A Multi-pipe Path Planning by Modified Ant Colony Optimization

Path planning in 3D geometry space is used to find an optimal path in the restricted environment, according to a certain evaluation criteria. To solve the problem of long searching time and slow solving speed in 3D path planning, a modified ant colony optimization is proposed in this paper. Firstly, the grid method for environment modeling is adopted. Heuristic information is connected with the planning space. A semi-iterative global pheromone update mechanism is proposed. Secondly, the optimal ants mutate the paths to improve the diversity of the algorithm after a defined iterative number. Thirdly, co-evolutionary algorithm is used. Finally, the simulation result shows the effectiveness of the proposed algorithm in solving the problem of 3D pipe path planning.

面向曲率及边界距离约束的弯曲管道内路径规划

弯曲管道结构是工业探测或医用诊察中常见的一种场景,传统机器人的路径规划大多基于管道中心线的提取,而忽略了在狭窄空间中作业的真实参数约束,易使得作业工具末端受到弯折或挤压,影响作业效率,增加作业风险.针对以上问题,提出了一种面向真实曲率和边界距离参数约束的路径规划方法,在可视化的三维模型中生成管道的中心稠密点集,针对该点集提出两步走的空间特征点识别策略.在选定作业路径的初始点、终止点后,依据邻近点间的曲率均值、极值及差分关系识别曲率极值点、分段点,通过对粗扫描特征点的遍历进一步识别出拐点和宽域节点以及过密点.将识别出的特征点作为型值点,反算得到NURBS曲线及对应插值点的曲率值,通过模型切片搜索得到曲线插值点的边界距离不合格点集.将极值点添加至特征点集中,再通过搜索得到的曲率不合格点集,将极值点进行拟合圆调整至后更新特征点集、在完成自适应轮次的特征点迭代后,检测并标记为空或连续不变的全区间参数不合格点区间集.实验结果证明:弯曲圆柱仿真模型和CT重建肾腔模型的规划路径经由迭代分别满足曲率10 mm^(-1)、8 mm^(-1)的约束.同时最短距离的全区间检测及标记结果也表明本文方法可以在满足曲率要求的前提下尽可能不碰撞管道内壁,验证了本文方法的有效性和可行性.

带扩大桩靴桩基施工挤土效应解析研究

提出新型带扩大桩靴预应力管桩基础.不同于均匀截面管桩的施工挤土效应,由于桩靴尺寸大于预制管桩桩身,桩端扩张不宜视作理想球体而更接近于扁球体(旋转椭球体).基于扁球体扩张源对新型带扩大桩靴桩基施工挤土位移场进行解析求解,基于圆孔扩张理论考虑桩周土塑性区域的体积变形,对扁球体扩张应变路径法计算结果进行修正.通过提出的解析解,研究带扩大桩靴桩基施工挤土效应.结果表明,桩周场地可以根据位移场分布规律,大致分为近地表、近桩端以及桩身附近3个区域.扩张源形态越“扁”,桩身附近区域水平“排开”效应略有增强,近地表区域地面“隆起”位移及近桩端区域竖向位移显著减小,这对于挤土桩施工而言是非常有益的.

基于滑移矩阵的铺管路径规划与导引控制方法.

为了实现深水海洋管道的连续铺管作业、满足铺管的路径和导引信息的自动更等新要求,提出了一种基于滑动矩阵的路径分析、路径映射与路径导引的方法,建立了一种基于铺管接触距离的管道路径和船舶路径的映射关系,给出了一种适合动力定位铺管船的曲线路径跟踪的LOS视线导引算法,设计了一种船舶位置、姿态和速度控制的多目标铺管运动控制器。海洋连续铺管仿真作业的结果表明:本方法可在风浪流的环境干扰下,实现连续铺管作业过程中的路径自动识别、自动规划、自动导引和位置控制等目标,同时满足铺管速度和航向角等控制要求,对于船舶动力定位和水下机器人运动的路径规划和导引控制方法的研究具有较强的理论意义和工程价值。

不锈钢凸缘管材充液成形模拟分析

针对一种航空用凸缘卡箍零件,对不锈钢管材进行充液成形工艺研究。通过DYNAFORM有限元分析软件建立了1Cr18Ni9不锈钢管材充液成形模型,探究了单工序高压成形和双工序低压预成形及高压整形工艺对零件减薄率和贴模度情况的影响。研究结果表明:管材成形工序影响材料流动,对凸缘零件最终成形结果存在很大影响。单工序高压成形时接触摩擦力过大,不利于材料的流动,造成零件减薄率过大并开裂。双工序的低压预成形阶段可以促进材料流动,胀形压力为20 MPa时材料流动不足,零件贴模度较差。胀形压力高于30 MPa时,凸缘变形量过大导致零件翘起。当胀形压力为25 MPa、合模距离为10 mm、整形压力为150 MPa时,零件减薄率适中,贴模度良好,可以成功加工出凸缘卡箍零件。

改进蚁群算法的城市给水管路路径动态规划设计方法

目前现代城市需水量远大于古代城市,给水管网的规划和设计显得极为重要,因此,现提出改进蚁群算法的城市给水管路路径动态规划设计方法。基于改进蚁群算法进行给水管路的模型构建,该模型为充分发挥数据库与给水管路路径动态规划功能奠定了数据基础,进而实现了动态规划城市给水管路路径的设计。实验结果表明:改进蚁群算法的城市给水管路路径动态规划设计方法后的流速结果与未改进前的流速进行比较,各管路的水流速度要远远大于之前的流速。同时证明改进蚁群算法的城市给水管路路径动态规划设计方法具有良好的性能。

大型钢结构多向钢节点电弧增材制造工艺

多向钢节点作为连接大型钢结构的关键构件,承载钢结构建筑各方向的力,对其安全性起至关重要的作用。基于七向钢节点结构特点,文中研究了电弧增材制造钢结构建筑的七向钢节点,采用分区成形、平曲面切片及摆动填充的路径规划方法,将其分为直臂圆管区、相贯区和支管延长区3个区域,相贯区包括两管相贯、三管相贯和四管相贯3种类型。直臂圆管区和支管延长区采用摆动工艺进行堆积,两管相贯、三管相贯和四管相贯区分别采用曲面切片的路径规划进行堆积。对堆积完成的构件进行成形精度检测、微观组织的观测和力学性能的测量。结果表明,七向钢节点构件成形尺寸偏差为±1.32 mm,成形精度较高。微观组织为铁素体和珠光体,构件的抗拉强度和屈服强度相对于同成分铸件分别提高了约30%和105%,电弧增材制造的七向钢节点满足使用要求。

碎软煤层中自动化钻机关键技术研究与应用

为解决碎软煤层中瓦斯抽采钻孔作业常出现的喷孔、塌孔、堵孔及埋钻等情况,研发出一款适用于碎软煤层的ZDY4500LFK型自动化钻机;围绕碎软煤层自动化施工难点,介绍了该钻机的机械结构及控制原理,研究分析了钻机在碎软煤层中运用自适应钻进、钻杆自动定位修正、协同式钻杆加卸路径规划等技术原理。现场试验验证结果表明:该钻机高成孔率、高人均效率、高安全性、高携杆量等作业优势,为碎软煤层安全高效生产提供了技术保障。

焦炉边火道温度低的原因分析及处理方案

为解决安泰集团焦化厂二炼焦车间JN60型焦炉出现的边火道温度低,个别火道窜漏导致燃烧不正常的问题。通过现场了解边火道温度现状,从数据出发分析出现此情况的原因是管砖破裂。采用更换管砖和喷补灌浆处理的方法,解决了边火道温度低的问题。为同行业同类型焦炉提供技术参考和借鉴。

某变径管状零件液压成形加载路径优化研究

针对现有管件液压成形加载路径优化方法实用性差的问题,提出了试错仿真分析与二分法相结合的加载路径优化方法。首先,通过分析变径管的几何数模、管材力学特性及成形工艺,设计了变径管液压成形模具。其次,进行变径管液压成形实验,与仿真结果进行对比,证明了有限元模型及仿真方法的正确性。最后,利用试错仿真分析与二分法相结合的加载路径优化方法,对变径管液压成形进行加载路径优化,得到了最优加载路径,为管材液压成形加载路径优化方法的工程化应用提供参考。

离心铸管机高温作业区气路改造

由于现代工业生产中,特别是在高温环境下进行的铸造工艺中,气路系统的稳定运行对设备的正常工作和生产效率至关重要。离心铸管机作为关键的铸造设备之一,其在铸造过程中面临着高温铁水的快速处理和运输,因此其气路系统的设计和运行质量直接影响了生产效率和设备的可靠性。文中分析永通公司离心铸管机高温作业区气路改造的过程,介绍设备改造前存在的问题,探讨改造过程中采取的技术措施和具体改进方案,分析在改造中应注意的关键问题和解决方案,以及在操作和维护中的安全性和经济性考量,总结改造后系统的运行效果和生产效率提升情况。

电磁流量计测量精度提升的优化研究

针对目前电磁流量计测量精度偏差大、灵敏度不高的缺陷,提出了一种新的基于电磁感应原理的电磁流量计。分析了该电磁流量计的工作原理、结构特性等,对不同流速情况下所对应的最佳流道管径进行了研究。结果表明,优化后电磁流量计在满量程情况下的测量误差在0.7%以内,比优化前提升了57.1%;反应灵敏度比优化前提升了91.7%。

基于路径积分法的输液管道随机动态响应分析

随机激励下的输液管道在工程上广泛存在,对其进行研究具有十分重要的意义.为了预测高斯白噪声激励下输液管道系统的随机动态响应,基于哈密顿原理建立了高斯白噪声激励下非线性输液管道的动力学模型.采用Galerkin截断方法对输液管道的控制方程进行离散化.采用基于Gauss-Legendre公式的路径积分法计算了输液管道随机振动响应的位移概率密度函数和速度概率密度函数.采用Monte Carlo方法与路径积分法得到的计算结果进行对比,验证了路径积分法在计算输液管道振动响应上具有较高的计算精度.研究了流速、激励强度和阻尼系数对输液管道位移概率密度函数和速度概率密度函数的影响,并确定了输液管道位移概率密度函数出现双峰时的临界流速.结果表明,采用路径积分法计算输液管道系统的动态响应是有效的.流速增大会使系统可能发生的最大位移变大,可能发生的最大速度不变;激励强度增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变大;阻尼系数增大会使系统可能发生的最大位移和最大速度变小.此外,研究发现流速增大是诱导输液管道发生随机分岔的因素之一.

空调器室内机制冷剂流动声产生机制及改善方案

空调器室内机噪声是空调舒适性评判的重要指标之一,其中制冷剂流动声是室内机噪声中较难解决和客户投诉较多的一个问题。本文对室内机制冷剂流动声产生的原因进行分析,并提出相应的解决方案。理论分析和试验结果表明,电子膨胀阀垂直放置、引入盲管技术、过滤器分体式设计、增加黄铜管接头、改善换热器流路等措施对室内机制冷剂流动声的改善效果明显。

星载相控阵天线传热路径设计与热流分析

为满足星载相控阵天线多热源、高功耗、大功率密度散热问题,设计了由外敷热管和预埋热管组成的十字交叉热管网络,将点热源转化为面热源,同时借助U型热管耦合+Z板与±Y板,强化蜂窝板间换热,通过有限元模型对整星进行热流分析,并进行试验验证。仿真结果表明:U型热管传导了32.9%的相控阵天线热耗,其中66.6%传导至处于阴影区的+Y板,33.4%传导至处于阳照区的-Y板。试验结果表明:整星在长时峰值工作模式下,热管自身温差小于1℃,相控阵天线温度满足接口要求。热管网络满足整星长时峰值工作散热能力需求,多次十字交叉热管网络得到验证,U型热管耦合+Z板和±Y板,解决了单个蜂窝板散热能力不足问题。

航空发动机复杂约束空间内管路敷设技术

手工敷设复杂产品的管路及线缆,会造成反复改动而导致无法避免的浪费,为解决这一问题,综合考虑管路敷设工程规则,基于计算几何、微分几何和智能优化等思想,系统介绍了提出的若干航空发动机管路敷设算法,对管系的敷设顺序与管路路径进行自动求解。算法针对复杂回转空间,不局限于柱面,更具一般性;管路贴近机匣表面并沿测地线敷设,获得了更优的管路轨迹;而对敷设顺序的排序求解,进一步优化了管系的整体敷设。通过若干敷设算例,验证了该方法的有效性。

船舶管路三维布局优化的变长度编码遗传算法

基于遗传算法提出一种适合船舶管路布局特点的变长度编码技术和相应的遗传算子。该编码方式和遗传算子具有下述的设计特点:保证染色体中的基因相互关联,避免在遗传操作中非法个体的产生;采用有方向指导的随机方式生成初始路径和子路径;根据约束条件划分布局空间;可在三维空间下对船舶管路优化布局进行研究。经仿真试验证明该方法可行、有效,优化结果令人满意。

多声道超声流量计在弯管段安装的适应性研究

针对在不具备直管段安装条件时,如何合理地选取多声道超声流量计的声道数量、测量断面及安装角度,本文从数学建模、误差分析、数值计算仿真与试验分析等方面,对DN400多声道超声流量计在弯管中的适应性进行了综合研究。利用高斯-雅克比数值积分法,给出了试验数据处理与数值仿真的数学模型,并分析了模型误差及横流的影响,提出利用双断面测量可减小横流的影响,并在数值仿真和试验中得到了验证。通过对声道数量、测量断面、安装角度进行数值仿真和试验表明,安装角度对低流速测量影响显著,最佳安装角应为0°;高流速测量应选用双断面,可根据测量精度的要求选用8声道或18声道。仿真结果与试验结果得到了很好的吻合,为进一步指导试验奠定了理论基础。

基于自适应退火遗传算法的船舶管路布局优化方法

采用自适应遗传算法来确定标准遗传算法的杂交率和变异率,尤其对变异率的调整,使其不但能根据个体适应值的大小进行自适应修正,而且能随进化状态的改变而改变,从而增强了算法摆脱局部最优解的能力.同时引入模拟退火思想,通过对标准遗传算法接受算子的退火处理,使其在搜索过程中除了接受优化解以外还以M etropo lis准则接受恶化解,提高了种群的多样性,有效地增强了全局寻优能力.通过对适应值函数的退火拉伸,调整了进化前后期的适应值差异,从而加速了寻优过程.最终以形成的自适应模拟退火遗传算法进行船舶管路的三维布局优化,仿真实验表明,该算法不但加快了寻优速度,而且与标准遗传算法相比全局收敛率提高了近30%.

基于改进A*算法的管路自动布局设计与优化方法

针对复杂机电产品中的管路布局效率低且依赖于经验的问题,提出一种基于改进A*算法的管路自动布局设计与优化方法。分析了布局过程中的工程约束,并对布局空间进行了栅格化处理;提出以A*算法作为路径搜索算法,通过构建基于长度、折弯数和方向的启发式函数,并通过改进安全性和安装固定等特定约束实现了管路路径的自动搜索。在得到初始路径后,采用二分思想对路径节点进行筛选,提出面向可制造性约束的路径优化方法,从而使布局设计结果满足可加工性要求。开发了管路自动布局设计与优化系统,并进行了算例测试与实例分析,验证了所提方法的可行性。