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铰接板机构的运动分析

铰接板机构的运动分析

作者：蒋旭东浙江大学

学位级别：硕士

本文以攀达穹顶体系的“机构法”施工成形为研究背景,将体系抽象为由平面多边形板单元相互铰接形成的空间铰接板机构,系统地研究了此类机构的刚体运动路径分析方法和受荷状态下的运动形态解析理论。主要工作包括以下几个方面内容：(1)... 详细信息

本文以攀达穹顶体系的“机构法”施工成形为研究背景,将体系抽象为由平面多边形板单元相互铰接形成的空间铰接板机构,系统地研究了此类机构的刚体运动路径分析方法和受荷状态下的运动形态解析理论。主要工作包括以下几个方面内容：(1)系统介绍了机构运动分析的基本理论。根据平衡矩阵准则,指出将机构位移模态数大于零作为判别体系可动的条件,并介绍了机构刚体运动路径的跟踪方法。对于机构刚体运动分岔问题,指出可通过跟踪最小奇异值趋于零来预测分岔点,需引入二阶协调条件判别分岔后的运动路径方向。进一步列出了受荷机构体系运动形态的主要研究方法。(2)利用三角形形状稳定性特点,将三条边长变化为零来表征三角形板单元的刚体位移。进而基于杆单元的协调方程,建立了一个简便的顶点铰接三角形板单元的机构位移协调方程。将四边形板单元划分为两个三角形板单元,通过引入单元四顶点共面条件,推导出平面四边形板单元的协调矩阵。针对该简便协调方程,参考杆系机构的运动分析方法进行求解,实现了铰接板机构的可动性判别、刚体运动路径跟踪和刚体运动分岔问题处理等。(3)系统推导了受荷三角形铰接板机构的有限元运动方程,并通过引入弧长法实现了运动路径的跟踪。进一步阐述了以切线刚度矩阵的最小特征值为指标的形态稳定性分析方法,给出了奇异点是否为分岔点的判别准则及其精确定位方法。通过在奇异点附近引入与切线刚度矩阵的零空间基底相关的干扰力向量,使得体系运动从主路径转移到分岔路径上,从而实现分岔路径的跟踪。最后通过对一个受荷三角形铰接板机构算例的提升形态进行分析,对上述方法的正确性和有效性进行了考察。

关键词：铰接板机构运动分析协调方程运动路径施工模拟弧长法形态稳定性奇异点分岔路径

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铰接杆系的机构运动研究

铰接杆系的机构运动研究

作者：陶亮浙江大学

学位级别：硕士

随着结构形式的不断创新与发展,传统的结构理论往往不能满足工程的需要。航天可展结构、攀达穹顶以及索穹顶等结构的出现,对机构理论的发展提出了要求。这些体系的初始形态往往是可变机构,其成型过程也都伴随着机构运动,传统的结构理论... 详细信息

随着结构形式的不断创新与发展,传统的结构理论往往不能满足工程的需要。航天可展结构、攀达穹顶以及索穹顶等结构的出现,对机构理论的发展提出了要求。这些体系的初始形态往往是可变机构,其成型过程也都伴随着机构运动,传统的结构理论在这些问题的分析与模拟上存在着缺陷,必须采用机构理论才能进行比较准确的计算与模拟。本文在现有机构理论的基础上,对铰接杆系中的机构运动路径及分岔等问题进行了研究,丰富了现有机构运动相关理论和分析方法。考虑到一般铰接杆系在从几何不稳定状态到几何稳定状态的运动过程中,其弹性变形很小,论文首先研究了不考虑弹性变形的刚性杆系机构运动路径分析方法。该方法从平衡矩阵理论出发,把机构位移分解为模态组合位移和杆长修正位移,并根据外力势能梯度确定机构位移模态的合理组合系数,从而模拟刚性杆系机构在外力作用下的运动路径。论文进一步分析了考虑弹性变形的机构运动分析方法。利用平衡矩阵的广义逆,求解体系运动过程中的弹性变形,并耦合考虑弹性变形与机构位移,得到机构运动路径和杆件内力。基于上述方法,论文编制了相关程序,并对攀达穹顶顶升过程和简化的平面索穹顶张拉过程等算例进行了模拟。算例分析结果表明上述方法是行之有效的。论文还对机构运动过程中出现的分岔现象进行了研究。考虑到机构运动分岔与奇异性理论有关,论文从奇异性理论出发,利用杆件的协调方程,对单自由度机构和两自由度机构的运动分岔进行了分析,并提出了通过追踪运动过程中的雅可比矩阵秩变化来判断分岔点的方法,从而有效分析了机构运动路径分岔问题。

关键词：机构位移运动路径奇异性分岔雅可比矩阵

关于铰接杆系机构运动形态的若干理论问题研究

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关于铰接杆系机构运动形态的若干理论问题研究

作者：楼俊晖浙江大学

学位级别：硕士

建立了杆系机构的精确运动控制方程。杆系的可动性在数学上被抽象为满足运动连续性前提下的控制方程非零解的存在性判别问题。理论上说明了平衡矩阵准则中的机构位移模态数大于零仅是杆系可动性判别的必要条件,但并不充分。基于对协调... 详细信息

建立了杆系机构的精确运动控制方程。杆系的可动性在数学上被抽象为满足运动连续性前提下的控制方程非零解的存在性判别问题。理论上说明了平衡矩阵准则中的机构位移模态数大于零仅是杆系可动性判别的必要条件,但并不充分。基于对协调方程的高阶项分析,指出如果一阶机构变形的残余伸长量与自应力模态构成的向量空间正交,则可动性条件必然满足。证明了线性协调矩阵的零奇异值与机构位移模态的等效关系,解释了其可作为运动分岔点跟踪的理论原因。最后阐明了机构分岔路径的性质还必须根据高阶协调条件来判定。从纯粹几何学角度来探讨铰接杆系机构的运动分析问题。根据杆系机构的精确运动控制方程,提出了一种更精细的机构运动路径的求解策略。阐明杆系机构运动路径极值点的数学特征。证明了当某节点运动到其极值点时,当前构型的所有机构位移模态对应于该节点的分量均必须为零,并以此作为判别和跟踪运动路径极值点的准则。文中还对杆系机构极值构型的特殊几何特征进行了理论说明。最后通过两个数值算例来考察文中方法的计算精度和有效性。针对网壳结构“折叠展开式”整体提升施工法,提出了一种受荷杆系机构运动形态的数值分析方法。推导了受荷杆系机构的平衡条件以及相应平衡构型的内力计算公式。借助稳定系数h对提升过程的稳定性进行判断。通过对一平面七连杆机构提升过程的模拟,验证了这一数值方法的有效性,阐明了运动形态稳定性判别的重要性。最后,还对改善连杆机构提升过程稳定性的一些措施进行了分析。

关键词：外荷载铰接杆系机构可动性运动分岔协调条件运动路径吸值点柱面网壳施工成型运动形态稳定

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基于多足球机器人协作的组合射门算法

计算机应用与软件 2006年第11期23卷 103-104,113页

作者：贾骥白静白振兴空军装备研究院通信导航与指挥自动化所北京100085 空军工程大学工程学院陕西西安710038

为了提高机器人足球比赛中足球机器人的射门成功率,在分析了基本射门算法不足的基础上,用“盲区”法求出高效射门区,在求出的两个高效区中综合考虑射门角与射门区关系等因素,引入了最佳射门区的概念,并通过选择最优的机器人射门运动路径... 详细信息

为了提高机器人足球比赛中足球机器人的射门成功率,在分析了基本射门算法不足的基础上,用“盲区”法求出高效射门区,在求出的两个高效区中综合考虑射门角与射门区关系等因素,引入了最佳射门区的概念,并通过选择最优的机器人射门运动路径,结合大力射门算法和基本射门算法,提出了基于多足球机器人协作的组合射门算法。结果表明,用该算法改进射门策略后,射门成功率明显提高。

关键词：机器人足球多足球机器人协作组合射门运动路径高效射门区

不同地形条件下高速远程滑坡运动学与动力学过程研究

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不同地形条件下高速远程滑坡运动学与动力学过程研究

作者：张恩铭西南交通大学

学位级别：硕士

高速远程滑坡运动速度快、滑动距离长、体量极大。与一般滑坡灾害相比,高速远程滑坡的发生频率较低,但其致灾范围和破坏力往往更加巨大。滑坡运动过程中始终受到运动路径天然复杂性的影响,使得滑体运动距离及堆积形式难以预测;再加之滑... 详细信息

高速远程滑坡运动速度快、滑动距离长、体量极大。与一般滑坡灾害相比,高速远程滑坡的发生频率较低,但其致灾范围和破坏力往往更加巨大。滑坡运动过程中始终受到运动路径天然复杂性的影响,使得滑体运动距离及堆积形式难以预测;再加之滑体与复杂运动路径之间相互作用,内部岩块不断地发生破碎,这种碎屑化过程使得高速远程滑坡具有超强的流动性,这无疑显著增强了高速远程滑坡的危险性和不确定性。然而目前对于滑坡运动路径的研究尚处于起步阶段,当前的研究成果较为零散,考虑地形因素影响的滑体破碎过程更是少之又少。本文结合室内物理力学实验、室内斜槽实验和离散元数值模拟,深入讨论了不同形式的地形条件对高速远程滑坡运动学和动力学过程的影响机制,为防灾减灾工作提供科学依据。本文主要取得以下结论:(1)滑体在复杂地形中运动时产生的破碎主要由三部分组成:滑块飞出坡脚与地面碰撞时产生的破碎、滑块与地形或山体碰撞时产生的破碎以及块体之间相互碰撞产生的破碎。滑体运动速度和破碎程度均呈现出明显的分层现象,越靠近上层前部的块体速度最大,越靠近底层后部的块体速度最小;堆积体呈现出反粒序现象,上部块体仅棱角处产生破碎,地形因素不会改变堆积体的层序保留现象,块体依旧以活塞流形式运动,各层位之间并未产生大面积混合。河谷宽度会显著影响滑体的堆积特征、运动距离和破碎程度,河谷宽度越大,标准化质心高度D、标准化最远爬高距离D和标准化爬高展布面积A的值就越小;河谷宽度与块体的相对破碎率呈负相关。(2)滑体的运动距离和速度变化特征受对岸山体坡度影响。对岸山体坡度过高会显著降低滑体的爬坡能力,导致标准化最远爬高距离D和标准化爬高展布面积A降低;另外,坡度增加会导致标准化最远运动距离D和标准化质心运动距离D降低,同时使得标准化质心高度D增加;滑体的运动速度受对岸山体坡度影响,其中前部块体的速度对坡度变化最为敏感,坡度越大,速度降幅越大,后部块体在撞击瞬间减速最为明显,降幅约为64%。滑体与对岸山体坡脚处的冲击破碎行为最显著,坡度越大,坡脚处所受冲击力越大;另外,滑体破碎程度主要受两方面因素影响,一是滑体直接冲击地形,地形起伏程度越大,滑体破碎程度越高;二是长距离运动过程中滑体内部各部分块体之间相互碰撞导致的破碎,因此利于滑体进行长距离运动的地形也会加剧滑体的破碎程度。二者之间对破碎程度起决定性影响的因素为冲击破碎。(3)不同位置的地形起伏对滑体动能和势能转化形式的影响有显著区别,斜槽段凸起的地形起伏会极大提升块体的破碎程度,降低滑体运动距离,水平槽段地形凸起距转折端越近,滑体运动距离越近;复杂的地形起伏会增加块体滑动过程中动量交换的频次,地形凸起越靠近转折端,滑体的动能损失越大,块体与距转折端较远处的地形相撞时,仅前端块体动能受损。凸起地形所受冲击力由冲击时刻的滑体速度和冲击时刻滑体体积共同控制,速度越快,冲击时刻滑体体积越大,冲击时的破碎程度就越大。凸起地形靠近转折端处时,块体与地形之间相互作用最强烈。斜槽段地形起伏对滑体破碎程度的影响主要有两种形式:一是滑体直接冲击地形破碎,二是滑体冲上不同位置的地形后凌空飞行调整回落地表的形态,使得破碎程度大相径庭,整体呈现出以更大角度回落地表时破碎程度更大,以相对更小的斜交角度回落时破碎程度更小,破碎程度越大,滑体质心运动距离越小。

关键词：动力破碎运动路径动力学响应机制斜槽实验数值模拟堆积特征

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运动捕捉及运动编辑技术研究

运动捕捉及运动编辑技术研究

作者：刘爽天津大学

学位级别：硕士

运动捕捉技术的兴起极大地方便了计算机动画创作,但是这种方法也存在一定的问题,如,设备的使用受到场地的限制、捕捉到的数据存在噪音、运动捕捉数据的复用问题等等。随着运动捕获系统的广泛应用,对运动捕获数据进行编辑的技术的需求也... 详细信息

运动捕捉技术的兴起极大地方便了计算机动画创作,但是这种方法也存在一定的问题,如,设备的使用受到场地的限制、捕捉到的数据存在噪音、运动捕捉数据的复用问题等等。随着运动捕获系统的广泛应用,对运动捕获数据进行编辑的技术的需求也与时俱来。通过对已有的运动数据进行编辑,生成可以适用于新环境的运动数据。本文首先进行了运动捕捉的研究,能够使用由Ascension Technology Corporation生产的、基于电磁场的运动捕获设备(鸟群系统)捕获人体的运动,并实时的控制动画角色的运动。然后又进行了人体运动重定向、运动路径编辑技术的研究。本文中的运动重定向算法提出了新的末端效应器调适机制来消除直接重定向过程中出现的双脚悬空及脚步滑动现象,重定向后的新运动可以保持原始运动的动力学属性。首先,在每一帧上使用末端效应器调适机制计算其位置,并作为约束条件;其次,根据约束条件对动画角色的根关节点的位置进行调整,在调整过程中保持了所有关节点的旋转角度值不变,这样就可以保持原始运动的动力学属性。本文的方法采用了按帧编辑的技术,在每一帧上进行固定数量的计算,计算速度能够达到实时。在编辑过程中,只需人工交互来设定人体缩放比例,较以前的方法少了很多人工交互过程。其次,本文中的运动路径编辑算法提出了保持足部位置运动速率不变的算法来解决其中出现的脚步滑动现象。首先,逐帧求出原始运动数据的足部位置,作为初始约束条件,当运动路径变化后,依据足部位置运动速率不变的原则,自动更新约束条件,减少了以往方法中的人工干预过程;然后,采用按帧编辑的实时逆向运动学算法求解约束条件。实验结果表明此算法有效地解决了脚步滑动现象。最终本文使用MFC及OpenGL,建立了运动编辑的基本平台,可以实现人体的运动重定向及运动路径编辑的操作,为运动编辑的进一步研究奠定了基础。

关键词：运动捕捉运动编辑运动重定向运动路径路径编辑

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移动机器人在线路径规划算法研究

系统工程与电子技术 2000年第2期22卷 79-81页

作者：李贻斌周凤余李彩虹刘明山东矿业学院机器人研究中心济南250031

主要讨论了不确定环境下移动机器人运动路径的在线规划算法。在此方法中 ,预定目标被定为吸引子 ,而障碍物被定为排斥子。这样 ,路径规划就转换为应用牛顿定理进行迭代计算。该算法简便 ,实时性强 ,能自动地适应工作环境中障碍物的位置... 详细信息

主要讨论了不确定环境下移动机器人运动路径的在线规划算法。在此方法中 ,预定目标被定为吸引子 ,而障碍物被定为排斥子。这样 ,路径规划就转换为应用牛顿定理进行迭代计算。该算法简便 ,实时性强 ,能自动地适应工作环境中障碍物的位置变化和随机出现 ,使机器人准确避开障碍 ,安全到达目的地。实验结果表明 ,此算法效果良好。

关键词：机器人在线规划运动路径算法

川藏公路安久拉山口高陡边坡滚石灾害特征与防护结构研究

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川藏公路安久拉山口高陡边坡滚石灾害特征与防护结构研究

作者：袁博山东建筑大学

学位级别：硕士

川藏地区由于其特殊的地形地貌与气候条件,是滚石灾害的高发区。通过对川藏公路南线318国道的沿线考察,发现川藏公路滚石灾害不仅分布范围广,而且许多防滚石措施已严重损坏,道路安全受到严重威胁。为确保川藏公路沿线滚石防护措施的可... 详细信息

川藏地区由于其特殊的地形地貌与气候条件,是滚石灾害的高发区。通过对川藏公路南线318国道的沿线考察,发现川藏公路滚石灾害不仅分布范围广,而且许多防滚石措施已严重损坏,道路安全受到严重威胁。为确保川藏公路沿线滚石防护措施的可靠性与道路安全,文章以川藏公路八宿至然乌这一滚石灾害重点路段为背景,主要借助数值模拟的方法,对滚石冲击川藏公路常见坡面后的运动规律和滚石冲击门式棚洞的动力响应进行研究,总结了川藏公路各材质坡面滚石防护措施的布置方法,并对门式防滚石棚洞进行了优化。主要研究成果如下:（1）川藏公路常见的坡面主要有:光滑基岩、碎石坡、硬土坡、软土或植被覆盖边坡,通过Rockfall软件建立边坡模型,分别对滚石撞击四种坡面后的运动过程进行了200次模拟,滚石撞击光滑基岩、碎石坡、硬土、软土或植被覆盖土层后坡脚弹跳高度大于5m的比例分别为56%、22%、12.5%、2%,动能超过40KJ的比例分别为64.5%、35.5%、25.5%、4%,边坡越坚硬,滚石撞击后的水平运移距离越远。由此可以看出滚石光滑基岩坡面的危险性远大于其它坡面,软土或植被覆盖边坡较为安全。（2）由于滚石撞击光滑基岩后的危险性较大,应进行重点防护,可采用客土喷播技术来降低坡面恢复系数,减小滚石撞击后的能量,同时在坡脚设置被动防护网;滚石撞击碎石坡或硬土坡后,个别滚石可能威胁到道路安全,可以在边坡坡脚和紧邻公路一侧同时设置被动防护网拦截个别弹跳高度较大的滚石,或在滚石物源处设置下部开口的窗帘式主动防护网;软土或植被覆盖边坡对滚石的消能效果较好,工程常用的被动防护网可满足拦截要求,仅在坡脚处设置被动防护网即可。（3）以川藏公路安久拉山南麓损坏的门式棚洞为背景,通过现场调查和LSDYNA有限元软件建模,发现棚洞损坏的原因主要是滚石冲击力过大导致横梁、柱、梁柱连接处应力集中,且滚石冲击后大量堆积在棚洞顶板上成为永久荷载,软件模拟的应力集中部位主要是横梁跨中、梁柱连接处,与现场结构破坏情况相一致。（4）通过在棚顶设置具有坡度的橡胶垫层,对原棚洞进行优化改造,改造后棚洞结构的最大等效应力比原棚洞减小72%,落石正下方棚洞顶板最大挠度减小45%,落石冲击力减小62%,冲击过程棚洞内能显著降低,改进后棚洞的受力性能明显优于原棚洞。在棚洞顶板设置合理坡度的垫层后,可避免滚石堆积在棚顶成为永久荷载。当垫层坡度比为1:5时,消能效果与经济性结合较好。

关键词：川藏公路滚石运动路径滚石防护棚洞动力响应结构优化

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运动模糊视觉特征的三维重建技术研究

运动模糊视觉特征的三维重建技术研究

作者：陈明军南京航空航天大学

学位级别：硕士

在航空航天等领域的一些应用中,需要对高速运动目标的三维形态进行精确测量,而具有非接触、速度快、柔性好等突出优点的机器视觉测量技术相比于传统的接触式测量方法更为合适运动目标的测量。然而,目前已有的机器视觉测量方法大多是以... 详细信息

在航空航天等领域的一些应用中,需要对高速运动目标的三维形态进行精确测量,而具有非接触、速度快、柔性好等突出优点的机器视觉测量技术相比于传统的接触式测量方法更为合适运动目标的测量。然而,目前已有的机器视觉测量方法大多是以具有清晰边缘、形状的被测目标图像为基础,难以适用于图像中具有运动模糊效应的运动目标的三维重建。为此,本文从具有一定运动模糊效应的图像出发,寻求有效的、高精度的运动目标三维视觉测量方法。本文的主要研究内容及创新点包括:1、在简要介绍主动视觉特征点——编码点的结构的基础之上,讨论了清晰图像上编码点的自动分割、自动解码以及定位技术;研究了双目立体视觉中的相机成像模型、相机标定、双目立体视觉模型、极线约束以及三维重建技术。2、提出了适用于运动目标三维重建问题的基于空间运动路径(spatial motion path,SMP)的运动模糊模型;根据SMP运动模糊模型,构建了六参数驱动的编码点运动模糊图像模拟生成模型——GMBC模型,解决了后续运动模糊编码点神经网络训练所需的大量实拍样本数据难以获得的问题。3、提出了一种利用卷积神经网络识别布设于运动目标上的具有一定运动模糊效应的视觉编码点的新方法,构建并解析了运动模糊编码点识别网络——MBCNet,利用GMBC模型生成的大量不同模糊程度的编码点图像对网络进行了训练,并从多个角度分析对比了MBCNet和传统的几种模式识别算法对运动模糊编码点的识别效果。4、提出了基于多视角同步时序图像阵列的运动目标三维重建算法,该算法将运动目标三维重建中相互嵌套耦合的运动模糊效应建模、三维几何重建以及运动路径估计三个问题,通过一个整体优化目标函数进行表达,并给出了问题的初值确定以及迭代求解算法;设计了详细的实验方案,对具有运动模糊效应的视觉图像特征进行三维坐标重建,实验结果表明,重建精度较不考虑模糊效应的常规三维重建算法提高一个量级。

关键词：机器视觉运动模糊三维重建卷积神经网络编码点运动路径