基于混合A^(*)搜索和贝塞尔曲线的船舶进港和靠泊路径规划算法

[目的]针对欠驱动无人艇自动进港和靠泊问题,提出一种基于混合A^(*)搜索和贝塞尔曲线的路径规划算法。[方法]该方法通过混合A^(*)搜索在非结构化环境下快速搜索出一条满足无人艇非完整性约束且无碰撞风险的轨迹。在此基础上,基于广义沃罗诺伊图提出曲线优化算法,使得搜索算法得到的轨迹更加平滑且远离环境障碍物,从而引导无人艇在受限水域完成进港任务。同时,针对“最后一公里”靠泊问题,引入四阶贝塞尔曲线,用于生成靠泊路径从而引导船体平稳且精准入泊。[结果]仿真和外场试验结果表明,无人艇能够实现自主避障且精准驶入泊位,靠泊精度指标均小于1.0。[结论]所提路径规划算法能确保欠驱动无人艇实现进港和靠泊任务,可为智能船舶的进一步发展提供思路。

基于贝塞尔曲线的智能汽车避障轨迹规划方法研究

开展了一种基于贝塞尔曲线的智能汽车避障局部轨迹规划,即路径规划和速度规划方法研究。路径规划时,为了适应各种形状道路,将道路笛卡尔坐标转换为Frénet坐标,以路径的长度、曲率和连续性,以及车辆碰撞风险为代价函数,其中引入危险势场理论,描述车辆碰撞风险,并采用序列二次规划方法来求解路径规划这一非线性优化问题;速度规划时,以行车效率和舒适性为目标,实现速度规划,该方法可以通过调整各子目标函数的权重来满足不同驾驶需求。为了验证基于贝塞尔曲线轨迹规划算法的有效性,设计了直道和弯道上静态和动态避障场景的仿真实验,结果表明,提出的轨迹规划方法能够在各种形状道路上完成避障任务,且避障过程中车辆状态变化平稳,能够保证乘坐舒适性。

基于弱耦合贝塞尔曲线的变矩器叶片反求参数化设计及优化研究

针对某现有液力变矩器能容较小,不能满足大扭矩发动机匹配的问题,提出了一种基于弱耦合贝塞尔曲线的变矩器叶片反求参数化设计方法。通过非接触三维扫描的方式,对叶轮模型以及流道硅胶模型扫描并进行面片拟合处理,提取叶片吸力面及压力面和循环圆相交型线的点集矩阵,按照等弧长保型映射进行二维展开。然后采用两段三次贝塞尔曲线,通过切矢水平条件约束进行弱耦合,对逆向二维型线进行反求设计。基于反求参数化设计,通过调整导轮叶片骨线关键参数的方式对液力变矩器导轮进行优化设计。CFD仿真及试验表明,在变矩比基本不变、最高效率轻微下降的情况下,零速公称力矩由650.7 N·m提升到了773.2 N·m,提升幅度18.83%,满足了大扭矩发动机的匹配需求。此方法为液力变矩器的参数化反求设计及优化设计提供了一种新思路。

基于A^(*)算法与贝塞尔曲线的AUV路径规划算法研究

伴随着计算机和其他电子技术发展,在海洋科考及其他水下工程领域,水下自动机器人(AUV)技术也得到了极大发展并被广泛应用。在多种水下任务场景中AUV需要自主规划路线并按照规定路线行驶,辅助工程人员完成各种水下工作。传统的路径规划方法通常利用布谷鸟算法等智能优化算法,存在搜索目标不可达、收敛速度慢、避障能力弱等问题,而A^(*)算法基于栅格地图,虽解决了以上问题,却无法满足AUV对路线平滑性的要求。针对这些问题,本文提出融合A^(*)算法与贝塞尔曲线,从利于AUV水下姿态保持方面,对A^(*)算法进行改进以完成路径规划。基于Windows11操作系统,利用Python搭建仿真环境对本文改进算法进行了仿真实验验证,结果表明,在保障航行的安全下,基于A^(*)算法与贝塞尔曲线法的AUV路径规划不仅可以使路径最短,而且可以使整个路径进一步光滑,有利于保持AUV运行过程姿态稳定。

基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法

应用常规方法平滑数控加工刀具路径后,路径平滑指数和产品合格率均较低。因此,提出基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法。根据双弓高误差判断条件识别连续微小线段加工区域,利用分段有理多项式函数表示加工区域的贝塞尔曲线,选择控制点后,通过约束贝塞尔曲线,实现对数控加工刀具路径的自动化平滑处理。结果表明,应用该方法后,路径平滑指数始终在0.96以上,且数控加工产品的合格率最高可达98.16%,说明此方法在数控加工刀具路径平滑方面具有良好的应用前景。

基于四阶贝塞尔曲线的无人车可行轨迹规划

对于实际的无人车系统来说,轨迹规划需要保证其规划出来的轨迹满足运动学约束、侧滑约束以及执行机构约束.为了生成满足无人车初始状态约束、目标状态约束的局部可行轨迹,本文提出了一种基于四阶贝塞尔曲线的轨迹规划方法.在该方法中,轨迹规划问题首先被分解为轨形规划及速度规划两个子问题.为了满足运动学约束、初始状态约束、目标状态约束以及曲率连续约束,本文采用由3个参数确定的四阶贝塞尔曲线来规划轨迹形状.为了保证转向机构可行,本文进一步采用优化方法求解一组最优参数从而规划出曲率变化最小的轨线.对于轨线执行速度规划,为了满足速度连续约束、加速度连续约束、加速度有界约束以及目标状态侧滑约束,本文首先求解了可行的轨迹执行耗时区间,再进一步在该区间中求解能够保证任意轨迹点满足侧滑约束的耗时,最后再由该耗时对任意点速度进行规划.本文结合实际无人车的应用对轨迹搜索空间生成、道路行车模拟以及路径跟踪进行了仿真实验,并基于实际的环境数据进行了轨迹规划实验.

基于贝塞尔曲线的液肥扎穴机构动力学分析与试验

采用贝塞尔理论推导出了非圆齿轮节曲线方程,进而设计了一种贝塞尔节曲线齿轮行星轮系扎穴机构。以扎穴机构为研究对象建立了动力学模型,利用Visual Basic 6.0软件编写动力学软件,得到单位工作周期内各齿轮轴心及啮合点处受力随行星架转角变化的规律。搭建动力学土槽试验台,在工作转速40、60、80 r/min,土槽移动速度0.8 m/s及土壤硬度0.4~1.0 MPa工况下,测定扎穴机构及支撑底座的动力学特性。试验结果表明,随行星架转速增加扎穴机构振动增强;单位工作周期内支撑底座所受反力的变化规律以旋转角180°为中心对称分布。测试结果与理论分析一致,验证了理论模型的正确和试验方法的可行,该研究为施肥机高速作业时的动平衡控制提供了理论依据,为进一步设计高速化轻型化的液态施肥机奠定了基础。

基于贝塞尔曲线的无人车局部避障应用

文中将基于贝塞尔曲线的路径规划方法应用在无人车局部避障中。首先通过最小化曲线的最大曲率与最小曲率之间的差值确定贝塞尔曲线所需的五个控制点,根据五个控制点确定贝塞尔曲线,再结合实验无人车和道路的实际情况从若干备选曲线中选择最优路线。实验仿真结果证明,该方法能够达到无人车局部避障的要求,能满足包括初始状态约束、目标状态约束、曲率连续约束等行驶条件。

基于贝塞尔曲线的液力变矩器三维叶片造型方法

为满足液力变矩器三维流动设计的需要,解决传统基于一维束流理论叶片造型方法精度差、适应性低的缺点,提出基于贝塞尔曲线及保形变换的三维叶片造型方法。叶片二维型线由骨线叠加厚度分布的形式构造,叶片骨线和厚度均由两段三次贝塞尔曲线构成。为实现直接通过关键几何参数进行叶片设计,建立叶片几何参数与贝塞尔曲线控制点之间的数学关系式。利用保形变换方法进行叶片二维型线与三维曲线间的无误差转换,将二维叶片型线投影到循环圆环面生成三维叶片曲线,然后再堆叠三维曲线以构造叶片实体。新型叶片造型方法能够实现二阶导数连续、曲率连续的叶片曲线设计,从而提高了叶片液力性能,同时改善了叶片造型精度及适应性。利用新型造型方法对原始液力变矩器叶片进行优化设计,结果表明,新方法优化后的叶片液力性能要明显优于初始叶片,验证了新方法的可行性。

贝塞尔曲线在虚拟森林景观单树几何模型构建中的应用

虚拟景观模型的生成，需要对实际景观进行抽象和简化。树几何模型和数字高程模型(DEM)是构成虚拟森林景观的两大要素。而树几何模型的构建又是林业 GIS 三维可视化的基础。在树几何建模中，树干及树枝形状的可视化表达具有突出意义。由于实际树种的复杂性，在计算机中建树模型，通常采用基于过程建模的方式，而这将面临用户如何对模型进行交互式控制的问题：参数太少，不足以描述树形态特征，而参数太多，则模型难以生成和理解。为了解决这个问题，我们引进贝塞尔(Bezier)曲线这种基于控制点的自由曲线来描述树木中的树干以及树枝形状，利用对曲线控制点的变动来控制曲线的形状，进而生成形态各异的树形状，对此，我们基于 ActiveX 技术生成 Bezier 曲线控件。结果表明，该方法能够表示多种形状的树干与树枝，具有操作简捷、计算速度快，可视化效果良好的优点。

基于贝塞尔曲线的动态识别区农机避障路径实时规划

为解决农机田间作业避障路径实时规划问题,该研究提出一种在动态识别区内利用三阶贝塞尔曲线实时规划农机避障路径算法。首先构建农机作业行走动态识别区,在动态识别区内利用激光雷达感知障碍物。然后利用障碍物信息计算避障路径控制点选取范围,生成满足农机最小转弯半径等多约束条件下的路径簇,同时以曲率最小为目标从路径簇中选取最优避障路径。最后进行避障路径实时规划试验。试验结果表明,本文算法规划的避障路径最大曲率和平均曲率分别为0.126和0.054 m^(-1);路径跟踪过程中产生的最大横向误差和平均横向误差分别为0.12和0.057 m;拖拉机到障碍物外轮廓的距离大于0.375 m。和现有算法比较,本文算法规划的避障路径最大曲率和平均曲率分别减少25.9%和42.6%,路径跟踪过程中产生的最大横向误差和平均横向误差分别减少36.8%和28.8%。研究结果可为拖拉机无人驾驶作业提供技术支撑。

连续推力机动轨道优化设计的贝塞尔曲线法

提出一种基于贝塞尔曲线的平面机动轨道设计方法。该方法将贝塞尔曲线方程与轨道形状方程相结合,利用得到的复合函数作为轨道方程来对机动轨道进行数学描述;通过约束条件获得可行的机动轨道族,由控制点设计给出具体的优化变量,将累积速度增量作为优化指标函数;并利用优化算法完成参数优化,从而得到最优机动轨道。最后针对设计的机动轨道推力峰值较大的问题,进一步提出了分段贝塞尔曲线法,在降低推力峰值的同时,可进一步降低燃料消耗,并在平面机动转移轨道设计的基础上,通过梯度下降对自由控制点进行修正,解决了考虑时间约束的平面轨道交会问题。

融合改进A^(*)算法和贝塞尔曲线优化的路径规划算法

在路径规划问题中,提出以A^(*)算法为基础的改进算法,引入跳点概念进行跳点搜索;提出有效障碍率概念,将有效障碍率与Octile距离相结合,并设置为启发函数;引入最小堆数据结构,改良Openlist的最小值运算,大幅缩短取最小值时间。在python编程环境下,进行低有效障碍率以及高有效障碍率20*20、30*30、50*50的地图环境下的仿真。仿真结果表明:该算法在有效障碍率较低时,运算时间短,寻优结果较好;在有效障碍率较高时,与对照组相比,运算时间更短,访问节点数较少,并且节约了内存空间。

基于参数法和贝塞尔曲线的涡轮叶片造型及其优化

为实现涡轮叶片的优化设计,采用参数造型法和贝塞尔曲线进行叶片初步造型,结合N-S方程流场模拟,并利用多目标遗传算法和序列二次算法组合优化算法,通过调节吸力面和压力面的关键控制点参数对其压力损失和转折角进行优化。结果表明该方案切实可行。

基于贝塞尔曲线及柏林噪声模型的纱线外观仿真

对纱线进行的计算机建模及仿真是织物仿真技术的基础.为了提高纱线外观的仿真模拟效果,提出了一种基于贝塞尔曲线及柏林噪声模型的纱线外观仿真方法,即利用随机产生的控制点构造贝塞尔曲线模拟纱线轮廓,利用柏林噪声对纱线毛羽进行模拟.实验证明该方法具有较好的仿真效果.

融合遗传贝塞尔曲线的智能汽车路径规划

为使智能汽车在复杂环境中自主规划出一条合理路线以实现安全避障,提出一种融合贝塞尔曲线的改进遗传算法路径规划方法。以路径的长度最短和平均曲率最小为目标函数,对适应度函数进行改进的同时,在变异过程中引入随机插入机制,最后考虑到行驶过程中的平顺性和稳定性,在车辆坐标系下通过融合贝塞尔曲线形成一条满足车辆行驶特性的平滑路径。计算机仿真结果验证了此方法的合理性和可行性。

基于贝塞尔曲线的卵石骨料混凝土细观模型

针对目前卵石骨料混凝土细观模型的研究不足建立了一种基于贝塞尔曲线的卵石骨料模型,并通过图像处理方法获取了真实卵石骨料的长宽比和半径变异度两个重要参数的概率分布特性。在此基础上,进一步开展了混凝土细观模型迂曲度的研究。结果表明:贝塞尔曲线可以有效地模拟具有光滑边缘的卵石骨料;对真实卵石骨料形状的图像处理结果表明,骨料长宽比服从一般极值分布,取值大多在1.0~3.0之间,半径变异度服从对数正态分布,取值大多在0.1~0.8之间;卵石骨料混凝土细观模型的迂曲度小于碎石骨料,且两者的差别随着骨料含量的增加而增大。

贝塞尔曲线融合双向蚁群算法的移动机器人路径规划

在静态栅格地图环境下,针对传统蚁群算法在机器人全局路径规划中存在无法找到最短路径、路径搜索盲目性大、拐点多等问题,提出一种改进蚁群算法。在传统正向搜索的基础上,增加反向路径搜索,即双向路径搜索,每个方向采用不同的启发函数,增加路径搜索的目的性以及提高解的构造效率。对每代路径进行路径交叉,有助于产生新解,避免陷入局部最优。更新上述得到的有效路径的信息素,避免无效路径的干扰。采用改进的挥发系数公式,实现动态调整挥发系数,并设置信息素浓度范围,能够避免陷入早熟。采用改进的贝塞尔曲线优化上述得到的最优路径,能够根据需求调节曲线优化程度。通过与其他算法进行仿真对比,验证了改进算法的可行性、有效性和优越性。

基于贝塞尔曲线理论的备件需求模糊隶属度函数构建模型

用模糊理论描述备件需求是一种科学适用的方法,针对现有模糊变量隶属度函数构建方法的不足,设计了基于贝塞尔曲线理论的备件需求模糊隶属度函数构建方法,给出了隶属度求解算法,分析了使拟合误差最小的控制点选择方法。同时通过实例验证以及与最小二乘法的对比分析,验证了贝塞尔曲线方法在构建备件需求模糊隶属度函数方面的有效性。此方法无需事先假设隶属度函数的形态,简单易用、使用灵活并且精度较高。

基于贝塞尔曲线和路径的气象模式建模仿真

为了更贴近机载雷达实际的工作情况,符合培训人员工作的需求,介绍了机载雷达训练模拟器的气象模式的建模仿真。首先建立了气象目标控制模型,支持对气象目标显示的控制和调整。通过控制台向显控台发送目标坐标信息,以及对不同强度的气象目标进行不同颜色标记,并基于贝塞尔曲线和路径规划成功实现调用GDI画图来生成不规则形状的气象目标。最后在某型机载雷达训练模拟器实现气象模式的拓展,取得了良好训练效果。