Design of Pinion Machine Tool-settings for Spiral Bevel Gears by Controlling Contact Path and Transmission Errors

This paper proposes a new approach to design pinion machine tool-settings for spiral bevel gears by controlling contact path and transmission errors. It is based on the satisfaction of contact condition of three given control points on the tooth surface. The three meshing points are controlled to be on a predesigned straight contact path that meets the pre-designed parabolic function of transmission errors. Designed separately, the magnitude of transmission errors and the orientation of the contact path are subjected to precise control. In addition, in order to meet the manufacturing requirements, we suggest to modify the values of blank offset, one of the pinion machine tool-settings, and redesign pinion ma- chine tool-settings to ensure that the magnitude and the geometry of transmission errors should not be influenced apart from minor effects on the predesigned straight contact path. The proposed approach together with its ideas has been proven by a numerical example and the manufacturing practice of a pair of spiral bevel gears.

Spiral transitions

Spiral curves are free from singularities and curvature extrema. These are used in path smoothing applications to overcome the abrupt change in curvature and super-elevation of moving object that occurs between tangent and circular curve. Line to circle spiral transition is made of straight line segment and curvature continuous spiral curve. It is extendible to other important types of transitions like line to line and circle to circle. Although the problem of line to circle transition has been addressed by many researchers, there is no comprehensive literature review available. This paper presents state-of-the-art of line to circle spiral transition,applications in different fields, limitations of existing approaches, and recommendations to meet the challenges of compatibility with today’s CAD/CAM soft wares, satisfaction of Hermite end conditions, approximation of discrete data for image processing, 3 D path smoothness for an unmanned aerial vehicle(UAV), and arc-length parametrization. Whole discussion is concluded with future research directions in various areas of applications.

多模型耦合构建海南自贸港创新生态系统的策略分析——来自邻岛新加坡的经验启示

基于自贸港视角的创新生态系统构成主体、相互关系、耦合路径,类比新加坡的经验证据,使用熵权法、灰色关联法、耦合协调度模型法以及机器学习评估法进行逐级深入研究,分析创新生态系统构建水平与“政产学研金服用”七大主体发展指标的相关关系,证明了产业链是多螺旋中关联度最高的主体,为构建新型创新生态系统提供借鉴和参考。建议海南自贸港在布局自身产业链时注意构建本土特色创新生态系统,同时积极利用粤港澳大湾区、东南亚各国优势资源进行联动发展,将优化产业链结构作为绝对重点环节,实现经济发展的最优解。

基于组态视角的星创天地绩效影响路径探析

【目的】基于学术界—产业—政府—社会公众四螺旋创新生态系统,探究星创天地运行绩效的影响机制,为今后构建星创天地及类似农村创新创业平台提供新的战略锚点。【方法】选取2020—2022年福建省46个星创天地案例的创新要素导入、投资金额、成果转化与技术产业化水平等数据为样本,运用模糊集定性比较分析从学术界、产业、政府、社会公众4个层面探析多组态因素对星创天地实现高绩效的影响及作用机制。【结果】高水平运行绩效的星创天地共存在8种组态,可将其归纳为学研主导型路径、公众主建型路径、产业—公众共建型路径、学术界—产业—公众共建型路径及全系统型路径。在5种高绩效路径中,有4种路径含有高水平公众参与要素,说明社会公众参与对创新创业绩效有明显影响;高孵化成绩的公众主建型路径覆盖案例数最多,且对最多的单一案例具有唯一解释;孵化成绩与高绩效评价呈正相关不仅直观体现孵化器运营的有效性和创新创业项目的质量,也反映了现行绩效评定体系的合理性及创新创业环境的优化。在稳健性检验中,非高水平星创天地运行绩效的驱动组态分为2种,且与高水平星创天地运行绩效的驱动组态不存在对称关系,即无法通过对立高水平星创天地运行绩效而逆向推导出致使星创天地运行绩效趋于非高水平的原因。【建议】对于非高水平运行绩效的星创天地,不能只停留在补短板的环节上,应从学术界、产业、政府和社会公众的联系中挖掘各要素间的联动匹配,积极履行社会责任,最终实现多要素、全方位的发展:保障技术供给,强化转移转化;统筹多方力量,提高协同质量;注重优势发挥,突出要素联动。

玻璃幕墙清洗机器人内螺旋完全遍历路径规划研究

针对高空复杂环境下玻璃幕墙清洗机器人的全方位无死角清洗问题,本文提出了一种基于改进蚁群算法的内螺旋完全遍历路径规划方法。首先在融合视觉传感器识别定位结果的基础上构建环境栅格地图;针对机器人全方位无死角遍历问题,以最大覆盖面积、最小重复路径及最大安全性为目标,通过内螺旋完全遍历算法实现清洗路径规划。在此基础上,针对机器人完全遍历易陷入死区问题,以最快规划、最少拐点及最快收敛为目标,通过改进蚁群算法规划出最优逃逸死区路线。改进方向以机器人4方位4领域移动为主,在启发函数中引入A^(*)算法的代价函数,同时在信息素更新中引入惩罚函数的思想。最后通过2种算法结合完成清洗区域的完全遍历,仿真结果表明:机器人在已知地图上通过4次规划后清洗覆盖率达到100%,行进重复率达到3.15%,实现了完全遍历。

基于混合改进麻雀搜索算法的农用移动机器人路径规划

针对目前农用移动机器人进行全局路径规划容易产生局部最优路径的不足,提出混合多策略改进麻雀搜索算法的移动机器人路径规划算法。首先,为提升麻雀搜索算法的寻优能力,引入偶对称无限折叠混沌序列、螺旋式搜索发现者更新、多重学习追随者更新机制对传统算法的种群多样性、搜索盲目性及全局搜索能力改进,实现多策略混合改进麻雀搜索算法MHISSA。然后,构建移动机器人的路径规划模型,利用导航点定义种群个体的编码方式,并构造同步避障与路径最短的适应度函数,结合三次样条插值法将MHISSA应用于求解农用移动机器人全局路径规划问题。最后,构造简单和复杂障碍物环境对单机器人路径规划和多机器人协同路径规划进行试验对比分析。结果表明,改进算法能够得到平滑无碰撞的最优路径,路径规划长度最优值和均值较传统麻雀搜索算法平均分别降低23.08%和19.56%。实地场景案例也证明方法在农用移动机器人路径规划方面具备较好的实用性。

基于螺旋接触线的五轴侧铣刀具定位方法

针对五轴侧铣加工非可展直纹面时刀具与设计曲面相互干涉的问题,提出了一种基于螺旋接触线的刀具定位方法。首先,基于Z-buffer法建立单个刀位下的误差解析模型,以评估刀具定位方法的优劣。其次,根据非可展直纹面的扭转特性,构造刀轴矢量的数学模型,同时分析刀具-工件接触线的性质及参数表达式。再次,考虑实际加工中的非线性加工误差,通过运动学变换对全局刀位进行路径插补优化。最后,基于改进两点偏置法、最小二乘法及所提出的方法进行仿真分析并对比3种方法所产生的误差,同时基于后2种方法进行实验验证。仿真和实验结果表明,所提出的方法能够有效减小侧铣加工中的原理误差,可为非可展直纹面的五轴侧铣加工提供一定的参考依据。

多策略融合的改进麻雀搜索算法及其AGV路径规划应用

针对麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)存在依赖初始种群分布,易于陷入局部最优解,以及迭代后期种群多样性减少等问题,提出一种多策略融合的改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)。首先,采用Sobol序列初始化种群,保证初始种群的多样性;其次,分别引入随机反向学习策略和螺旋觅食策略改进发现者位置更新公式和加入者位置更新公式,以增强算法的全局搜索能力和跳出局部最优解的能力;最后,引入柯西变异对可能陷入局部最优解的麻雀进行扰动。实验选取9个标准测试函数进行性能测试,实验结果表明,改进后的算法性能有较大提升。将ISSA应用于AGV(automated guided vehicle)路径规划,在3种地图环境下分别可以达到最优值13.1356、28.8345和44.3649,寻优能力和稳定性较原算法有较大提升。

基于改进蜣螂优化算法的无人机三维路径规划

无人机(UAV)三维路径规划问题是十分复杂的全局优化问题,但基于启发式优化算法的无人机路径规划存在速度慢,精度不足的问题。针对此问题,提出一种改进蜣螂优化算法的UAV路径规划方法。首先,提出一种通过引入Bernoulli混沌映射、可变螺旋搜索策略、新型惯性权重和Levy飞行策略改进的蜣螂优化算法(BCLDBO)。通过与其他算法在6个基准测试函数上进行实验对比,证明BCLDBO算法寻优精度更高,收敛速度更快。其次,通过航迹长度成本、高度成本、平滑成本和威胁成本建立路径规划目标函数,并构建复杂度不同的三维任务空间。最后,将BCLDBO算法应用于UAV三维路径规划问题中,证明此算法较其他算法的路径成本更低,路径规划效果更好。

基于改进蜣螂算法的无人机三维路径规划

针对传统智能仿生算法在解决无人机三维路径规划问题时容易陷入局部最优、全局搜索能力不足、收敛精度低等问题,提出了一种基于改进蜣螂算法的无人机三维路径规划算法。首先,利用数学模型建立山区地貌的三维模型,考虑无人机的目标函数及约束条件,使实验环境更符合实际场景;其次,引入分段线性混沌映射对蜣螂算法进行种群初始化,提高全局搜索能力,采用自适应非线性递减模型,动态调整滚球蜣螂在算法前后期的数量,提高算法的收敛速度;最后,在繁殖蜣螂和觅食蜣螂的位置更新中引入鲸鱼优化算法的螺旋搜索策略,加强算法局部搜索能力,提高收敛精度。将改进的蜣螂优化算法与其他智能仿生算法用于无人机三维路径规划仿真实验,结果表明,改进的蜣螂优化算法在路径长度和收敛速度方面有着更好的效果,且路径更加平滑,验证了算法的有效性。

计算机控制抛光中基于等面积增长螺旋线的加工路径

目前计算机控制抛光工艺中使用的阿基米德螺旋线路径,存在加工工件中心区域时工件转速过快的缺点。为了克服该缺点,分析了螺旋线路径加工的特点,分析表明工件的瞬时转速取决于加工点的驻留时间密度和螺旋线的面积增长速率。据此,提出了一种新的螺旋线作为抛光路径,该螺旋线的面积增长速率恒定,因此也称为等面积增长螺旋线。利用该螺旋线路径,加工转速趋于恒定,可降低加工中心区域的转速,从而降低对机床运动性能的要求,降低设备成本和加工成本。实验结果证实,阿基米德螺旋线路径加工中心区域容易产生过加工问题,加工精度较低;等面积增长螺旋线路径加工可避免中心区域过加工问题,获得较高的加工精度。

叶片类零件四坐标高效螺旋数控编程方法研究

研究了多坐标联动机床叶片螺旋加工方法 ,避免了轨迹上横向进刀 ,并按照等加工精度原理计算出合理刀位点。根据切削试验结果 ,对进给速度进行优化 ,保证了实际加工过程中刀具相对于叶片的匀速进给 ,有效地避免了叶片前缘、后缘处刀具啃切。与原有的叶片加工方法相比 ,基本上消除了原有的手工去除余量过程以及昂贵的叶片专用加工机床 ,提高了生产效率 。

基于多策略改进海鸥算法求解机器人路径规划

针对海鸥优化(SOA)算法在进行机器人路径规划时,存在求解效率慢,局部停滞和寻优精度低等问题,提出了一种多策略改进的海鸥优化(MSOA)算法。首先,该算法引入Circle混沌映射对种群进行初始化,保证了寻优效率;其次,提出了多方向翻筋斗和翻筋斗式跳跃螺旋搜索策略,分别嵌入到算法的迁徙行为和捕食行为中,提高了算法的寻优能力;最后,引入了混合波动非线性碰撞控制因子,能够动态地权衡了算法的局部搜索和全局开发能力。实验结果表明,MSOA算法在测试函数和路径规划上的性能均优于其他算法,对机器人路径规划问题,所提出的算法能够快速准确地避开障碍物,规划的路径长度最小,具有较好的优越性、可行性和稳定性,适用于求解移动机器人路径规划问题。

等重叠率螺旋线的非球面抛光轨迹规划

为改善抛光轨迹以获得更好的加工精度,分析了轨迹在非球面上所产生的去除区域的覆盖情况,并提出了一种等重叠率螺旋线抛光轨迹规划方法。基于赫兹接触理论的去除区域的覆盖情况分析表明,常用的阿基米德螺旋线由于弹性接触变化和投影行距变化导致轨迹间去除区域接触变化,从而不能保证加工精度均匀一致,为此引入了重叠率的概念以量化分析该变化情况。提出的轨迹规划方法分析了重叠率的变化特点,并依据螺旋线的性质建立了螺旋线行距与非球面面形的变化关系,保证了轨迹间去除区域的稳定接触。仿真结果表明,在非球面抛光过程中应用等重叠率螺旋线轨迹,重叠率变化范围从阿基米德螺旋线轨迹的56.1%~26.2%缩小到现在方法的56.1%~55.3%,为非球面抛光的均匀性和一致性奠定了基础。

型腔铣削加工光滑螺旋刀轨生成算法

针对传统行切、环切刀轨存在方向突变的拐角,不适用于型腔快速铣削的问题,提出一种新的刀轨生成算法。首先通过线性插值型腔边界的等距多边形生成螺旋状折线,然后以指数函数分布规律插入控制顶点,以这些控制顶点所定义的B样条曲线为基础规划最终刀轨。所生成刀轨不需要离散成大量小直线段即可直接用于具有NURBS插补功能的高速数控系统;另外,刀轨可以任意阶连续,从而减小切削力的变化幅度,避免方向突变,提高加工效率和加工精度。

面向高速加工的复合曲线螺旋轨迹生成方法

针对现有螺旋切削方式仅仅适合圆形或类圆形边界曲面的问题,提出了一种复合曲线螺旋切削法,利用直线圆弧构建规则形状的辅助边界以包容不规则的曲面原始边界,以辅助边界构建光顺网格曲面作为螺旋线的投影曲面,然后桥接投影曲线与平面螺旋线作为驱动曲线从而生成复合螺旋刀路,在避免边界尖角影响的同时保留了刀轨连续的优点,适用于各种具有不规则边界的平坦曲面。软件模拟和实际加工结果表明,复合曲线螺旋切削法有效解决了刀轨的连续性和矢量突变问题,特别适合复合曲面的高速加工。

磁流变抛光螺旋扫描方式的算法与实现

研究基于螺旋扫描路径的光学镜面磁流变抛光的算法与实现。该算法将去除函数矩阵转化成驻留时间解算的线性方程组的系数矩阵,并利用其为稀疏矩阵的特点来进行快速迭代计算,然后将求得的驻留时间分配到螺旋扫描路径上以求得整个路径上速度变化,从而控制磁流变抛光机床直线轴和转轴作插补运动。利用该算法在自研的KDMRF-200磁流变抛光机床上对一K9玻璃平面镜进行了两次迭代加工,面形均方根误差由初始的0.128λ加工到0.022λ,验证了该算法的正确性和实用性。

利用调和映射的复杂网格曲面螺旋刀轨生成算法

针对截平面法规划的复杂网格曲面刀轨的加工效率不高问题,提出一种复杂网格曲面螺旋刀轨生成算法.首先采用调和映射的方法对网格曲面进行参数化,然后根据残留高度确定参数网格中的参数环,在相邻参数环的参数点之间进行"分组匹配",并依次计算初始和精确的对角参数螺旋线;在此基础上采用"区域划分"的方法快速生成了无干涉的网格曲面螺旋刀轨.对于复杂网格曲面的实验结果表明,文中的螺旋刀轨能够有效地提高截平面法刀轨的加工效率,且能够保证较好的加工质量.

面向零件陡峭面加工的刀路优化问题研究

针对目前数控加工过程中零件陡峭面螺旋切削加工方式的局限,在对高速加工(HSM)切削路径进行研究的基础上,借鉴手工编程的优点,通过整合辅助螺旋线和平面轮廓线的投影对计算机辅助制造(CAM)过程进行优化,提出一种新型复合式螺旋切削刀路,从而扩展了先进螺旋切削方式在高速加工中的应用范围。VERICUT软件模拟和实际加工的结果表明,新型刀路能够满足陡峭面和平面并存零件高速加工路径的要求。

智能汽车非时间参考的螺旋弯曲坡道路径跟踪控制

智能汽车在从地面进入地下停车场的自主泊车过程中,必须保证在螺旋弯曲坡道内安全行驶。针对智能汽车在螺旋弯曲坡道的路径跟踪问题,建立了智能汽车运动学方程及螺旋弯曲坡道模型,提出了以螺旋弯曲坡道Z轴位置变量为非时间参考因变量的路径跟踪控制方法,将空间位置跟踪转化为平面位置跟踪以简化路径跟踪控制器,设计了非时间参考的路径跟踪控制律。基于Simulink与Carmaker进行联合仿真,结果表明:智能汽车在螺旋弯曲坡道低速自主行驶过程中,非时间参考的跟踪路径与目标路径基本重合,位置偏差和航向角偏差趋于0。