基于边界点云数据的3次B样条曲线拟合

点云边界特征线是指能够表达实物样件原始边界特征的测量点。边界不仅作为表达曲面的重要几何特征,而且作为求解曲面的定义域,对重建曲面模型的品质和精度起着重要作用。提出空间点云边界提取方法获取边界点云数据,然后通过"构造树型特征链"和3次B样条算法实现边界点云数据曲线拟合。

基于三次B样条曲线的叉车型AGV路径规划研究

针对工厂环境下叉车型AGV在沿给定参考路径运行时,因避障等问题产生的大幅度偏离参考路径的现象,将3次B样条曲线用于路径规划;规划路径在满足AGV运动学约束、最大曲率约束、起点和终点位姿等约束的条件下,使AGV以最短距离回到原参考路径;算法将路径规划问题转化为参数优化问题,将规划路径距离作为目标函数优化求解参数;算法最后使用Matlab针对直线和圆弧参考路径进行了仿真验证,结果表明文章算法能够在大偏差情况下,规划出一条最短路径,使AGV回到参考路径。

基于层次分析法的南极磷虾瞄准捕捞网口路径规划

为克服人工规划网口捕捞路线的主观性和滞后性,提高我国南极磷虾捕捞的自动化水平,设计了基于层次分析法的南极磷虾捕捞网口前进路线规划体系。在分析磷虾虾群体积反向散射强度数据图像获得磷虾的局部密度中心位置的基础上,以3次B样条曲线为路径规划器,构造磷虾虾群的路径簇。采用层次分析法建立路线评价模型,评价候选路线的优劣,以经济性和可控性为准则,以捕捞率、路径长度、平均曲率、拐点个数量化各个指标,构造路径择优体系,获得最优路径。在现有实测数据基础上的实验结果表明,本算法磷虾捕捞率为94.33%,比人工规划路线的捕捞率多了9.80%、规划路线平均总耗时为2.5 s,可以满足磷虾捕捞网口前进实时规划的要求,有利于实现瞄准捕捞,提高捕捞效率,降低人工成本。

基于改进RRT-Connect算法的全局路径规划

针对RRT-Connect算法在复杂环境内的路径规划中存在探索性弱、收敛速度慢、冗余节点多、搜索路径较长等问题,提出一种改进的RRT-Connect算法。通过引入高质量随机点和动态步长的方法,提高了生成随机树的质量并减少了冗余节点数量;采用正向寻优和逆向贪婪的方式,改善了搜索路径较长的问题。实验结果表明,改进RRT-Connect算法平均路径规划时间缩短26.41%,平均路径规划长度缩短19.05%,平均路径规划节点个数减少41.91%,证明了改进RRT-Connect算法相比于原算法规划效率更高,规划时间更少,规划路径质量更优。

巨厚砾岩层气体钻井井眼特征

由于具有常规钻井所不具备的多方面优势,气体钻井技术在中国正受到越来越多的关注。作为一项打开油气层新技术和提速技术,气体钻井技术在矿场应用中存在一些特殊问题,包括巨厚砾岩层提速钻井中井斜控制难和套管下入遇阻现象。现有的空气锤和钟摆钻具组合控制井斜方法在塔里木油田山前巨厚砾岩层中都很难起到很好的井斜控制效果,而且套管遇阻情况严重。基于实测井径数据,利用3次样条曲线重构井眼截面形状特征,并探讨巨厚砾岩层空气锤钻井椭圆井眼形成机理。结果表明,空气锤以高频冲击破坏岩石,受地层的非均质性和各向异性的影响,所形成的井眼体现为高度椭圆性。431.8 mm井眼的平均井径达495.3 mm,长轴达551.2 mm,而短轴仅为427.7 mm。正是这种井径短轴偏小和井壁不规则造成了套管下入遇阻问题。为了在塔里木盆地山前巨厚砾岩层推广气体钻井技术,不但要有效控制井斜,而且要尽可能增大井眼短轴长度。博孜101井的钻井实践表明,采用预弯钟摆BHA(底部钻具组合)不但可以较好地控制井斜,而且可以有效地改善井径截面形状,提高井壁的光滑度。

服装款式细节的数字化实现

以“图元构造”和“函数模拟”的思想在B3次样条曲线上绘出规则和不规则服装细节图案,突破了以往服装CAD设计中手工绘制细节图案的传统。生成的细节图案参数可控,细节图案可调,并能沿着服装设计时给定的曲线准确贴合,且具有缩放、旋转等各种图案变换功能。

基于双向同时无碰撞检测目标偏置RRT算法的路径规划方法

针对传统RRT算法在复杂环境中对不必要区域的搜索和路径规划的时间代价过高等问题,提出了一种双向同时无碰撞检测目标偏置快速扩展随机树算法——TNCG-RRT。该算法将B-RRT中的双向搜索策略和BIT中的启发式搜索融合作为文中的基础算法,引入神经网络的批量抓取数量决定一次采样的节点数目从而影响采样速度;然后,将正向树和反向树的扩展同时进行以加快路径搜索速度,通过对目标偏向策略中扩展顶点队列的改进和对采样区域的不断更新明确扩展方向,缩小随机树生长的范围;最后,利用3次B样条曲线使生成的路径趋于平滑。与B-RRT算法和BIT算法进行对比实验,实验结果表明:TNCG-RRT算法在路径生成时间上缩短4.5%,剪枝数增加80%,路径代价(即路径长度)缩短9%,证明了TNCG-RRT算法的有效性。

软土地铁隧道沉降治理效果评估

基于某地铁隧道沉降治理过程中的实测数据,研究沉降治理效果评估方法。首先利用3次样条曲线插值法对隧道沉降监测点数据拟合,计算出累计沉降的曲率半径;然后以等效轴向刚度模型为基础,推导出盾构管片接头环缝张开量和纵向连接螺栓受力情况。通过理论计算对治理后隧道结构健康状态作出评估,全面分析隧道沉降治理效果,为后期运营维护提供依据。

CAM/CNC走刀轨迹的实时重构

走刀轨迹的优化对复杂型面的高速高精度加工起着十分关键的作用。目前大多数CAM/CNC系统采用大量小直线段逼近原始曲线和直线插补的做法,只能获得零阶连续的走刀轨迹,逼近精度低,不能保证高速加工运动的平稳性,因而加工精度、光洁度和加工速度都难以提高;由小直线段构成的NC代码数据量庞大,也增加了数控系统在内存容量和数据传输方面的成本。本文采用3次参数样条曲线和B样条曲线来实时重构CAM生成的走刀轨迹,以少量的数据点便能达到比直线和圆弧插补高得多的加工精度。文中讨论了数据分段、样条拼接及首尾振荡问题,以及程序实现中的面向对象和多线程技术。在实际使用中显著地提高了数控系统的加工速度和加工精度。

软土地铁隧道沉降治理效果评估

基于某地铁隧道沉降治理过程中的实测数据,研究沉降治理效果评估方法。首先利用3次样条曲线插值法对隧道沉降监测点数据拟合,计算出累计沉降的曲率半径;然后以等效轴向刚度模型为基础,推导出盾构管片接头环缝张开量和纵向连接螺栓受力情况。通过理论计算对治理后隧道结构健康状态作出评估,全面分析隧道沉降治理效果,为后期运营维护提供依据。

基于并行-交替式双向JPS算法的机器人路径规划

针对跳点搜索(JPS,jump point search)算法在障碍物位置随机的栅格地图中路径规划时间较长的问题,提出了并行-交替式双向跳点搜索(PA-BJPS,parallel alternate bidirectional jump point search)算法;首先,在起始点与目标点间确定一个中心热点区域;其次,采用改进了预计代价函数的并行式双向跳点搜索算法,分别规划从起始点抵达中心热点区域以及目标点抵达中心热点区域的路径;然后,采用交替式双向跳点搜索算法,规划中心热点区域内部的路径;最后,提出迭代式路径修正方法来改良危险路径,并采用3次B-样条曲线替代拐角来平滑路径;仿真结果表明,并行-交替式双向跳点搜索算法有效地缩短了路径规划时间,同时提高了路径的安全性和平滑性。