Type Synthesis of Spatial Straight Line Mechanisms with only Revolute Joints

Spatial straight line mechanisms are a class of spatial mechanisms whose end-effectors generate the trajectory with the form of exact straight lines, which have potential applications in many industrial sectors. This study aims to synthesis the spatial straight line mechanisms with only revolute joints, meaning that no prismatic joints are included. According to the generalized function sets and the law of one dimensional rotation, the type of compositions of characteristic and the corresponding conditions are derived. Furthermore, some novel symmetrical and asymmetrical spatial straight line mechanisms are synthesized through assembling specific kinematic chains under the corresponding conditions. Finally, several synthesized spatial straight line mechanisms are illustrated to show the effectiveness of the synthesis methodology.

空间直线拟合新方法

首先证明了正交距离最小二乘准则下拟合的空间直线必经过数据中心点,再以此为基础提出了一种空间直线拟合新算法。该方法不用迭代,计算简便。证明了正交距离最小二乘准则和整体最小二乘准则在拟合空间直线上的等价性;为增强算法的抗粗差能力,增加了RANSAC策略识别粗差;结合案例,分别采用BFGS、SQP优化算法以及整体最小二乘法对该方法进行验证,从而证明其准确性和有效性。

整体最小二乘和最小二乘拟合空间直线的比较

给出整体最小二乘法拟合空间直线的一种迭代算法。将空间直线垂直投影到坐标平面,分别采用整体最小二乘法和最小二乘法拟合直线。对坐标点等精度观测、非等精度观测和坐标分量非等精度观测3种场景进行模拟计算,比较两种方法估计的参数和验后单位权方差,并对三维激光扫描仪实测数据拟合结果进行分析。

基于三维最小二乘方法的空间直线度误差评定

空间直线度误差是评定机械产品精度的一项重要指标,实际工程中对空间直线度误差评定算法的精度要求越来越高.为了准确评定空间直线度误差,参照国家标准(GB/T 11336—2004),采用三维最小二乘方法建立了空间直线拟合的数学模型,并给出了该数学模型的精确解.基于最小二乘拟合中线,采用空间投影、坐标变换和格点法求得最小二乘中线包容圆柱面直径.采用数值算例验证了新方法的有效性.提出的空间直线度误差评定方法精度高、鲁棒性好且易于编程实现.

轴类工件的校直参数在线检测方法的研究

研究大批量生产轴类工件进行自动校直工艺的校直参数的在线检测方法,给出检测原理模型和检测装置结构,提出两种基准轴线的确定方法及其修正参数的数学模型,并成功地运用在我们研制的YH40-25型250kN精密校直液压机上。

空间直线拟合的PEIV模型的构建与解法

针对空间直线拟合不宜直接采用总体最小二乘算法和混合总体最小二乘算法的问题,提出一种基于PEIV模型的总体最小二乘法的空间直线拟合算法。首先将空间直线的标准方程进行变换,改写为总体最小二乘的EIV模型;然后针对系数矩阵的特点,将模型转换为更加合理的PEIV模型,线性化成类似于最小二乘间接平差形式,采用迭代的方法求解拟合参数。平差过程保证了系数矩阵重复元素的改正数一致,常数元素的改正数为零,符合实际理论;最后,通过算例比较验证了该方法的可行性和优越性。

面向空间直线与圆弧相接的球头刀具半径补偿研究

刀具半径补偿技术是CNC数控系统中的关键技术,根据编程轨迹及刀具半径值计算出刀具中心的运动轨迹来保证零件轮廓。定义了方向矢量的概念,提出一种基于方向矢量的三维刀具半径补偿技术,推导了球铣刀铣削空间直线与圆弧相接零件轮廓的刀具半径补偿计算公式。其中相邻刀具路径转接过渡时采用了圆弧过渡而不是直线过渡的形式,避免了尖锐拐角的形成,有利于刀具的平稳运动。仿真结果证明了该算法的可行性。

列车车轴空间直线度检测

为了准确、快速地测量列车车轴的空间直线度,构建了列车车轴空间直线度测量系统,对所述测量系统采用的空间圆拟合、空间直线拟合、直线度测量等算法进行研究。首先,根据被测对象的特征介绍了基于空间平面与空间球相切空间圆拟合算法;然后,利用随机采样一致性(RANSAC)算法迭代出符合模型的最佳点集,在列车车轴截面空间圆拟合获取的数据基础上对列车车轴截面空间圆圆心所处数据进行分析,并利用狼群算法拟合空间直线,即通过空间截面所处位置的列车车轴截面空间圆的圆心坐标拟合列车车轴空间直线;最后,利用狼群算法对列车车轴空间直线度进行测量,并把测量数据与激光跟踪仪数据进行对比。实验结果表明:基于狼群算法的列车车轴空间直线度测量精度为0.01mm,能够满足列车车轴空间直线度测量的高精度、高稳定性及测量重复性等要求。

基于空间直线检测的地面火炮瞄准线偏移检测方法

依据瞄准线偏移的定义，分析了高低瞄准过程中瞄准线偏移的来源和已有的检测方法，提出了基于空间直线检测的地面火炮瞄准线偏移检测方法，并对检测原理进行论证。

高分辨率遥感影像几何纠正方法

在对某些地区的高分辨率卫星影像进行几何校正时,由于地形等因素影响难以寻找控制点,从而导致控制点较少且分布不均匀,影响了校正精度。针对这些问题,对线阵推扫式的高分辨率遥感影像的特点进行了分析,提出了利用直线这种更高级的几何特征对影像进行几何校正的方法;构建空间直线矢量,提出了基于空间直线矢量的多项式几何校正模型;并利用SPOT5高分辨率卫星影像数据对该校正模型进行精度验证。

发散球面波对激光束角漂包容性能的研究

用锥镜产生的无衍射光可以具有大光学口径和光学数值孔径,使无衍射光对入射光束的偏心有一定的包容能力。为了研究无衍射光对激光束角向漂移(角漂)的包容性能,采用发散球面波入射光束,通过理论分析和试验验证可知,发散球面波的无衍射光对激光束角漂具有良好的包容性能。结果表明,此方法产生的无衍射光可适于作中、短距离连续空间直线度误差测量的直线基准。

向量式参数方程所表直线位置关系的判定

在运用高等代数中线性相关、线性无关、线性空间、以及生成子空间的相关理论的基础上,给出了用向量式参数方程所表示的空间直线共面和异面的两个判定定理,并且给出了三个推论用于在共面的情况下判断平行、相交、重合的情况.最后通过一个实例,说明了定理的应用.

空间直线拟合的混合最小二乘法

在空间直线拟合中传统的最小二乘一般并没有考虑系数矩阵的误差,而整体最小二乘认为其都存在误差,但是实际上系数矩阵中只有一部分有误差。所以就需要引进一种新的算法来充分考虑所有的情况。本文对空间直线方程进行变换,将6参数转换为4参数,使其变成大家熟悉的误差方程,先后用模拟数据以及实测数据用最小二乘、整体最小二乘和混合最小二乘的方法进行处理,计算出累计距离和直线度,得到混合最小二乘比整体最小二乘和最小二乘的解好的结论。所以在空间直线拟合中混合最小二乘方法比整体最小二乘方法考虑的更加全面,得到的解更加可靠。

空间直线的自适应阈值稳健拟合方法与优化

针对RANSAC算法应用于空间直线数据处理时具有较强的稳健性,但需要已知内点阈值且计算模型未能充分应用观测数据等问题,基于RANSAC算法提出了空间直线的自适应阈值稳健拟合方法;结合空间直线拟合的PEIV模型,优化了自适应阈值稳健拟合方法。仿真和工程实例数据表明,自适应阈值稳健拟合方法及优化算法可自动获取内点阈值;获得的空间直线几何参数估计具有最优统计特性,抗差性好,可靠性和实用性较强;对其他空间几何形体的稳健拟合处理具有参考意义。

面向矢量线数据的直线形状空间检索方法

形状的认知是空间认知基本问题之一。直线作为最基本的形状,对直线的识别和检索在设备布设、路线规划、车辆测试等方面具有重要的研究意义。针对传统方法对遥感栅格影像进行直线识别时效率低、准确率不高的问题,以矢量数据为研究对象,提出矢量线数据的直线形状空间检索方法。首先,定义“平直度信息量”并提出平直度信息量度量方法,以此描述线要素平直情况;接着,建立了线要素平直序列分段模型,将线要素划分为一组较平直的子段序列;综上两部分,将线要素分段后计算子段平直度信息量,并结合检索条件得到最终检索结果。以OSM路网数据为研究对象,通过实验对比验证该检索方法速度更快,检索结果更全,并且直线道路检索结果不仅在形状上与人的认知相符,而且检索结果中高级道路占比达71.1%,小路仅占2.8%,这与现实中平直道路的属性认知也相符,验证了该方法的可行性与合理性。

一种基于产生式系统的空间直线拟合方法

求解设备转动副的高精度实际轴线是提高设备运行精度的重要措施之一,当空间测量点密集时,通常的最小二乘法很难得到正确的拟合直线。研究发现,最小二乘法易造成90°的偏转,即发生偏转后,直线位于理想直线的垂直面内;造成这种偏转的原因是最小二乘法距离函数不是一个单极值函数,发生偏转的直线实际上是取得了其中一个最小值,而非全局的极小值。为防止偏转,提出了一种基于产生式系统的空间直线拟合方法,该方法首先为拟合直线指定一个基本方向,然后通过微分变化,经有限次迭代便可求得理想的拟合直线。该方法能有效避免在使用最小二乘法求取拟合直线时产生的偏转问题,通过在机器人关节轴线测量中的应用证明,该方法在工程实际中有较高的应用价值。

EIV与Partial EIV模型TLS算法计算效率的对比分析

介绍了2种分别基于EIV模型和Partial EIV模型的总体最小二乘算法,并将2种算法应用于空间直线拟合和平面坐标转换算例中,给出2个算例模型的EIV形式和Partial EIV形式。通过多次模拟不同大小数据量的观测数据,计算参数估值和精度评定结果并对比2种算法的区别,通过计算时间验证基于Partial EIV模型的总体最小二乘算法在处理大量数据时的优势。

空间平面、直线的位置关系及应用

空间平面与直线之间有多种位置关系,文中总结了空间平面与直线之间的位置关系及它们相应的解析表达式和度量关系,并结合例题给出空间平面与直线的一些应用。

空间直线拟合的整体最小二乘算法

提出了一种基于整体最小二乘的空间直线拟合方法。首先,对空间直线的标准式方程进行变换,并附加参数转换的过程,将6个参数简化为4个;然后,将方程改写为矩阵形式,由此巧妙地将空间直线拟合的问题转化为整体最小二乘的参数求解问题,利用TLS迭代法求得转换后的空间直线拟合的4个参数,再通过参数回代的方法恢复空间直线的6个基本参数。通过算例比较验证了该方法的可行性和有效性。

基于空间直线预标定检测光学元件面形的研究

基于斜率检测的相位偏折术能够快速、简单、准确地测量光学元件面形和透射光学元件畸变波前。借助点光源显微测量系统对参考点坐标的准确测量提出了空间直线预标定的方法,利用它得到了相机中CCD面阵上每个像素对应每条光线的方向向量,通过每条光线的方向向量和被测面方程,追迹得到了被测面的世界坐标,从而求出被测面上各点斜率,采用波前重建算法,实现了光学元件面形的准确重建。实验结果显示,拟合面形去掉Zernike多项式前4项的RMS数据与干涉仪的测量结果最大相差仅约10nm,并且实验中重建的面形与利用张正友提出的标定方法坐标计算重建的面形几乎相同。因此,空间直线预标定法切实可行,可以实现高精度的反射光学元件面形测量,且测量系统简单,具有应用价值。