基于三维点云建模的单木胸径非接触式测量

为提升单木胸径三维点云非接触式测量的便利性和精度,提出一种基于三维点云建模的单木特征参数提取与检测方法.首先,采用IMAGER 5010陆地式三维激光扫描仪获取单木多方向点云数据,并采用最近点搜索法实现多方向点云配准;其次,结合统计滤波和几何滤波滤除大尺度点云噪声,采用改进的双边滤波算法消除小尺度点云噪声,再通过包络网格法进行点云数据精简;然后,通过蚁群算法对单木胸高处的散乱点云进行优化排序;最后,对胸高处的排序点云进行三次B样条轮廓线拟合及单木胸径计算.实验结果表明,本方法可有效实现多方向点云配准和滤除不同尺度点云噪声,蚁群算法可以较好地逼近全局最优解、收敛效率高,采用蚁群算法对胸高处散乱点云优化排序后,单木胸径的测量精度和稳定性都得到较好的提升,测量相对误差均在技术规定的1.5%以内,可实现单木胸径的远距离非接触式快速精确测量.

基于改进Informed-RRT^(*)算法的机械臂路径规划

针对机械臂路径规划算法目标导向性不足和路径规划效率低的问题,提出一种改进Informed-RRT^(*)算法用于机械臂路径规划。通过引入目标点偏置策略、目标导向性策略增加向目标点搜索的趋势,同时引入非线性变步长策略提升算法的效率和路径质量;在MATLAB中进行三维环境的算法仿真实验,实验结果表明,改进Informed-RRT^(*)算法显著缩短了规划时间、减少了路径长度、提高了规划成功率。将算法应用在以动车组底部检测为背景的机械臂路径规划仿真中,并使用三次B样条曲线对路径进行平滑处理,算法同样表现出优越的性能,同时机械臂各关节运动曲线平滑连续、无明显突变,验证了其在实际应用中的有效性。

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。

基于三次样条函数的数控插补算法研究

针对复杂轮廓的曲线,在数据采样插补原理的基础上,采用了一种基于三次样条函数的插补算法。该方法能精确地拟合出复杂曲线的轮廓,且使得该曲线具有很好的连续性。在基于ARM数控装置上,对此算法进行了实验验证,验证了该方法的可行性。

一种适宜插补的三次样条拟合方式

本文从插补和工程应用的角度出发,提出了一种实用的三次样条拟合方式。这种拟合方式较好地解决了三次样条拟合大挠度曲线出现多余拐点的问题,有着计算简单的特点。用此种拟合方式拟合了若干实例,并绘图验证了该方法。

小样本条件下的血糖浓度预测算法研究

鉴于现有的血糖浓度预测模型在小样本情形下仍有不足,为更好地精确预测糖尿病患者血糖浓度在未来一段时间的变化情况,提出一种基于小样本条件的血糖浓度预测算法。算法可依照t分布检验准则剔除待分析血糖序列的异常数值,利用三次样条函数插值方法扩充血糖样本,最终基于广义回归神经网络实现血糖序列的浓度预测。实验结果表明,算法在小样本的条件下获得较好的预测性能,具有一定的实际应用价值,可在保证预测精度的同时,使血糖序列采样时间间隔大大延长,为保持患者血糖数值稳定在正常生理范围内提供有力保障。

基于改进RRT算法的移动机械臂路径规划

针对传统RRT算法在复杂环境下的移动机械臂避障规划中效率较低,不能满足当前工作需求问题,提出了一种改进RRT避障路径算法。通过引入障碍物因子,减少了采样次数;通过对新节点生成方式进行约束,使其生长方向始终朝向目标点,加快了搜索速度;采用变步长策略,有效避免了在目标点附近出现震荡现象;通过简化路径并结合局部3次B样条曲线对其规划路径进行平滑处理,缩短了路径长度,提高了机械臂的平稳性。MATLAB仿真结果表明,改进RRT算法的平均路径长度缩短了20%,平均采样点数减少了62%,且转折点数减少了96%,收敛速度快,时间最优,能够满足特殊环境下移动机械臂的避障路径规划,具有较好的可行性和有效性。

连续小线段的高精度B样条曲线拟合方法

连续小线段是空间复杂曲线曲面最广泛的表达形式,但在数控加工中存在很多不足之处。目前,基于B样条曲线拟合是提高连续小线段加工非常有效的方法。然而,将连续小线段的型值点作为B样条拟合的控制点,曲线拟合精度难以控制。因此,本文在继承B样条曲线优点的基础上,提出了一种基于三次B样条曲线高精度拟合连续小线段的方法。该方法通过转角误差分析和双边弓高误差分析来筛选满足精度需求的型值点;根据路径凹凸特性将可拟合的型值点集进行分段插值拟合为B样条曲线;为了进一步提高拟合曲线的精度,采用误差分析模块来估计和控制拟合精度。实验结果表明,所提出来的算法无迭代,实时性好,拟合精度可控。

中小跨径混凝土连续梁桥健康监测方案设计

针对中小跨径混凝土连续梁桥基数大、事故多而健康监测研究尚且不成熟的问题,基于危险截面理论、有理三次样条函数结合有限元仿真分析与实桥概况在武汉市一座三跨预应力混凝土连续梁桥上布置了相应的健康监测测点,形成了一套经济、适用且较为完备的中小跨径混凝土连续梁桥的健康监测方案,并以温度和应变数据为例对监测结果进行了分析:温度数据的最值为-1.1℃、12.5℃,处于正常的温度变化范围之内,且测点温度随着大气温度的变化而变化,说明数据是可靠的;应变数据的变化范围为-30.2~198.3uε,整体小于预警值(-249.2uε、273.9uε),依据适度量化模型对其进行评估总体得分为93.4分,说明桥梁的运营状态良好。研究结果表明该方案切实可行,可为同类桥梁健康监测系统的研究提供参考。

乒乓球击球机械臂运动控制优化

针对乒乓球七自由度训练机械臂运动时间较长的问题,提出一种基于改进的三次B样条曲线和遗传优化算法的评判求机械臂击球轨迹最优规划方法,从而使机械臂在最短时间内击球成功,实现乒乓球运动七自由度机械臂的灵活控制.仿真结果表明,采用改进的遗传优化算法对机械臂运动轨迹进行优化后,乒乓球机械臂运动时间缩短了0.6 s左右,机械臂接球成功率由43%提升至76%.由此可知,优化机械臂运动时间能够进一步提高击球成功率,优化后的轨迹有利于乒乓球机械臂击球成功.

基于时间最优的机械臂关节空间轨迹规划算法

为了提高机械臂的作业效率和运动平稳性,提出了一种新的基于时间最优的轨迹规划算法。通过逆运动学求出与任务轨迹对应的关节位置序列,利用三次样条插值进行轨迹规划,从而使关节角速度、角加速度曲线光滑连续。通过自适应遗传算法对运动轨迹进行时间最短优化,并利用罚函数解决运动学约束问题。仿真结果表明该轨迹规划算法有效、可行,能够很好得减少机械臂完成工作任务所需的运动时间。