不完整测量条件下检测桁架结构损伤的一种方法

提出一种利用不完整测量的模态数据检测桁架结构损伤的方法。首先采用改进的残余力向量法预先评估可能的损伤区域,在此基础上再利用特征值灵敏度法精确判断损伤位置和求解损伤程度。以一个平面桁架结构为算例验证该方法。结果表明,文中所提方法能在测量数据不完整的条件下成功识别出桁架结构的损伤情况。     

全站仪测量自行火炮身管指向的方法改进

在实现自行火炮身管指向测量的各类方法中,全站仪测量法综合性能表现良好。但传统全站仪测量身管指向方法存在缺乏北向基准、存在轴线模拟误差的问题,因此提出了一种基于旋转矩阵的全站仪测量自行火炮身管真实指向方法。然后,利用欧拉-罗德里格斯公式推导出标记点连线与真实轴线指向的偏差公式,进而得到了真实指向相对于各观测量的不确定度模型。随后,为了减小测量方法的误差,研究了全站仪最佳布站位置,并基于蒙特卡罗方法原理进行寻优解算。最后,进行了模拟身管实装实验,实验结果表明,最佳布站方式下的测量不确定度在0.1以内,验证了本方法的可行性和准确性,抑制了由于布站方式引起的测量误差。     

保持特征的散乱点云数据去噪

为保证在去除点云数据噪声的同时不损失模型的细节特征,提出了一种基于特征信息的加权模糊C均值聚类去噪算法。首先,构建点云K-D树拓扑结构,根据点的r半径球邻域点统计特性去除大尺度离群噪声点。然后,利用主元分析法估算点云的曲率和法向量,根据曲率特征标识点云数据的特征区域,并采用特征加权模糊C均值聚类算法对特征区域去噪,采用加权模糊C均值聚类算法对非特征区域去噪。最后,使用双边滤波器对点云模型进行平滑。对提出的算法进行了验证实验,结果显示:去噪后点云模型的最大偏差保持在模型尺寸的0.15%以内;标准偏差保持在模型尺寸的0.03%以内。本文算法能够在有效去除不同尺度和强度的噪声的同时不损失点云模型的细节特征,去噪精度高,且对不同的噪声模型具有较强的鲁棒性。     

空间圆姿态识别二义性的角度约束消除

为了消除视觉测量中单个圆姿态识别中存在二义性的问题,提出了一种基于空间角度约束消除二义性的方法,并且对姿态求解算法进行了误差分析,为准确进行姿态估算给出了指导性的实验结果。在摄像机已标定的前提下,根据圆特征在图像上的投影椭圆曲线确定了圆心位置和圆平面姿态参数,计算结果存在二义性;利用欧式空间中的角度不变量,识别出圆平面的真实姿态参数,同时确定圆心的真实位置;最后,根据误差传播理论对基于单圆特征的位姿估计算法进行了精度分析。实验结果表明,圆平面姿态角的测量绝对误差在0.2°以内,圆心的定位误差为0.5%,根据圆平面的位姿参数计算的共面直线的距离误差为0.8%。该方法能够准确地识别圆平面的位置和姿态,计算过程简单,结果稳定可靠且具有较高的精度。     

空间桁架结构残余力最小秩修正法损伤识别

基于最小秩损伤识别方法,提出一种最小秩修正法进行空间桁架结构体系损伤识别研究。通过引入特征值矩阵将残余力方程与最小秩修正法完美结合起来,较好地解决所取用的模态个数必须等于刚度摄动矩阵的秩这一问题,最终由最小秩修正法来求解空间桁架结构损伤位置和损伤程度。以一个空间桁架结构体系为例验证最小秩修正法,分析讨论测量噪音的影响。研究结果表明,最小秩修正法是准确可靠的,且有较强的鲁棒性。     

基于激励点优化和信号能量的结构损伤识别

为了有效激发结构的局部振动模态,分析响应信息并进行损伤识别,构建了一种基于激励点优化和不同损伤状态下信号能量的结构损伤识别方法.首先建立结构动力学模型,计算模态振型;再以MAC矩阵非对角元素最小值作为适应度函数,采用改进粒子群算法(MPSO)优化激励点数量和位置,以MAC非对角元平均值和均方根(RMS)准则评价不同激励点布置方案;然后激励桁架试验模型对应的位置,再计算损伤前后测点处时域信号的能量,从而根据其相对变化识别结构的损伤位置和损伤程度.另外对不同损伤的信号加入信噪比为10 dB的高斯白噪声后,该方法仍能够识别结构的损伤位置和程度,试验结果验证了此方法的可行性.     

二维桁架结构拓扑优化的特征线提取方法及算例分析

针对二维桁架结构拓扑优化结果面向工程制造的问题,提出了一种桁架拓扑优化结果的特征线(桁架杆件轴线)提取方法。基于渐进结构优化方法(ESO)对连续体结构进行拓扑优化,获得桁架结构的拓扑结构。根据桁架拓扑优化结果提取各拓扑区域的中心点坐标,基于桁架杆件的直线特征对拓扑区域进行区域划分,而后建立各拓扑区域的特征线数学模型。结合各特征线数学模型确定桁架杆件的节点,并引入节点合并的半径区域,建立了桁架各杆件连接节点位置的二次优化数学模型。最终,根据最优的节点位置得到了面向制造的桁架拓扑优化结果-特征线。采用3个经典算例,验证了该桁架拓扑优化结果特征线提取方法的有效性,为后续桁架结构的杆件截面优化提供了基础。     

面向支撑力分布的桁架结构设计方法

在某些桁架设计中存在实现特定支撑力分布规划需求,为此提出一种能够在桁架结构的支撑位置形成特定支撑力分布的设计方法。该方法以最小化实际支承与设计目标之间误差为目标,将力学求解与启发式算法相结合。首先由刚度方程推导出一种搜索方向求解算法,再以该方向与启发式算法相结合进行优化搜索。由于外部施加力是影响支撑力分布的重要因素,所提方法在对桁架结构进行尺寸优化之外,也将外部施加力作为设计参数进行考量。引入最大允许支撑力偏差的概念,用以计算外部施加力的搜索边界。通过实际案例进行了验证了该方法的有效性与实用性。结果表明,所提方法根据实际需求设计出了具有特定支撑力分布的桁架结构。和传统启发式算法相比,该方法具有更好的性能。     

一种基于位姿反馈的工业机器人定位补偿方法

为了提高工业机器人的绝对定位精度,提出了一种基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法。该方法通过激光跟踪仪测量实时跟踪机器人末端靶标点的位置来监测机器人末端的位姿,并通过对靶标点的实际位置和理论位置进行匹配获得机器人末端的位姿偏差。工业机器人系统与激光跟踪测量系统通过局域网进行数据通信,并根据位姿偏差数据对机器人末端的位姿进行修正。最后通过实验对基于末端位姿闭环反馈的机器人精度补偿方法进行验证,实验表明,经过位姿闭环反馈补偿后机器人末端位置误差最大幅度可以降低到0.05mm,姿态误差最大幅度可以降低到0.012°。     

一种新的测量点编码方法及识别算法

提出一种基于单环编码法的改进的测量点编码方法,并结合新的编码点形状特征设计了新的目标识别算法,从而实现了近景摄影测量中编码点的匹配。验证结果表明,编码点的识别准确率达100%。     

煤化工反吹阀用波纹管国产化设计研究北大核心CSCD

为了研究煤化工反吹阀用波纹管失效原因,运用有限元法对波纹管进行静力学和瞬态动力学分析。与静力学分析结果对比,考虑惯性力及阻尼作用后,波纹管的最大应力有所增大,疲劳寿命下降,最大应力出现位置由波纹管中部转向阀杆端部。为了验证仿真计算的准确性,设计了专用的高温、高压疲劳试验台,实现了苛刻工况波纹管型式试验。和试验结果对比,波纹管设计寿命与真实寿命偏差30%以内,失效位置与仿真分析结果一致。根据仿真和试验结果,提出了优化阀杆端部波纹管材料及波形结构改善波纹管寿命的设计方法。     

一种快速提取的道路标识线识别方法研究

建立了直线道路模型,利用图像处理技术对道路图像进行了预处理,采用抽行扫描的方法提取出道路标识线的特征点,并对这些特征点采用线性回归的方法得到道路标识线的方程,为提高标识线识别的鲁棒性,在对特征点的优劣性进行判别的基础上,采用高准确度的特征点对道路图像中的车道标识线进行识别,进而选定车辆与道路的方向偏差、位置偏差和方向偏差的变化率3个参数来判断车辆在道路上的位置,以此作为智能车辆导航的依据,大量的实验表明该方法是有效、可行的.     

刚性体惯性参数识别方法研究

为快速精确获取刚性体惯性参数,对基于频响函数的刚性体惯性参数识别方法展开了研究。首先,对惯性参数识别算法进行了研究,并借助多体动力学仿真分析进行了验证;其次,深入分析了影响该识别方法精度的主要因素和影响规律,分析表明激励点和响应点的坐标误差以及激励方向对识别精度影响较大;最后,完成了惯性参数识别实验装置的设计,并进行实验研究。实验结果表明：刚体质量以及质心位置识别精度在4%以内,转动惯量以及惯性积识别精度均在10%以内,识别精度和效率满足工程实际需求。     

基于机器视觉的轴承识别与定位算法研究

针对运用视觉技术对轴承进行质量检测与尺寸测量时,能够准确地识别定位到目标轴承,提出一种基于机器视觉的轴承识别与定位算法。通过对采集到的轴承图像进行预处理,分割出目标图像并提取图像的外轮廓边缘特征;设置轴承的模板图像,结合图像的Hu不变矩特征对轴承进行识别匹配;通过最小二乘法对图像边缘点进行圆拟合并采用迭代法进行修正,通过计算圆心的位置坐标,实现对轴承的定位。实验结果为：轴承的识别匹配度在0～0.03之间,定位误差在0.5像素以内,满足系统对轴承的识别定位精度要求。     

一种快速提取的道路标识线识别方法研究

建立了直线道路模型，利用图像处理技术对道路图像进行了预处理，采用抽行扫描的方法提取出道路标识线的特征点，并对这些特征点采用线性回归的方法得到道路标识线的方程，为提高标识线识别的鲁棒性，在对特征点的优劣性进行判别的基础上，采用高准确度的特征点对道路图像中的车道标识线进行识别，进而选定车辆与道路的方向偏差、位置偏差和方向偏差的变化率3个参数来判断车辆在道路上的位置，以此作为智能车辆导航的依据，大量的实验表明该方法是有效、可行的。     

一种利用位置误差模型的机器人位姿标定方法

针对机器人位姿标定模型中位置和姿态数据的权重不合理导致参数识别精度低甚至发散问题,给出一种直接基于末端位置坐标测量的机器人位姿标定方法,避免了位置和姿态数据量级不同对参数识别精度的影响。采用指数积方法,建立一种包含3点位置信息的机器人运动学模型。通过对运动学模型取微分,利用指数映射微分公式推导出机器人末端3点位置误差与几何参数误差之间映射关系的显示表达并给出参数误差识别方法。采用激光跟踪仪作为测量设备,以UR5机器人为标定对象进行运动学参数标定和验证试验。试验结果表明,机器人末端位置误差模和姿态误差模的平均值分别降低了90%和92%。     

弹性球状小磨头加工WolterⅠ型掠入射反射镜的去除函数

提出用弹性球状小磨头以旋进方式加工WolterⅠ型反射镜的柱面内表面,根据Preston方程、Hertz接触理论和掠入射反射镜特殊的柱面结构,推导出基于旋偏动模式的磨头去除函数理论模型。实验结果表明,理论去除函数曲线与实验曲线的均方根距离偏差σ为0.101 22 μm,偏差比值κ为9.8%。分析验证了不同旋偏角对去除函数的影响并与理论模拟结果进行了比较。结果显示, 随着旋偏角的增大,最大去除值位置逐渐向y轴正方向偏移。不同的旋偏角,最大理论去除深度与最大实际去除深度的均方根偏差为0.201 μm;最大理论去除位置与最大实际去除位置的均方根偏差为0.255 mm。旋偏角越大,材料去除量就越多,去除函数也越显对称。实验结果很好地验证了去除函数理论模型的准确性,该模型可指导WolterⅠ型掠入射反射镜的加工,实现确定性材料去除。     

基于激光扫描法的纤维增强复合薄板损伤定位研究

采用激光扫描法研究了纤维增强复合薄板的损伤定位问题。建立复合薄板激光扫描线框模型,在明确振型数据提取原理的基础上,提出二维五点三次曲面平滑法,并推导获得用于损伤定位检测的量化指标-损伤位置指数。编写Matlab计算程序,并给出基于激光扫描法进行损伤定位的具体流程。搭建激光扫描振动测试系统,并以带有纤维断裂损伤的TC300碳纤维/树脂复合薄板为研究对象,进行实际测试。试验结果表明,利用上述方法可以准确检测出复合薄板的损伤位置,该方法及相关试验系统可以为复合材料结构的损伤检测及识别提供一种新思路。     

基于激光扫描测量臂的工业机器人运动学标定

提出一种基于激光扫描测量臂测量系统的6轴工业机器人运动学标定方法。分析了机器人本身的运动偏差和综合考虑测量系统构造的机器人坐标系与真实基座标系之间的不重合问题;建立机器人末端位置与各连杆参数相关的绝对定位误差方程,基于该误差方程,利用便携式激光扫描测量臂测量系统对不同空间位置姿态下机器人的法兰中心点进行测量,并用最小二乘法对误差方程进行解算,利用计算出的参数误差修正机器人模型中的各名义参数值,可以提高机器人运动的准确度。将该方法应用在Staubli TX90工业机器人上,实验结果表明,机器人的绝对定位精度由标定前的均值/标准差0. 742 5 mm/0. 191 0 mm减少到标定后的0. 242 8 mm/0. 098 1 mm,提高了近50%,表明该标定方法的有效性和准确性。     

一种视觉示教与纠偏的焊缝跟踪方法

提出一种基于结构光视觉传感器的示教及纠偏的机器人焊缝跟踪方法,探讨了图像特征提取方法和机器人跟踪控制的策略.机器人移动的同时,视觉传感器定时对焊缝上各特征点坐标进行测量记录,完成示教;再现时,基于图像模板匹配测出实际特征点位置与示教点的偏差,控制机器人根据偏差对跟踪路径实时调整,从而实现自动跟踪.