UVMS作为一个动力耦合系统,机械手以不同的加速度方式运动时会对ROV的位姿偏差产生不同的影响。首先建立了UVMS的动力学模型;然后基于机构学中的凸轮曲线理论推导出等加速度型、5次多项式型、摆线型、合成正弦、变形正弦、变形梯形等多种曲线方程;最后分析和研究了机械手在不同加速度运动方式下对ROV位置偏差和角度偏差的影响。结果表明机械手以不同的加速度运动方式进行关节运动对ROV的位置偏差和角度偏差产生的影响存在较大差异,在控制ROV位置偏差和角度偏差极值方面变形正弦方式效果最好,其次为摆线型、合成正弦和5次多项式型,再者是等加速型,最后为变形梯形;而从ROV位姿变化平稳性来看,变形梯形方式是比较好的选择,其次为合成正弦、摆线型和5次多项式型,再者是变形正弦,而等加速度型最差。

为避免管道系统产生危险的弯曲应力,可采用恒力弹簧支吊架结构。通过对一款扁平恒力弹簧支吊架的机构进行力学分析,推导了该款支吊架所用凸轮曲线的微分方程;将用于求解凸轮曲线微分方程的M文件编辑成动态连接库,基于AutoCAD.NET开发了用于生成该款支吊架凸轮曲线的软件工具。软件工具可直接在AutoCAD中根据用户输入生成凸轮轮廓的SPLINE曲线。给出了软件工具生成的具体方法,并通过建立支吊架机构的动力学模型,在ADAMS中验证了软件工具所生成凸轮轮廓曲线的正确性。

为了填补国内短焦段数字电影变焦放映镜头的空白及满足国内数字电影市场对大投射比镜头的需求,本文采用机械补偿式变焦原理,利用ZEMAX光学设计软件自主研发设计出一款适用于0.65英寸、单数字光处理器、1.3K数字电影放映机的短焦段连续变焦数字电影放映镜头.镜头包括前固定组、变倍组、补偿组和后固定组,由8组10片玻璃球面透镜组成,其中变倍组由一片负透镜构成,补偿组由两组双胶合透镜组构成.镜头总长170 mm,全口径70 mm,变焦范围为14.5～18.2 mm,相对孔径为1/2,投射比范围为0.99∶ 1～1.23∶1,后工作距离为32.6 mm.镜头凸轮曲线的设计采用等间隔变焦的方法,设计出了平滑稳定、斜率适宜、压力角小的凸轮曲线,具有加工方便、加工准确度高、变倍组升角容易控制且焦距变化均匀的优点.整个镜头结构简单、体形小、重量轻、成本低.

变焦距系统镜组的轴向位移与倍率关系通常不是线性的,示值间距标记也是非均匀的.在光学检测和计量仪器的应用中,操作者很难准确地选择刻度标志之外的焦距值,尤其是在高倍段刻度密集的和非线性显著的地方更是如此.在有电机驱动的系统中,电机匀速转动带来的是倍率的非线性变化,很难在短时间内稳定到预定倍率的目标值.对含有像差因子的变焦函数进行变换后所编制的计算程序可以十分快捷地得到预定的设计结果.一个实际的光学系统往往偏离理想情况,为了达到最佳结果,可把像差因子补充到变焦距函数中,可借助变焦函数方程进行等角距变倍曲线的研究和设计,研究成果已应用到了产品的设计中,并取得了很好的效果.

本文设计了一种焦距为6.5～52mm的可见光变焦距光学系统,视场角为6.6°～52°.设计中选取5个焦距位置进行了计算,采用负组变倍和正组补偿方式,实现连续变焦.设计结果表明其成像质量良好,其中75lp/mm处的调制传递函数值均大于0.6,弥散圆直径小于像元尺寸.最后采用插值拟合的方法进行了凸轮曲线的设计,该系统具有长度短,成像质量好,凸轮曲线平滑易于加工,工艺性好等优点.

介绍了飞行模拟器的原理及方案。讨论了飞行模拟器中目标显示变焦距成像系统的光学设计方案。探讨了垂轴放大率时的变焦距系统的特性，在垂轴放大率时变倍组和补偿组的共轭距均处于极值，在此处补偿组进行平滑换根，使补偿组位移曲线的上半段与下半段平滑相连，可以让补偿组也为整个系统变倍作出贡献，使得凸轮导程缩短，达到减小系统外形尺寸的目的。利用阻尼最小二乘法拟合出整个变焦过程中系统最佳像面的位置曲线，并按此设计凸轮曲线，即可保证系统在整个变焦过程中成像质量均处于最佳状态。成功地将上述思路应用于飞行模拟器变焦距成像系统中，取得了很好的效果。

为解决舞台多台灯具同时追光时人工调焦清晰度差、实时性差的问题,提出一种基于机器视觉的两级智能调焦算法,先采用机械补偿变焦光学系统凸轮曲线,将调焦透镜组直接定位至最佳焦面附近,实现粗略快速调焦;再结合抗噪阈值设置,运用离散傅里叶变换评价函数,实现小范围内基于爬山搜索算法的精细调焦,再通过频谱评价函数曲线单峰性判别是否对焦,确保了投影图像的清晰度。该方法应用到多款摇头灯自动对焦系统中,通过运行测试,调焦精度达到±0.023 mm,自动调焦用时缩短78%以上,满足舞台灯具调焦图像清晰度和实时性要求,具有较好的应用价值。

热力发电厂中的蒸汽管道、水管热位移很大,为了避免管道系统产生危险的弯曲应力,影响管道设备的安全,可采用恒力支吊结构。研究了主辅弹簧式恒力支吊架的工作原理,并以某一型号恒力支吊架为例,对吊架中的主弹簧及摆动凸轮进行设计计算,为主辅弹簧式恒力支吊架的设计提供参考。

针对MasterCAM X6的新增功能,巧妙地设计了圆柱凸轮曲线与制作的方法,介绍了MasterCAM X6新开发的功能和针对凸轮制作的多轴加工刀具路径。

为了大幅提高采样效率和采样设备的自动化程度,机械手必须边行走边采样,即双动采样。针对四自由度关节式液压采样机械手实现双动采样要求的复杂轨迹控制,研究了一种适合C240运动控制器编程使用的简便的运动反求方法和用于多轴同步控制的虚拟主轴法,解决了控制器在运行模式下自动生成控制曲线的问题,为采样机械手适应复杂多变的轨迹控制提供了一条有效解决途径,提高了采样机械手的智能化程度。此法在样机上得到了验证,它也适用于通用机械手的智能运动控制。