable reactions. Similar conditions and methods were proposed earlier for holonomic systems. In this contribution, they are generalized to the case of linear nonholonomic constraints. An example of constraint reactions solvability analysis, for a mechanism subjected to redundant nonholonomic constraints, is presented.     

Robust Spherical Parameterization of Triangular Meshes

Parameterization of 3D mesh data is important for many graphics and mesh processing applications, in particular for texture mapping, remeshing and morphing. Closed, manifold, genus-0 meshes are topologically equivalent to a sphere, hence this is the natural parameter domain for them. Parameterizing a 3D triangle mesh onto the 3D sphere means assigning a 3D position on the unit sphere to each of the mesh vertices, such that the spherical triangles induced by the mesh connectivity do not overlap. This is called a spherical triangulation. In this paper we formulate a set of necessary and sufficient conditions on the spherical angles of the spherical triangles for them to form a spherical triangulation. We formulate and solve an optimization procedure to produce spherical triangulations which reflect the geometric properties of a given 3D mesh in various ways.     

通用几何约束系统统一建模研究

在几何约束和几何实体的基本约束和欧拉参数表达的基础上,研究了通用几何约束系统的统一建模问题。通过对三维几何实体姿态约束和位置约束解耦性的分析,抽象出球实体、盒体和球盒体三种基本几何实体表达空间几何实体,并以基本约束的组合表达几何约束,形成几何约束模型特有的层次结构;并以有向图管理几何约束系统,可以清晰地反映姿态约束和位置约束的解耦性,实现约束系统的细粒度分解,得到规模更小的求解序列,实现高效求解。方法实现于原型系统WhutVAS中。     

三维几何约束求解的变分算法

研究了运动学变分原理在三维几何约束求解中的应用，提出了变分求解算法．该算法采用相对坐标，将求解域从笛卡儿空间转换到相对坐标空间．对于约束开环，依次选取相对坐标即可获得满足几何约束的刚体位姿；对于约束闭环，通过切断闭环铰，将约束闭环转化为等价的广义开环与切断铰约束代数方程，其切断铰约束代数方程的相对坐标雅克比矩阵解析式可通过变分关系显式获得．最后通过实例验证，说明该算法具有较高的求解效率与稳定性．