产品反求CAD建模工程化技术研究

研究了模型边界处理方法及复杂曲面局部特征设计方法，总结了CAD模型边界的三种获取方法，提出了基于零件视图投影原理，从2D图纸合成3D边界的技术方案，提出了一种以特征点为导向、基于多视图连续变换原理的3D边界和初始曲面模型匹配方法；提出了边界特征和内部特征曲面设计方法，给出了复杂形状产品反求CAD建模应用实例。     

基于二维Delaunay近邻的空间散乱数据曲面重建算法

给出了一种新的散乱数据曲面重建算法。算法基于曲面的局平特性，通过二维Delaunay三角剖分到三维空间的映射，快速查找空间任意点的Delaunay近邻，然后根据散乱数据重建三角网格中顶点互为Delaunay近邻的原理，进行曲面拓扑重建。应用新的求解κ-近邻和二维Delaunay近邻的算法，提高了曲面重建的算法效率。实验表明，该算法高效、稳定，对不均匀数据有较好的适用性。     

基于B样条曲面裁剪计算的局部协调设计

在反求工程曲面重构中,为了对跨多张曲面的局部矩形拓扑裁剪区域进行重新设计,提出了两种基于矩形拓扑区域的曲面局部协调设计方法:自动截面线蒙皮和最小二乘逼近。两种方法均插值于边界曲线和跨界切矢,保证了模型的整体G1连续性,并逼近或插值裁剪区域数据,具有较好的保形性,实际应用效果良好。     

组合三角Bézier曲面的延伸

在分析四边拓扑曲面延伸方法的基础上,根据组合三角曲面的特点,提出了组合三角曲面的延伸方向、延伸步距及延伸点的计算方法,由延伸点和原始边界点形成延伸曲面的三角网格,通过分析延伸曲面三角网格的空间关系,提出了延伸曲面的折皱、重叠等奇异情况的分析和处理方法,应用三角形的形状因子,对延伸曲面三角网格中的狭长三角形进行判定,通过延伸点的插入和归并,对三角形网格进行优化处理,以保证延伸曲面的三角网格的品质。最后对原始曲面和延伸曲面的三角网格进行整体G1插值构造,得到延伸后的组合三角曲面模型。应用结果表明,提出的方法可行,算法有效、快速。     

参数曲面与平面的精确求交及其应用

提出了一种参数曲面与平面的精确求交新方法。此方法基于平面的半空间性质，通过参数域平面内的二向线性插值，将求交问题转化为一系列简单的离散、判断、比较和排序等运算，能较好地解决常规求交算法中曲面片内的交线不连续和交线丢失问题。由于该算法简便可靠、计算精度高，在自由曲面数控加工编程中具有广泛的应用场合，对提高航空、航天和汽车等领域的自由曲面数控加工精度具有重要的现实意义。     

基于调度策略的自动化仓库系统优化问题研究

为提高自动化立体仓库出入库操作的效率，提出了库区分配策略、任务分配策略和货位分配策略3种调度策略。分析了某企业自动化立体仓库货架布局。在一般库区分配策略的基础上，提出了基于映射的货品一货位耦合库区分配策略。该策略采用货品按出库频率高低排列形成不同优先级的货品链，货位按照距离出入库台的远近划分为优先级不同的货位链，优先级高的货品链和优先级高的货位链相匹配耦合，形成相应的货位分区。研究了基于库区分配策略和货位分配策略的优化问题，建立了相应的数学模型，并应用基于Pareto最优解的遗传算法对问题进行了求解。实践证明，该策略可以较好地分配自动化立体仓库的库区货位。     

反求工程中二维对称几何模型的约束重构理论及其应用

为提高二维对称几何模型重构的整体品质,反映其初始的设计意图,提出二维对称几何模型的约束重构理论及方法.首先构建参数化点,反射对称以对称轴为中心将对称部分的点集作镜像变换映射到基本点集的一边,旋转对称以旋转中心点为中心将对称部分的点集作旋转变换映射到基本点集的一边,形成参数化的点集.其次识别并处理二维曲线间的约束以及对称模型的边界约束.最后将参数化的点集与基本点集一起作为曲线拟合的目标点集,建立带约束的目标拟合函数,将其转化成无约束优化问题,采用L-M方法迭代求解.实例表明反求结果在满足初始几何约束的同时,能够保证几何模型严格的对称.     

显式BEZIER三角曲面的构造及其在离散数据插值中的应用

本文较系统地讨论了显式Bezier三角曲面的Clough-Tocher分割构造方法，并从工程应用角度提出了一种准C‘连续的Bezier三角曲面。由这种准C‘连续的Bezier三角曲面，通过进一步求解整体C‘连续的Bezier三角曲面在解决3D离散数据的曲面插值中取得了较好的应用效果。     

基于光学导航定位的钹形压电微型管道机器人

为了提高管道机器人的装载能力、运行速度并使机器人具有感知其自身位移的能力，研制了一种基于钹形压电驱动器和光学导航技术的微型管道机器人.设计了基于Φ8 mm钹形压电驱动器的管道机器人装载机构,建立了该装载机构的动力学模型，并分别用有限元法分析和实验验证了该动力学模型.采用基于快速图像获取和图像处理技术的光学导航芯片，设计了机器人自身位移检测单元.实验结果表明，该机器人装载机构负载可达自身重量的4倍，最大速度达41.7 mm/s，自身位移检测单元能检测机器人在管道内的直线和旋转运动位移，检测精度为3‰.     

薄壁板高速铣削加工过程中的让刀误差预测

为了研究薄壁工件在铣削加工过程中的让刀误差以及获得使让刀误差较小的优化铣削参数，以薄壁板为例，在进行高温拉伸试验和高速压缩试验获得材料力学性能的基础上，建立了薄壁板铣削过程的热力耦合有限元模型.通过模拟螺旋立铣刀与工件材料之间相互的物理作用，获得了铣削力的变化曲线和铣削热的分布，同时得到了在刀具与工件之间物理作用下壁板随刀具的旋转与进给运动而产生的让刀变形，从而得到了薄壁板在铣削过程中的最大让刀误差.根据该有限元模型的结果可以优选薄壁件铣削用量，优化刀具几何形状，弥补让刀变形.