基于离散能量法的牙体预备仿真力觉渲染算法

在力觉交互的虚拟现实系统中,力的逼真度和系统稳定性是系统的两个重要性能.在力觉交互虚拟现实牙医培训系统中,通过力反馈设备作用在医生手上的力直接影响培训质量.采用四面体剖分建立人类牙齿的实体模型.结合经验公式和实验数据,提出了一种牙体预备虚拟切削力模型,研究了保证系统稳定性和虚拟力逼真度的算法,并利用离散能量法对等采样间隔的切削力序列进行渲染处理,使得力信号在力的逼真度和系统稳定性之间得到优化解,较好地消除了力序列中的高频振动,从而改善了力觉交互虚拟现实牙医培训系统的性能.     

快速计算虚拟物体之间精确接触位置的算法

在触觉、力觉交互的虚拟现实系统中,快速计算虚拟物体之间精确接触位置是触觉、力觉交互碰撞检测系统的前提.在这样的系统中虚拟物体大多是多面体模型且是三角形模型,采用层次包围盒法判断物体是否相交,如果相交,采用本文提出的二级检测算法快速计算出物体的接触位置.该算法首先判断那些相交三角形是异面还是同面,如果是异面,求出一个三角形T₂与另外一个三角形T₁所在平面的交线,然后再判断该交线与T₁之间的位置关系,进而求出有效的相交线段;如果是同面,需要判断两个三角形之间相互位置关系,然后有针对性地求出相关线段之间的交点,从而求出三角形的相交区域.最后用实例验证了该算法的有效性和鲁棒性.     

基于Faster R-CNN的精密零部件的识别方法

在航空航天领域中，惯性陀螺等精密器件装配精度要求较高，目前大多采用人工装配的方法，装配效率低、装配过程受人主观影响大。针对上述存在的问题，采用基于Faster R-CNN模型的目标识别算法，通过VGG16特征提取网络提取特征信息，在模型训练过程中利用COCO数据集的深度网络模型进行迁移训练，防止模型过拟合并加速参数的训练过程。同时，该方法还与其他深度学习模型以及传统的目标识别算法进行了对比，在自建的数据模型测试集上进行试验。结果表明，基于VGG16的Faster R-CNN目标识别模型在复杂环境及物体发生遮挡的情况下对于惯性陀螺的识别具有明显的优势，准确率可达到87.80%，召回率80.30%，识别速度可达到15FPS，能够满足实时性要求。     

基于非正交干涉矩阵的飞机装配序列规划方法

针对飞机装配中外形曲面特征多、装配关系复杂、连接方式多样等带来的装配工艺设计问题,提出了一种基于非正交干涉矩阵的飞机部件装配序列规划方法.通过分析被装配零件的结构特点,增加非正交的装配坐标方向,构建了非正交干涉矩阵;给出了装配可行性的推导方法,实现了装配序列的自动生成.并以装配时间为目标函数,采用遗传算法对装配序列进行了优化.基于MATLAB仿真平台,对某型号飞机舱门装配过程进行了模拟.仿真结果表明,该方法简单易行.与传统的基于正交干涉矩阵的方法相比,对于可装配性和装配效率都有显著提高.     

基于导纳原理的下肢外骨骼摆动控制

针对下肢外骨骼摆动过程中对操作者运动意图的识别和跟踪问题,首先提出了一种基于导纳原理的控制算法.该方法借鉴了物体运动过程中力和速度所具有的导纳特性,通过合理设计导纳参数将操作者与下肢外骨骼之间的交互力转化为外骨骼的期望运动轨迹.然后利用传统控制方法驱动外骨骼准确跟踪期望运动轨迹,最终实现操作者和外骨骼的协调运动.构建了包含交互力信息的人机系统模型,并在此基础上进行了仿真验证试验.仿真结果表明:相比于未驱动的外骨骼,正常摆动频率下操作者与外骨骼之间的交互力降低了约85%,并成功实现了对操作者运动的准确跟踪,误差在±0.3°以内.      

基于非正交干涉矩阵的飞机装配序列规划方法

针对飞机装配中外形曲面特征多、装配关系复杂、连接方式多样等带来的装配工艺设计问题,提出了一种基于非正交干涉矩阵的飞机部件装配序列规划方法.通过分析被装配零件的结构特点,增加非正交的装配坐标方向,构建了非正交干涉矩阵;给出了装配可行性的推导方法,实现了装配序列的自动生成.并以装配时间为目标函数,采用遗传算法对装配序列进行了优化.基于MATLAB仿真平台,对某型号飞机舱门装配过程进行了模拟.仿真结果表明,该方法简单易行.与传统的基于正交干涉矩阵的方法相比,对于可装配性和装配效率都有显著提高.     

虚拟匹配单元对力觉交互系统性能影响分析

讨论虚拟现实力觉交互系统中,阻抗再现方式下虚拟匹配单元对系统稳定性和透明性的影响.对不同的虚拟环境,根据弹簧单元和阻尼单元的不同物理性质,将其与虚拟环境串联或并联,作为连接操作端与虚拟端的双端口系统;对于单自由度力觉交互系统,当虚拟环境驱动点为弹簧元素时,以串联弹簧单元和串联阻尼单元为例,通过对附加虚拟匹配单元后的系统性能评价,及与原系统的比较,分析了虚拟匹配单元对系统性能尤其是稳定性的影响,仿真和分析结果吻合较好.在力觉交互控制系统设计中,可根据需要选择不同的虚拟匹配单元以提高系统的稳定性.      

激光负向牵引技术及其在空间领域中的应用

1 光力概述 光对被照射物体施加光力的概念,最早由德国数学家和天文学家开普勒在1619年观测彗星时提出.1871年,麦克斯韦在理论上证实了光力现象.对于一个以光速运动着的光子,它具有传统意义上的动量,称其为线性动量,其值为普朗克常数除以波长.光照射在物体上,因线性动量的交换而施加力的作用,最初称之为辐射压力.辐射压力很小,仅有10-6N/m2,所以人们很难察觉.     

机械产品装配关系建模

针对机械产品装配结构和装配关系描述问题,提出了面向机械产品装配过程的"装配树"概念.以设计装配图、产品结构树为基础,结合装配过程、装配层次结构和装配顺序特征构建了"装配树"模型,并解决了产品结构树的功能延伸和描述完备性问题.在产品"功能-结构"映射关系明确的前提下,提出了以产品功能为中间转换载体的装配树层次结构建模思路,给出了"装配树"构建方法和步骤.最后以某型柱塞式喷油泵泵油系部件装配树构建为例,验证了"装配树"概念的可行性和构建方法的可操作性.     

"混合控制"驱动虚拟人实现维修仿真

目前在开展虚拟维修仿真过程中,驱动虚拟人多采用2种方式,一种为沉浸式的虚拟外设控制,另一种为非沉浸式的算法控制.2种方式各有其局限性,为了提高维修仿真的实现效率,提出混合控制的方法及实现结构,即在算法控制虚拟人的仿真过程中插入虚拟外设控制方式,目的在于充分利用这2种控制方法的长处.对混合控制系统结构进行了描述,分析了2种控制方式之间的转换机制,并用实例加以验证.在当前的软硬件技术条件下混合控制方法为实现维修仿真提供了有效的技术手段.     

基于Matlab GUI的X型圈选配仿真平台开发

针对伺服机构油箱蓄压器组件配对速度慢、匹配参数单一的问题，提出了一种考虑三个匹配参数（配合间隙、X型圈压缩率、拉伸率）、同时考虑密封副重要性分配的综合量化评分体系，对配对零件的密封性能进行了综合评分，接着将分数最高的若干组合选出，以实现零件的优选配对。该流程可通过Matlab编程实现，以提高选配速度。针对油箱蓄压器组件装配仿真中轴向力提取困难的问题，通过引入驱动元件，可以获得装配过程中的轴向接触压力，并最终将其转化为轴向力。结合优选配对功能与装配仿真功能，开发了基于Matlab GUI（图形用户界面）的X型圈选配仿真平台。该软件操作简单，仿真结果提取方便。     

单自由度力觉交互系统建模与分析

为提高力觉交互系统性能,需要通过建模和分析来了解各参数对系统性能的影响.对单自由度力觉交互系统,假设虚拟环境为被动,将操作者对系统影响分为主动输入和被动阻抗,建立了包括操作者在内的力觉交互系统模型;通过双端口网络理论的应用,就系统对刚度阻尼组合虚拟环境的稳定性进行了分析,给出了系统稳定条件的一般判定准则,并由此分析了传动刚度对系统稳定性的影响.该方法可以用于对力觉交互系统的性能评估和设计指导.      

复杂产品虚拟装配系统的人机交互技术

介绍了一种基于双机同步的desktop虚拟现实设备的复杂产品虚拟装配仿真系统,对系统的人机交互技术进行了深入研究,提出了一种基于SOP(Structure of Parts)数据结构的属性类驱动算法的产品信息管理技术以及模型转心匹配法,阐述了一种适用于多部件多场景的、快速的基于扫描线技术的直接操纵交互算法原理,通过系统的实现验证了算法的实用性与效率,有效地提高了系统性能与扩展性.     

虚拟维修技术研究与应用

针对虚拟维修在建模与仿真等核心环节的研究中存有很大局限的问题,提出了虚拟维修方法体系,探讨虚拟维修理论与方法,在此基础上开展虚拟维修模型与仿真控制方法的深入研究.提出虚拟维修模型即维修任务网(MTN,Maintenance Task Net),MTN基于Petri网可描述维修过程,可表达维修过程中资源、活动和约束.提出MTN驱动虚拟仿真的触发规则及建立控制虚拟维修仿真机制.通过飞机典型设备维修案例对提出的虚拟维修模型和控制机制进行了实例验证,应用结果验证了建模与仿真方法的有效性,为支持维修性工程应用提供了可行的技术途径.      

虚拟原型技术及控制工程中的虚拟原型机

虚拟原型技术是当前设计、制造领域中的一个新技术,数字式的虚拟原型机将在很多场合替代物理原型机的使用,大大缩短设计周期,节约设计经费。在控制系统设计中,虚拟原型机可以分成３个层次,分别完成控制律的设计,控制软件的开发和控制系统的定型验证的任务。飞行控制系统虚拟原型机是建立在局域分布式仿真基础上的全数字式,并有接入实物的能力的仿真环境。为实现飞控计算机的虚拟原型机,硬件上构筑由多台计算机构成的主从结构     

电离层虚高的高精度测量与分析

为了提高电离层虚高测量精度,介绍了利用电离层回波相位实现高精度虚高测量的方法,并以CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)电离层数字测高仪为研究平台,进行组合脉冲控制和回波相位测量分析,开展了一系列虚高测量实验,并与传统的利用回波时间延迟的虚高测量方法进行了分析比较.实验结果表明,基于回波相位的测量分析方法与回波时延测量分析方法相比,其虚高测量精度高一个量级以上,这对精确反演电离层峰下电子浓度剖面及研究电离层精细结构具有重要意义.      

双余度电静液作动器力均衡控制

随着多电飞机技术的发展,电静液作动器(EHA)被更多地用于机载作动系统。双余度电静液作动器(DREHA)更易于实现余度控制,推进EHA在飞机上的应用。本文给出了一种新型DREHA的结构组成,并对其工作原理和固有的力纷争现象进行了分析。理想情况下,通过流量补偿进行修正,力纷争会消失。由于实际系统的参数不可能与仿真模型完全一致,通过人为引入两通道参数误差,复现实际的力纷争。针对上述力纷争现象,基于两通道左右腔压差提出了差值力补偿力均衡控制策略和交叉耦合力均衡控制策略,以减小力纷争。MATLAB和AMESim联合仿真结果表明,本文所设计的力均衡控制器能大大减小力纷争峰值,同时提高系统的响应速度。