Five-Axis Interpolation of Continuous Short Linear Trajectories for 3[PP]S-XY Hybrid Mechanism by Dual Bezier Blending

A novel five-axis real-time interpolation algorithm for 3[PP]S-XY hybrid mechanism is proposed in this paper. In the algorithm, the five-axis tool path for controlling this hybrid mechanism is separated into two sub-paths. One sub-path describes the movement of 3[PP]S parallel kinematic mechanism module, and the other one describes the movement of XY platform. A pair of cubic Bezier curves is employed to smooth the corners in those two sub-paths. Based on the homogenous Jacobian matrix of 3[PP]S mechanism, a relationship between the position errors of every driving joint in hybrid mechanism and the position deviation of the tool tip center point at the moving platform is established. This relationship is used to estimate the approximation error for the corners smoothing according to the accuracy requirement of tool tip center in interpolation. Due to the high computational efficiency of this corner smoothing method, it is integrated into the look-ahead module of computer numerical control(CNC) system to perform online tool path smoothing. By performing the speed planning based on a floating window scheme, a jerk limited S-shape speed profile can be generated efficiently. On this basis, a realtime look-ahead scheme, which is comprised of path-smoothing and feedrate scheduling, is developed to acquire a speed profile with smooth acceleration. A monotonic cubic spline is employed for synchronization between those two smoothed sub-paths in tool path interpolation. This interpolation algorithm has been integrated into our own developed CNC system to control a 3PRS-XY experimental instrument(P, R and S standing for prismatic,revolute and spherical, respectively). A club shaped trajectory is adopted to verify the smoothness and efficiency of the five-axis interpolator for hybrid mechanism control.     

Five-axis interpolation of continuous short linear trajectories for 3[PP]S-<Emphasis Type="Italic">XY</Emphasis> hybrid mechanism by dual Bezier blending

A novel five-axis real-time interpolation algorithm for 3[PP]S-XY hybrid mechanism is proposed in this paper. In the algorithm, the five-axis tool path for controlling this hybrid mechanism is separated into two sub-paths. One sub-path describes the movement of 3[PP]S parallel kinematic mechanism module, and the other one describes the movement of XY platform. A pair of cubic Bezier curves is employed to smooth the corners in those two sub-paths. Based on the homogenous Jacobian matrix of 3[PP]S mechanism, a relationship between the position errors of every driving joint in hybrid mechanism and the position deviation of the tool tip center point at the moving platform is established. This relationship is used to estimate the approximation error for the corners smoothing according to the accuracy requirement of tool tip center in interpolation. Due to the high computational efficiency of this corner smoothing method, it is integrated into the look-ahead module of computer numerical control (CNC) system to perform online tool path smoothing. By performing the speed planning based on a floating window scheme, a jerk limited S-shape speed profile can be generated efficiently. On this basis, a realtime look-ahead scheme, which is comprised of path-smoothing and feedrate scheduling, is developed to acquire a speed profile with smooth acceleration. A monotonic cubic spline is employed for synchronization between those two smoothed sub-paths in tool path interpolation. This interpolation algorithm has been integrated into our own developed CNC system to control a 3PRS-XY experimental instrument (P, R and S standing for prismatic, revolute and spherical, respectively). A club shaped trajectory is adopted to verify the smoothness and efficiency of the five-axis interpolator for hybrid mechanism control.     

三次NURBS曲线有理插值方法研究

非均匀有理B样条（NURBS）方法，是STEP国际标准中关于工业产品几何定义的惟一数学方法．有理插值在构造NURBS曲线曲面以进行形状表示与设计中有着重要的意义，但是目前大多数都采用相对简单的非有理插值，关于复杂的有理插值的研究不多．文中给出了一种有理插值精确求解以及完整NURBS曲线生成的方法．     

动力机械刚性阻振技术研究

讨论了刚性阻振的概念及用途．应用波动理论分析刚性阻振的隔振机理．建立了阻振系统的数学模型，用ANSYS软件对阻振系统进行了计算，预估其隔振效果，并进行了试验验证．隔振效果达到3．3dB．     

组合曲线的NURBS表示及其应用

NURBS广泛地应用在曲线和曲面设计中，利用NURBS曲线的升阶和插值方法，给出组合曲线包括直线段、二次曲线段及自由曲线段的NURBS表示的一种方法，并给出它在船舶型线设计中的应用。     

A Methodology for Curve and Surface Fitting with Adaptive Fairing for Digitized Points

Introduction In the process of part or product design, re-verse engineering is a method for constructing aCAD model from the physical part that already ex-ists[1-4]. The whole process starts from digitizingthe part, i.e., the measuring of coordinates of t…     

High accuracy NURBS interpolation for five-axis machine of table-rotating/spindle-tilting type

In this paper, the definition of NURBS curve and a speed-controlled interpolation in which the feed rate is automatically adjusted in order to meet the specified chord error limit were discussed. Besides those, a definition of linear interpolation error of post-processed data was proposed, which should be paid more attention to because it will not only reduce quality of the surface but also may cause interference and other unexpected trouble. In order to control the error, a robust algorithm was proposed, which successfully met a desired error limit through interpolating some essential CL data. The excellence of the proposed algorithm, in terms of its reliability and self-adaptiveness, has been proved by simulation results.     

车辆多目标自适应巡航显式模型预测控制

为了兼顾车辆自适应巡航控制(ACC)系统的跟踪控制效果和实时性, 提出了基于显式模型预测控制(EMPC)理论的车辆多目标自适应巡航控制方法; 基于车辆间运动学关系建立自适应巡航控制运动学模型, 根据预测控制理论推导预测时域内的跟踪误差预测模型, 并确定车辆安全性、跟踪性、经济性和舒适性等多性能目标函数和约束条件; 运用显式模型预测控制中的多参数规划理论, 将基于反复在线优化计算的闭环模型预测控制系统转化为与之等价的显式多面体分段仿射(PPWA)系统, 通过离线计算获得期望加速度与距离误差、速度误差、自车加速度和前车加速度等状态变量之间的最优控制律, 并设计在线查表的搜索流程, 通过定位当前状态所处分区, 并应用该分区的显式控制律实现自适应巡航控制; 进行了纵向跟踪工况仿真验证, 并与传统MPC-ACC控制方法进行对比。对比结果表明: 在前车正弦加减速工况下, EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了53.51%, EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.220 3 m, 平均速度误差为0.340 1 m·s-1; 在前车阶跃加减速工况下, EMPC-ACC控制器单步运算速度比MPC-ACC控制器平均提升了72.96%, EMPC-ACC控制下的平均距离跟踪误差为0.331 9 m, 平均速度误差为0.399 1 m·s-1。可见, 提出的EMPC-ACC控制算法在保证纵向跟踪性能的前提下, 有效地提高了自适应巡航控制的实时性。      

基于路侧毫米波雷达的车辆碰撞概率计算方法

为定量化得出高速公路同一车道中前后相邻车辆的碰撞概率,从制动减速度的角度出发, 提出一种新的前后相邻车辆碰撞概率计算方法。分别考虑前后车发生碰撞的3种不同情况,推导出如果发生碰撞前车需要的最小制动减速度。基于路侧毫米波雷达获取海量车辆运行状态真实数据,包括轨迹、速度以及制动减速度的变化规律,采用广义帕累托分布(Generalized Pareto Distribution,GPD)建立制动减速度分布模型,进一步基于GPD模型计算出在不同场景下如果发 生碰撞所需最小制动减速度的发生概率,将该概率值确定为碰撞概率。研究结果表明,在本研究路段,约99.10%的加速度在[-1, 1] m·s-2 的区间范围内波动,车辆制动减速度的分布具有“长尾” 特征,较大的制动减速度占比非常小。内侧1车道、2车道加速分布比3车道的分布更为集中,大型货车的加速度分布比小客车的加速度分布更集中。最后,基于真实的危险场景数据以及模拟的典型危险场景数据进行验证,将该方法的计算结果与传统方法的计算结果相比较,表明该方法的计算结果连续,且可迅速、准确地识别各类危险场景。     

汽车碰撞计算机仿真分析方法的研究

首先,采用分离式仿真法,将基于整车结构正面碰撞计算模型所得的B柱减速度曲线作为碰撞加速度冲击波曲线,加载于台车试验环境中的乘员及其约束系统正面碰撞计算模型进行计算.其次,采用车身、乘员一体化仿真方法,计算实车碰撞环境中的包含乘员及其约束系统的整车正面碰撞计算模型.根据乘员头部和胸部的伤害值、车身耐撞性等评价指标,研究这两种计算方法结果的差异,进而探讨质量补偿法对计算成本低廉的分离算法的计算结果的优化程度.     

基于车辆轨迹重构的信号交叉口延误提取研究

通过信号交叉口设置的监控设施，获取停车线前f 辆车的相关信息，以其为分析数据源，重构车辆运行轨迹，提取信号交叉口的延误参数. 对于轨迹重构中车辆运行时减速、停车、启动，以及恢复正常行驶速度等关键时间点的确定方法为：借助前f 辆车的停车时间信息和车辆到达概率分布函数，确定后续车辆的停车时间；结合车辆减速过程满足的双曲正弦函数，确定经历排队车辆的减速时间点；以前f 辆车的启动时间为输入，借助饱和车头时距，计算车辆启动时间点；根据车辆加速满足的匀变加速过程，确定车辆恢复正常行驶速度的时间点. 最后，通过实际车辆轨迹数据验证了该方法的精度.     

虚拟轴数控机床关键技术研究

虚拟轴数控机床是机器人技术与机床技术相结合产生的高科技产物，具有高精度、高刚性、高速度、高加速度、高柔性、高灵活性、推力大、重量轻等优异性能。介绍了虚拟轴数控机床的研究内容，提出了虚拟轴数控机床设计的关键问题及其解决方案，总结了这种直接驱动技术的意义。     

高速公路互通立交加减速车道长度设计

高速公路互通立交加减速车道是高速公路事故多发地点,其长度是影响安全性的因素之一.在总结国内外加减速车道长度计算方法的基础上,提出不同主线设计速度对应不同匝道设计速度下的合理加减速车道长度,可为高速公路互通立交加减速车道安全设计、管理提供技术支持.     

车路协同环境下群体车辆诱导与协同运行方法

为解决城市发展带来的交通拥堵问题,发掘道路交通的潜力,提高车路协同环境下车辆在路网中的行驶效率,面向群体车辆提出了一种诱导优化方法和协同控制策略;在车辆诱导分配方面,在起始点和目的地之间的可达路径中,以交通效率最优、车辆排放最小为目标,设计了基于道路饱和度、车辆行程时间和延误的群体车辆分配规则,建立了群体车辆诱导分配优化模型,并用多目标非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和多目标粒子群优化算法进行求解;在车辆协同运行控制策略方面,基于引力场思想建立了多车协同运行模型,并提出了多车协同加减速策略;通过仿真验证比较了不同网联自动驾驶车辆(CAV)渗透率下的车辆诱导优化结果,同时仿真了车辆协同加减速策略,并将诱导优化方法和协同控制策略进行了联合仿真。仿真结果表明:多目标诱导分配方法可以提升车辆速度和环境效益,且群体车辆平均速度与CAV渗透率正相关;在四车组队行驶环境中,车辆协同加减速策略能够将车辆在加速和减速时的初始平均加速度分别提高15.0%和8.2%,让车辆快速达到目标速度,保障行车安全;在联合仿真环境中,路网群体车辆的加速度平均提高了11.6%,速度平均提高了1.6%,碳氧化合物排放量减少约4.9%。由此可见,提出的方法能够提高路网通行效率,降低车辆能源消耗,减少对环境造成的不良影响。      

三次NURBS曲线相关积分量的精确计算公式及其应用

利用节点插入算法将三次NURBS曲线转化成一组三次有理Bézier曲线,结合有理Bézier曲线形式简单的优点,推导了由三次NURBS曲线与坐标轴所围成区域的面积的精确计算公式,只要给定曲线的节点矢量、控制顶点和权因子即可通过逐步代入求得区域的面积.并在此基础上给出了面积矩、形心、惯性矩等相关积分量的计算公式.最后初步研究了这种计算方法应用于船舶静力学性能计算的问题.与传统的数值逼近算法相比它克服了误差的存在.     

基于三次插值样条函数法的公路竖曲线设计

针对传统的公路竖曲线设计中存在的一些问题,可提出使用三次插值样条函数来替代传统线形的思路。经过公式推导与论证后．发现该竖曲线线形具有设计合理、计算公式简单实用、适应控制点变化需要的优点。     

纯电动公交车进出站节能驾驶策略的设计与仿真

针对公交车进出站过程速度波动明显，能耗较高的问题，本文采集纯电动公交车自然驾驶 数据，以进出站速度随距离的变化关系、进出站加速度分布区间及进出站时间3个指标分析公交 车进出站驾驶行为参数特性。统计进出站百公里能耗及瞬时能耗与加速度的变化趋势，分析进 出站的能耗特征。在此基础上，将进出站路段划分为定速段、调整段和恢复段，并依据进站时站 内已经停靠公交车的影响，将进出站场景分为3类。进出站实质上是“减速-加速”过程，提出以加 速特征参数表征的加速策略和恒减速策略，以此分别针对3类进出站场景提出几种节能驾驶策 略，最后，基于AVL CRUISE仿真验证节能驾驶策略的有效性。结果表明，相比自然驾驶情况，本 文提出的进出站节能驾驶策略在纯电动公交车进出站过程中节省电能达到12.17%~44.43%，具有 可观的节能潜力。     

基于自动寻迹的港湾式公交站台停靠路径研究

由于现有的公交车多采用自由停靠方式，导致车辆出站延误，泊位利用率低及乘客安全等问题.本文依据现有的公交车到站“一键式”自动停靠系统，以优化自动停靠公交车的运行轨迹为目标，分别利用三次样条插值、Atan和 Sigmoid函数对港湾式站台公交车停靠轨迹进行仿真分析.非线性约束优化结果显示，利用这 3种方法生成的停靠轨迹，可以得到连续的曲率，满足公交车靠站碰撞约束及港湾式站台停靠要求，均可以实时生成公交车进站运行轨迹. 与港湾式站台泊位曲线相比，Atan 曲线的平均位差 1.01 远小于三次样条插值的平均位差 10.21和 Sigmoid曲线平均位差 5.96.因此，轨迹结果分析显示，公交车基于 Atan轨迹曲线的停靠更便于乘客乘车、具有实时性强、可靠性高的特点，减少了进出站延误.     

基于Bezier函数的列车特性曲线数据处理方法研究

在列车运行计算领域, 对列车特性曲线数据处理方法的研究一直得不到应有的重视,因此利用插值法求解列车特性数据的方法沿用至今. 本文研究了插值法计算列车特性数据的误差及其影响. 对比分析了Bezier曲线与列车特性曲线特点,得出可用Bezier曲线拟合列车特性曲线,并提出一种基于Bezier函数的列车特性曲线数据求解方法. 该方法是通过人机交互方式,运用Bezier曲线拟合列车特性曲线,该Bezier曲线对应的Bezier函数为列车特性曲线的拟合函数. 用该拟合函数求解列车特性数据,计算速度与精度均明显提高. 最后对CRH3型动车组的牵引特性曲线作了实际拟合,得出的结果令人满意.     

基于驾驶负荷的山区二级公路纵坡路段驾驶舒适度评价研究

为定量评价山区公路纵坡路段驾驶舒适度，本文以云南省文都二级公路为研究对象，进行实车试验开展驾驶负荷研究.首先，分析上、下坡路段坡度、坡长、加(减)速度指标对驾驶负荷影响程度，运用多元回归建立驾驶负荷模型；其次，利用心率增长率的第50、85分位值划分驾驶舒适度，结合所建模型对驾驶舒适度进行阈值分析，确定不同驾驶舒适程度对应坡度、加(减)速度区间范围；最后，对模型及阈值划分合理性进行分析验证.结果表明，坡度、加 (减)速度对纵坡路段驾驶负荷皆为显著变量，而坡长与驾驶负荷仅存在弱相关性.本文模型有效，阈值划分合理，可为低等级公路驾驶负荷研究提供参考.