基于双NURBS曲线的叶轮叶片工业机器人GMAW增材制造

以双NURBS曲线获得的直纹面广泛存在于各行业复杂零件中,如何实现复杂直纹面的增材制造一直是增材制造领域中极为关心的问题。以双NURBS曲线描述叶片模型,进一步获得直纹面,采用优化工艺参数,以GMAW方法实现了叶轮叶片的增材制造,增材获得的叶片完整,成形良好,表明以GMAW工艺实现双NURBS曲线叶片增材制造是可行的。为叶片模型构建、复杂形状叶片的电弧增材制造提供了新方法,对复杂形状零件增材制造过程控制具有借鉴意义。

基于NURBS曲面的小麦叶片三维重建

针对小麦叶片三维可视化不易实现的问题,通过NURBS曲面算法对小麦叶片进行三维重建。实测小麦叶片长度、叶片宽度、茎叶夹角、叶鞘长度、叶鞘直径等具体数据,通过主脉控制点算法计算叶片和叶鞘的主脉控制点信息,根据叶片宽度、叶鞘直径等信息计算出全部控制点信息,在visual studio中使用OpenGL构建小麦叶片三维模型。本研究算法得出的小麦叶片模型与真实小麦叶片有较高的相似度,较好地体现了叶片的弯曲度,真实地反映了作物叶片的形态信息。基于NURBS曲面的三维重建控制灵活、使用方便、计算简单,在作物的三维建模方面有较好的应用和参考价值。

运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补

为满足工业机器人高精度复杂曲线运动的需求,本文提出运行时间周期化工业机器人模型迭代寻优NURBS轨迹插补算法.首先,根据轨迹最大轮廓误差和机器人动力学特性对曲线分段.随后,提出优化回溯算法,使各子曲线段均可用S曲线加减速规划.之后,为保证机器人在进给速度极小值处不超速,将各加减速阶段运行时间调整为插补周期的整数倍,并对子曲线段衔接处速度平滑处理.最后,提出模型迭代寻优曲线插补,大大降低了速度波动率.仿真试验表明,该方法插补轨迹的各项指标均满足要求且最大速度波动率仅为0.000099%.真机试验也验证了该方法可有效减小轨迹误差.

NURBS体参数化模型的无支撑打印算法

处理大角度悬垂结构的打印问题是无支撑打印的主要挑战。针对NURBS(non-uniform rational B-spline)体参数化模型的多自由度无支撑三维打印技术,提出一种锥形切片算法。通过对模型的三维文件进行几何映射,利用水平切片算法对其进行切片,得到模型变形后的连续打印路径G-code;然后对得到的G-code进行逆映射,生成适用于六轴机械臂的多自由度连续打印路径。利用锥形切片算法规划打印路径,可以在无须支撑的情况下,依靠自支撑结构实现对悬空结构部分的打印。最后,通过仿真实验和对比实验,验证了锥形切片算法的准确性、可行性和有效性。锥形切片算法的引入为NURBS体参数化模型的无支撑三维打印提供了一种更加高效、经济和环保的解决方案。

基于NURBS曲线拟合的渐开线圆柱齿轮齿形偏差计算

为了提高现有齿轮齿廓曲线的拟合精度,针对现有的齿形偏差计算方法,提出了一种基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线拟合的渐开线圆柱齿轮齿形偏差计算方法。首先,建立渐开线圆柱齿轮齿形误差的理论数学模型,然后根据NURBS曲线拟合原理和三坐标测量机测量的齿廓坐标点,用Matlab编程实现了NURBS曲线对实际齿廓曲线的拟合,结合渐开线等效拟合法,计算出了齿轮的齿形偏差。拟合结果表明,与最小二乘法(LS)的拟合结果对比,NURBS曲线拟合齿廓曲线精度更高,误差小,具有良好的拟合效果。齿形偏差计算结果表明,采用的基于NURBS曲线拟合的齿形偏差与实测值一致,表明该方法准确、有效。

基于NURBS插补的刀具轨迹优化方法研究

为解决五轴联动加工中传统的直线及圆弧插补难以满足复杂曲面型面精度的问题,提出一种NURBS曲线同步插补方法。首先,根据NURBS曲线的相关理论生成了三次3条NURBS刀具路径模型;其次,根据泰勒展开式计算出了3条轨迹各对应的插补点的参数,以刀心点轨迹参数为基准,对刀轴点和刀触点的轨迹参数进行同步,实现3条NURBS曲线轨迹的同步运动;然后,基于JAVA语言和eclipse平台,开发出具有NURBS插补功能的后置处理软件;最后,以某一叶轮作为试验件,进行MATLAB仿真分析及VERICUT仿真加工验证。结果表明,与传统的插补方法相比,该方法可以实现更高精度的NURBS同步轨迹插补,进而高效且高品质地加工复杂的曲面。

基于NURBS曲线的提花机拉刀结构优化

针对大型提花机承受载荷时易发生弯曲变形导致拉刀提升高度不够,使直针钩子无法被电磁装置吸附的问题,首先对拉刀结构、载荷以及曲柄滑块驱动机构运动情况进行分析。其次,基于变截面梁理论和结构优化的方法,采用非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)曲线表达拉刀侧面、截面形状,通过数值方法计算拉刀截面惯性矩函数、弯矩函数,并通过有限差分法计算拉刀变形量。通过有限元方法(Finite Element Method,FEM)、等效为等截面梁的方法对挠度计算方法进行验证,误差在10%以内。最后,以最小质量为目标,采用原-对偶不可行内点算法对拉刀结构进行优化。优化结果表明,相较于优化初值模型,拉刀质量减小约17%,最大挠度减小约2667%。

直角坐标机器人轨迹自适应NURBS曲线插补算法

为了提升直角坐标机器人轨迹的分段精度,提出了一种直角坐标机器人轨迹自适应分段NURBS曲线插补算法。基于NURBSS曲线自适应速度调整原理,通过加减速区域分析和分段预处理,找出曲线上的曲率极大值,分辨这些点是否为速度敏感点,并通过前瞻处理,逆向插补每个速度敏感点,规划敏感区的进给速度,使各个轴的加减速限制与弓高误差可同时得到满足,并确定减速点位置,实时插补处理根据进给速度与当前插补点的位置,计算下一插补点的位置,实现实时插补。实验表明:该算法具有较高的分段精度与分段效率;可满足分段加减速的要求;速度波动率最低且始终在给定的速度范围内,能够良好地控制进给速度;前瞻处理后插补速度减速效果较好;插补计算耗时仅为0.6/ms。

基于双Hamming的NURBS曲线插补算法

针对传统非均匀有理B样条(NURBS)曲线插补中,由于理想插补步长和实际插补步长误差较大引起速度波动的问题,提出一种基于双Hamming的NURBS曲线插补算法。推导差分和导数定义分别变换Hamming方法,得到插补参数的预估、校正公式,再判断校正公式所得插补参数值是否满足速度波动率要求,满足则可继续进行插补,否则利用密勒-牛顿迭代公式对插补参数值进行迭代校正。使用四阶Runge-Kutta方法对初始两插补参数进行求解,并推导插补数值方法关于插补周期的稳定性约束条件。最后对该算法进行仿真,仿真结果表明该算法相较于二阶Taylor、四阶R-K和Adams隐显预估校正算法,平均速度波动率减少30.54%~65.57%,迭代次数减少1.23%~13.12%,证明了该算法在保证较小迭代次数的同时减少了进给速度波动率。

基于Polygon-Nurbs混合建模的汽车造型数字化设计

文章阐述了汽车造型数字化设计中Polygon建模与Nurbs建模的特点与适用情境。提出了一种基于Polygon-Nurbs混合建模的汽车造型数字化设计方法。该建模方法的核心流程是先采用多边形确定形体,再使用Nurbs建模构建稳定的曲面。基于该混合建模思路,进行了汽车造型设计实践,证明了该建模方法能够发挥两种建模方式的优点,快速准确构建形体,并能生成高质量的曲面模型。

基于误差敏感区域特殊处理的NURBS曲线拟合算法

在NURBS曲线拟合中,现有的提高拟合精度的方法一般是通过迭代的方式逐步逼近最优拟合曲线.但是迭代算法普遍时间代价较高,且当控制点达到一定数量后再增加控制点会导致曲线变形.另一方面,NURBS曲线拟合方式对于曲率较平缓的曲线具有较高的拟合精度,而曲率变化较大的曲线则很难高精度逼近.针对这两个问题,本文提出了一种基于误差敏感区域特殊处理的NURBS曲线拟合算法.首先利用传统算法得到初步符合加工精度要求的曲线,然后对曲线进行误差分析,根据误差分布及数据饱和度,提出了误差敏感段的概念.利用NURBS曲线的局部性,无需增加控制点个数和更改参数,将误差敏感区域进行局部插值处理,从而消除局部高误差拟合区域,提高算法整体拟合精度.本文使用三次参数样条插值和Akima插值两种算法对误差敏感段进行局部替换,实验证明本算法可以通过对局部高误差区域的特殊处理而提高整体拟合精度,且替换部分区域不显著增加计算时间.

NURBS曲面逆节点插入法

针对工程中对控制点的特殊需求,提出了一种非均匀有理B样条曲面逆节点插入方法。从分析NURBS控制多边形的边及其相关联的节点出发,通过齐次坐标投影确定必须插入节点所在区间,利用插入控制点对控制多边形的边分割与需插入节点对参数区间的分割等比例映射,获得过任意点并与控制多边形对边相交的等参线,得到对应插入节点,再从插入节点出发反方向确定所有需要插入的控制点,协同实现某特殊需求控制点插入的任务。数值算例验证了文中方法对于NURBS曲面插入控制点的有效性,且具有明显的几何和物理意义。

基于热加工图和NURBS曲线的伺服热冲压工艺设计

考虑热冲压成形过程中工艺流程和材料变形行为的复杂性以及温度分布的时变性,提出一种基于热加工图和NURBS曲线的伺服热冲压工艺设计。以常用B1500HS热成形试样为研究对象,通过高温拉伸实验测得了不同热变形参数下B1500HS硼钢的真应力-真应变曲线,基于DMM原理构建了不同应变量下的B1500HS硼钢热加工图,计算了该材料在伺服热冲压过程中成形阶段最优速度和温度区间。根据典型热冲压模式的各阶段工艺特征和NURBS曲线数学模型,规划和建立了符合各约束条件的伺服热冲压工艺曲线,实现了对伺服热冲压工艺曲线的设计。借助CAE分析软件,开展了汽车中立柱伺服热冲压对比仿真实验。综合分析表明,与常规热冲压工艺相比,采用所提出的伺服热冲压工艺曲线模型成形时中立柱样件应力和温度分布更均匀,最大减薄率降低约8.5%,最大起皱度为4.002×10-3,主应变降低约12.5%,表明所提出的伺服热冲压工艺对危险位置破裂趋势有明显的抑制作用。

基于NURBS曲线的超高速电梯导流罩多目标气动优化设计

随着电梯梯速的提高,轿厢受到的气动阻力和升力越来越大,这不仅制约着梯速的进一步提高,也成为影响电梯舒适性和安全性的关键因素。为优化电梯的气动性能,利用NURBS曲线构建了包括导流罩、轿厢、对重和井道的电梯系统参数化模型。以气动阻力系数C_(d)和气动升力系数C_(l)为优化目标,利用敏感性分析筛选出对优化目标影响最大的4个关键设计参数。通过网格独立性检验选取合适的仿真计算网格,为缩短计算时间,结合最优空间填充设计的样本点建立Kriging模型对导流罩进行多目标优化,得到一系列Pareto解,并对优化前后导流罩的气动性能进行了对比分析。结果表明,降低导流罩侧面和后部凸凹度,增大导流罩总高和后部高,可以改善电梯系统的气动性能,优化后导流罩的C_(d)减小26.67%,C_(l)减小34.27%,并且在不同梯速下具有较好的适用性。

点到空间NURBS曲线距离的筛选迭代求取方法

针对点到空间非均匀有理B样条曲线(NURBS)的距离求取问题,提出一种最短距离筛选迭代方法。分析了NURBS曲线的几何特征并建立距离求取目标函数。对曲线节点向量进行初次筛选得到目标节点参数,以目标节点参数为中心在节点向量间内进行局部搜索,并依据参数所对应数据点的一阶导矢与待测点间的几何关系确定最终参数搜索区间,通过迭代方法在最终参数搜索区间中迭代求得最短距离点。利用MATLAB设计程序并进行实际数据的仿真计算,结果表明所提出求取点到NURBS曲线距离的方法速度快且精度高,在计算机辅助设计等方面具有较高的实用价值。

基于改进NURBS曲线的水下机械臂轨迹规划

为了实现对水下机械臂末端执行机构快速、准确的控制,使其可以按照最佳路线平稳地运动到工作位置,提出一种基于五次多项式速度控制的NURBS(QV-NURBS)曲线插值轨迹规划算法。通过利用五次多项式对曲线的曲率突变阶段进行速度控制,以规划速度平滑得进行插补。通过对六自由度水下机械臂进行仿真分析,结果表面该轨迹规划算法可以有效地平滑曲线,使得机械臂更加平稳地进行运动。

基于NURBS曲面的船体三维建模应用

NUBRS曲面建模技术是专为曲面复杂物体三维模型重建而设计的,能基于曲线和曲面的形式对目标地物三维模型的轮廓和外形进行准确精细的表达。本文介绍了一款基于NURBS曲面的船体三维建模程序Maxsurf Modeler,详细论述了应用该程序进行船体三维建模的流程;同时,对三维模型的可靠性和适用性进行了CFD验证。在静水阻力计算中,6种工况下的最大误差为2.29%;在耐波性计算中,纵摇运动的计算误差最大,为19.32%。结果表明,采用Maxsurf Modeler完成的三维模型具有一定的可靠性。

基于插值NURBS曲面的马铃薯叶片3维重建

随着计算机虚拟技术的迅速发展,虚拟作物技术已成为水稻、小麦、玉米等农作物生长发育状况研究的重要工具.现有关于农作物叶片3维重建的研究主要关注叶片的正面表面,而忽略了背面构造.该文针对农作物叶片3维重建问题,选取马铃薯叶片作为研究对象.首先,利用马铃薯叶片的实测数据和标记数据,结合非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构技术,通过控制点的反算方法及权重因子插值曲面算法,确定插值NURBS曲面的节点矢量、控制点、权重因子等相关参数;其次,采用插值NURBS曲线的方法对叶脉进行3维重建;最后,使用VisMPL和VisVTK对曲面进行颜色渲染和绘制,并引入曲面容器将叶正面、叶背面和叶柄的插值NURBS曲面进行融合.实验结果表明:基于传统方法,该方法通过增加叶片背面的构造,在重建马铃薯叶片的3维曲面模型上表现出色,有效实现了马铃薯叶片形态特征的3维重建,为马铃薯叶片研究提供技术支持.

NURBS曲线反算不同参数取值法在纬平针织物仿真中的比较

为精准模拟和灵活控制纬平针组织三维仿真效果,通过分析纬平针织物的几何结构改进成圈线圈模型,建立纬平针组织三维结构模型,获得线圈中心线型值点数据和纱线的结构特征。使用Code::Blocks开发环境、C++语言和OpenGL函数库,基于非均匀有理B样条(NURBS)曲线原理,采用均匀参数化法、弦长参数化法和向心参数化法3种不同的节点矢量计算方法,反算控制点,之后拟合曲线模拟线圈中心线,比较使用不同节点矢量计算方法时线圈中心线结构的模拟效果,最终得到合理通用的仿真效果,并可根据型值点的选取情况以及各方法的特性选择合适的节点矢量计算方法。基于NURBS曲面原理可模拟纬平针组织纱线表面,并增加光照与材质效果,实现纬平针组织三维实体仿真。

基于矩阵表示的NURBS曲面逆值GPU并行求解算法

NURBS曲面逆向求值是CAD几何内核中最基础的算子之一,即计算NURBS曲面上三维空间点对应的二维参数值.然而,当前求解算法计算效率不高、鲁棒性不强,严重制约了CAD软件处理大规模复杂CAD模型的性能.现有的GPU加速算法也往往仅对传统算法进行简单并行化,没有充分利用GPU共享显存等架构特性.为此,提出一种全GPU运行的并行求解算法.基于NURBS矩阵表示的GPU逆值求解算法通过矩阵表示代替传统的B-Spline基函数递归表示,适配GPU缓存机制,实现GPU缓存优化,解决数据公用、寄存器占用和缓存频繁申请与释放等问题,从而提高求解效率.同时,该算法采用多层次求解算法,以自适应曲面细分算法得到粗略解,再辅以Gauss-Newton迭代法得到精确解,提高处理复杂模型的效率和鲁棒性.采用多张简单曲面和复杂曲面进行测试,结果表明,该算法每毫秒最多可求解超过10000个逆值点,相比于传统算法,将NURBS曲面逆向求值速度提高了至少2个数量级.