基于球B样条函数的烟草叶片虚拟实现

植物三维形态的可视化模拟是数字植物研究的基础。该文综合应用球B样条曲线和插值B样条曲面实现了以脉序作为结构骨架的烟草叶片几何建模。首先利用三维数字化仪等数据获取装置获取烟草叶片脉序主要形态特征点的三维坐标和厚度,然后利用球B样条曲线对脉序进行三维建模,生成叶片的形态骨架,与由插值样条生成的叶片曲面合成,实现了烟草叶片的三维重建和真实感显示。结果表明,该方法得到的烟草叶片几何模型与传统方法相比具有较高的真实感,为植物叶片叶脉尺度的高真实感几何建模提供了新的手段。

快速反射镜驱动形式对伺服带宽的影响

为了提高大行程快速反射镜系统的伺服带宽,提出一种直线驱动形式的快速反射镜。该快速反射镜以音圈电机作为驱动器,利用滚珠花键约束驱动器工作方向,将传统的弧线驱动转变为直线驱动。首先,对直线驱动快速反射镜进行了结构设计,重点分析了直线驱动单元的组成形式与特点;接着,从约束条件分析驱动形式对系统伺服带宽的影响因素,并推导两种驱动形式下,快速反射镜在大行程运动时的动力学方程;最后,利用有限元分析得出快速反射镜的机械谐振频率,并通过实验测试对两种驱动形式下快速反射镜的伺服带宽进行了验证。结果表明,在相同的实验条件下,相较于传统弧线驱动形式,直线驱动形式快速反射镜的机械谐振频率由121.8Hz提高至229.9Hz,伺服带宽由40.3Hz提高至75.1Hz,分别提高了88.8%、86.4%,满足快速反射镜在大行程工作状态下的高带宽设计要求。

烟草花几何建模研究

为实现花冠联合植物的花朵几何建模,以烟草花为例,提出了一种基于球B样条曲线和参数曲面的花朵造型方法。通过对烟草花形态结构的观测分析,分别对雌蕊、雄蕊、花柄、花冠和花萼的几何形状进行了数学描述,提取了模型控制参数;结合颜色渲染色和整个花的拓扑信息,实现了烟草花整个模型的建立。实验结果表明,该方法可以有效地对烟草花进行模拟,可控性强,建立的模型有较高真实感,为其他花冠或花萼联合的植物几何建模提供了方法。

油菜花序三维形态结构数字化设计技术研究

为了实现油菜花序三维形态结构的交互设计、几何建模和真实感显示,提出了基于形态特征参数的油菜花序三维形态数学模型以及交互式设计方法。油菜花序模型的建立过程包括单花三维重构、花序三维重构和花序动态生长模拟3个阶段。通过对油菜花序形态结构的观测分析,分别创建了花瓣、花萼、花序轴、花轴、雄蕊和雌蕊等器官的几何模型,并提取具有明确农学意义的几何模型参数。实验结果表明,该方法可控性强,易于操作,可以精确地重构出油菜花序的三维形态,并且可以根据油菜花序结构的发展规律,实现油菜花序生长的可视化模拟。

植物茎秆可视化研究

植物茎杆的可视化模拟对认知植物骨架结构及提高植株真实感具有重要意义。为模拟作物茎秆的外部形态,提出基于球B样条的植物茎杆模拟方法。首先利用数字化仪或三维扫描仪获取作物的真三维数据,然后根据不同作物的特点灵活选用样条基函数计算得到中轴线,并根据中轴线确定轮廓线,最后根据枝干的弯曲情况确定各点轮廓线的法向。文中利用不同表达形式的球B样条实现了辣椒、黄瓜、玉米三种作物的茎秆可视化模拟,并在玉米的模型中将球B样条推广到了任意轮廓外形的作物形态研究。实验表明,该方法得到的模型能够比较真实地反映作物茎杆的弯曲程度及诸多细节,适用于多种作物,具有一定的应用前景。

基于SCARA机器人的运动学分析及关节解耦

应用牧野坐标系建立SCARA机器人运动学模型,采用回转变换张量法计算运动学正、逆解。针对机械臂末端关节滚珠丝杠滚珠花键运动耦合,完成运动学解耦。采用ADAMS建立虚拟模型,进行运动仿真,验证了运动学解耦的正确性,为SCARA机器人的运动控制提供理论依据。

纵切机床导套关键技术研究

从导套类型、结构特点以及关键技术等方面进行了分析,对纵切机床的研发具有指导性作用。

面向脑血管物联网电子健康平台的分割及重构关键技术研究

在物联网应用中,脑血管诊疗的电子健康平台可以很好地实现脑血管健康异地保健和远程医疗的要求.设计实现了脑血管诊疗的物联网e-health平台层次结构.面对物联网平台网络的普及化应用要求,提出并实现了基于统计模型的脑血管无人工干预分割算法;面向物联网平台组件之间的快速和高可靠性数据传输特点,提出并实现了基于球B样条三维重构模型.基于双高斯模型的脑血管统计分割模型融合改进的SEM算法,无需人工设定初始轮廓、高维进化函数和进化终止条件.脑血管在脑组织中所占比例较低(<5%),成像灰度不均匀,形态复杂且个体差异性大,该方法可获得良好的分割效果.球B样条模型具有严格的数学基础、较小的数据规模、平稳的光滑连续性和良好的交互性,非常适宜在物联网平台上传输.在上述关键技术的基础上,研究实现了光线投射法的GPUCUDA的并行加速体绘制及三维虚拟环境下脑血管的交互漫游和自主漫游.系统可实现脑血管疾病的诊断、医疗方案的制定和治疗过程中的监测以及脑血管疾病的教学和培训.相关研究为物联网平台下精细组织电子健康发展作出了有益的尝试.

滚珠花键副的刚度的计算及应用

鉴于滚动花键副在精密仪器中的广泛使用,运用弹性接触理论计算其刚度,用以仪器系统形变和位移的定量分析。并以云台1m红外太阳望远镜中所用的滚动花键副为例,计算了花键的弯曲和偏转刚度,讨论了采用有限元法进行数值计算时,该滚珠花键副的简化和有限元模型的建立。

一种新型旋转直线组合式液压缸设计

针对现有液压缸产品性能单一、运动模式较少、日益不能满足现代工业自动化生产的要求等问题,设计了一种新型旋转直线组合式液压缸。该液压缸利用滚珠花键副能传递扭矩和实现直线运动的特点,将双螺旋摆动液压缸与传统往复直线式液压缸有机结合,不仅可以实现单一的往复直线运动和旋转运动,也可以实现复杂的旋转直线复合运动,技术功能完善,结构紧凑,安装方便,能够满足市场对液压传动产品性能多样化的需求。

一种新型旋转直线组合式液压缸设计

随着制造业自动化的快速发展,市场对液压传动产品的要求也越来越高,而现有液压缸产品性能单一、运动模式少,日益不能满足市场的需求。针对此问题,设计了一种新型旋转直线组合式液压缸,该液压缸利用滚珠花键既能传递扭矩又能实现直线运动的特点,将双螺旋摆动液压缸与传统往复直线运动液压缸有机结合,不仅可以实现单一的往复直线运动和旋转运动,也可以实现复杂的旋转直线复合运动,技术功能完善,结构紧凑,输出载荷大,传动效率高,传动平稳,安装方便,能够满足市场对液压传动产品性能多样化的需求。

球B样条曲线结合树状结构的脑血管表示模型

针对分割之后的脑血管体数据场,提出基于球B样条曲线结合树状结构的表示模型.该模型中主要分为3个步骤表示脑血管:首先采用Hessian矩阵结合弹性球的方法获取脑血管的中心线和半径信息,可提高中心线的求取精度并且在中心线的求取过程中即可获得半径;然后对获得的中心线和半径进行树状重构,得到符合血管的形态拓扑结构,便于对脑血管进行遍历;最后对重构之后的每一分支血管采用球B样条曲线的方式来描述,以对脑血管病变区域进行检测,并能针对不同大小的显示窗口采用多尺度方式绘制.实验结果表明,文中模型在脑血管的显示、病灶检测等方面具有极大优势.

圆盘/球域控制点曲线/曲面在散乱数据拟合中的应用(英文)

提出了一种散乱点的参数化方法和两个拟合算法来解决用圆盘和球域控制点Bézier/B样条曲线和曲面拟合散乱数据的问题,还设计了一些例子来说明这些算法.

SCARA机器人的结构动态设计与改进

设计了一种SCARA机器人,借助ANSYS软件对主要受力零件进行了结构动态设计。针对调试过程中机械臂出现的抖振现象,经动态分析后对结构作了改进。

滚珠花键副轮齿修形的有限元法研究

滚珠花键副是一种新型移动副，用于低阻力传递大扭矩。在扭矩作用下，花键副轮齿将发生变形，从而引起在不同齿之间以及在同一齿的齿宽方向载荷分布不均，造成局部应力集中，降低花键副寿命。文中利用有限元法对花键副轮齿在载荷作用下的变形进行研究，提出消除载荷集中的轮齿修形方法。

自动插件机插件系统的设计与分析

自动插件机插件系统由研华工控机IPC-610L+固高GTN运动控制卡(4轴拓展模块)组成控制核心。该插件系统的设计通过Z轴滚珠丝杆花键副带动末端执行气缸直线、旋转运动,配合不同取料夹爪快速拾取电子元器件,完成PCB板料导电通孔的安插工作;通过在IEC 61131-3编程环境下完成相应的控制程序策略且加以分析,很好地实现了插件系统的取料、插件动作。

混合陶瓷滚珠花键副的研究与设计

为适应数控制造装备发展需求,提出用陶瓷珠替代金属珠并做相应的结构及尺度改变,研发一种新型滚珠花键副——混合陶瓷滚珠花键副,用以提升滚珠花键副的接触、摩擦、抗振、定位、高温响应等特性。在新材料匹配以及滚珠尺寸缩小的新接触条件下,为进一步改善滚珠与滚道的接触状态,以二次曲线替代圆弧作为新滚道的截型。研究结果表明,新型混合陶瓷滚珠花键副相比于传统的金属滚珠花键副,具有较好的接触特性、摩擦性、抗振性以及高温高速下的工作稳定性,适用于先进数控机床等精密应用场合,为数控机床直线运动部件的性能优化提供了一定参考。

菱形递推算法

本文的主要结果是提出了菱形结构,构造出广义的Ball样条曲线和曲面,给出它们的任意阶升阶公式,并证明了变差缩减性质。

基于脉序骨架的小麦叶精细建模研究

为了实现小麦叶形态结构的三维可视化,基于小麦叶的脉序特征,提出了基于脉序骨架的小麦叶片三维几何建模方法。用B样条曲线表示小麦叶片和叶鞘上的叶脉曲线,用球B样条模拟叶片和叶鞘上的叶脉骨架,再连接已生成的叶脉骨架上相应的点生成叶片和叶鞘上叶脉之间的叶肉,建立了具有明显的叶脉分布和厚度的小麦叶几何模型。该方法可用于其它平行叶脉植物叶片的精细建模,具有较好的真实感。

囚禁于巴基球内偏心位置的氢原子

本文通过非线性变换技术和特殊设计的B样条基函数方法计算了囚禁于巴基球内的氢原子的电子能级随偏心距离及势阱深度的变化.结果表明,巴基球等效势阱深度和偏心距离可以有选择的影响和改变囚禁原子的特性.