运行轨迹范文

2024-05-23

运行轨迹范文（精选4篇）

运行轨迹第1篇

1 卸船机抓斗的动力原理

作为理论力学的一个分支学科, 运动学主要是通过几何学的原理方法来对物体的运动进行解释和分析, 在这个过程中, 力、质量等外力因素是不做重点考虑的。我们在研究抓斗卸船机的运动轨迹的时候, 需要运动到运动学和力学的理论知识, 目前我国的桥是抓斗卸船机处于模仿国外技术的阶段, 缺乏深入研究, 因此其设计、分析的研究具有重要意义。卸船机目前分为连续式与非连续式 (抓斗式) 两种。连续式适用范围广, 但受灵活性与部分物料不适合装卸的限制, 成本低、对颠簸等外在和所卸物料的适应性强的桥式抓斗卸船机反而更适合市场需要, 具备良好前景。

在研究抓斗卸船机的运动轨迹时, 由于卸船机可以在工作的时候避免因为受力的不平衡而导致的机体倾斜的问题, 因此暂时对抓斗卸船机的侧向摆动问题不做深入的研究和探讨, 从而简化的将卸船机上的抓斗系统视为是一种二自由度二维非线性的动力系统。在这个系统里, 我们将研究对象定为小车和抓斗, 并把两者看作是方便用于研究的质点, 在二者之间用钢丝绳的方式相连接, 建立起一个相对简化的二自由度的动力学系统。二自由度动力学系统可参照图1所示:

注:图中的A表示小车, B表示抓斗, C表示钢丝绳, I表示钢丝绳的长度, θ表示的是小车在运动的过程中钢丝绳摆动后与垂直方向的夹角, 最后, 我们用v来表示小车运动的速度。

为了更好的解决当小车在高速运行时, 抓斗在过程中的摆动情况, 我们暂时不考虑卸船机在港口的实际工作情况, 通过假设来达到理想状态。做出的假设有以下三点, 第一个是对钢丝绳的实际质量忽略不计, 第二个是钢丝绳在摆动过程中的长度变化忽略不计 (因为钢丝绳的刚度已经足够大, 长度的变化不会很明显) , 第三个是抓斗进行摆动时, 其最大的摆角不会超过10度。在理想的状态下, 我们可以通过将小车的运行路径以及抛料情况最小化的方式, 来使卸船机抓斗达到最高的生产效率, 从而实现对卸船机抓斗轨迹的优化。

2 参数的改变影响抓斗运行的轨迹

要想对卸船机抓斗的运动轨迹进行优化, 必须着眼于对卸船机的生产率的提高, 这就需要我们对小车运行的速度以及钢丝绳提升的速度进行优化。为了找到不同的参数对卸船机抓斗运动轨迹的影响, 我们需要采取控制变量法。

因此, 如果我们要研究小车运行的速度对运行轨迹的影响, 就要控制其他的参数不变。按照这样的方法, 我们会分析速度、加速度以及钢丝绳提升的速度、加速度等因素。一个卸船机的抓斗工作是否可以顺利稳定的进行, 关键就是要研究抓斗的消摆问题。

因此, 我们在改变其中一个参数时, 需要观察钢丝绳发生摆动的情况, 这样就可以了解参数的改变会怎样影响抓斗的运行轨迹的。为了更好的进行比较, 我们制作了一个小车的额定运动参数表, 参与比较了小车起动 (抓斗出舱) 和止摆控制两个阶段的运动的速度。

根据表格, 我们可以的到在[0, 10]s的时间段内的钢丝绳及小车的变动状态, 钢丝绳的重心以及小车的重心, 这两者之间的在x轴之间的距离如图2所示。

3 卸船机抓斗运行轨迹的优化

为了实现卸船机抓斗运行轨迹的优化, 我们通常会研究小车、抓斗和钢丝绳三者之间的运动学关系、动力学关系等。在动力学中, 我们采用的是非线性的方程组, 在初始条件以及边界条件被给定以后就可以进行方程组的求解过程。但非线性的方程组相对来说比较复杂, 在解答过程中会很困难, 所以在解非线性方程组的时候多会选择数值的方法, 例如“逐步积分法”。

在这些数字方式中, 由于具体的初始条件是没有办法了解的, 所以这并不是一个给定定解条件的方法, 而是运用微分方程的方式。在解微分方程中, 我们通常将首先选择寻找方程解的定解条件, 使定解条件达到一些反问题的要求, 并尽可能的提高研究条件, 使其尽量达到最高的生产效率, 在最高的生产效率下寻找出抓斗不会发生摇摆的运动轨迹, 以及最高效率下的小车运动方式、钢丝绳提升方式等细节。

同时, 我们如果要想的到理想的结果, 就需要给定不同的定界条件, 并在这些不同的条件前提下对非线性动力学方程进行反复的、大量的求解过程, 并将不同的计算结果进行分析比较, 从中寻找到规律进行改进和优化。

本文针对当前国内装卸现状及卸船机的发展局势, 考察了大量相关文献, 通过建立模型、运用运动学与力学改变不同参数研究分析轨迹等方法, 提高抓斗系统的生产效率, 优化抓斗轨迹及控制策略。其分析结果对于企业的卸船机改造有很大的借鉴运用意义。

4 结束语

本文在控制方式上使用模糊控制方式, 有所创新, 比起其他方式总的来说具有优势, 但由于诸多条件的限制, 理论成果在实际运用中有待进一步考察与改进。总之, 不论是基于国际需求增长大环境还是我国当前卸船机技术不足的现状, 进一步深入研究卸船机的轨迹优化势在必行, 我国的卸船机技术依然有待突破。

参考文献

[1]刘勤国.抓斗卸船机工作机构数学建模及仿真研究: (硕士学位论文) .长春:吉林大学, 2001.

蔡福如：小霸王自述运行轨迹第2篇

我小时候也学过国际象棋，1954年还得过广州市青年组冠军呢!1956年开始，广州市赛开始分甲、乙、丙组，1——12名为甲组，13——24名为乙组，之后是丙组，这年我打进乙组第三，前两名是袁天成和徐耀荣。这期间，“九龙三剑客”之一的覃剑秋因他所工作的单位与我家很近，我们常在一起切磋，下过几十盘棋，次年我打进市前八名，晋级甲组。1958年我刚满20岁，战胜了朱德源、彭德荣、陈鸿钧和邓文湘等名将，一举夺得市甲组冠军，因我的棋风喜攻好杀，棋友给我起了个雅号“小霸王”。1960年再度夺得甲组冠军，同年九月，在潮州举行的省赛中，杨官、我和陈柏祥被选为代表广东参加全国比赛的成员，从此我开始步入了全国棋坛。这盘棋是在省赛中与广州甲组李旭英的一场激战。

蔡福如(先胜)李旭英

(1960年9月4日弈于广东潮州)

中炮高左炮对屏风马左马盘河

1、炮二平五马8进72、马二进三车9平8

3、车一平二马2进34、兵七进一卒7进1

5、车二进六马7进66、马八进七象3进5

7、炮八进一卒7进1

用高左炮应对左马盘河布局在50年代末问世，在当时属于“新式武器”，由于此类布局较易形成双方激烈对攻，因而我乐意采用。黑另有士4进5的选择，以下车二平四，炮8进2，兵三进一，炮2进2，兵三进一，炮2平7，马三进四，炮8进5，车四退一，车8进7，黑弃子有攻势。

8、车二平四马6进79、炮五平四士4进5

红平炮仕角，意在牵制黑过河马，也可走炮五平六。黑方如不上士巩固中路而改走炮8进5，则相七进五，炮8平6，车四退四，炮2进2，相五进三，炮2平7，马七进六，红方稍优。

10、车四平二车1平411、相七进五炮2进1

12、炮四进四马7进513、相三进五车4进6

黑如车4进7，则马三退五，黑不能吃相，因红可炮八退一打死车。

14、炮八进二车4退215、炮八退一卒7进1

16、马三退五炮2进117、炮四平七车8进1

18、马七进六炮2退319、马五进七炮8平9

20、车二平一车8进821、车九进一卒7进1

22、车九平四炮9平623、仕六进五车4平8

24、车一平三后车进325、车四进五炮2进2

26、马六退四后车退3

黑如炮6进4，则车四退三，炮2进1，兵七进一，象5进3，马七进六，下一手仍有炮八退二捉死黑卒的棋，红大占优势。

27、车三退四炮6进428、车四退三后车平2(图1)

29、车四进一车8退5

前一段黑方弃马搏相，发动了一系列的进攻，但都未能突破红方防线，第26回合黑忍痛弃掉过河卒，很快“转身”，争得强兑暗伏得子这手棋，如图1形势，红高车精警之着。如炮八进二，则车2退1，马七进六，车8退5(如车8退4，则马六进四，红方无趣)，下一手有车8平4得子的手段。黑如炮2进2，则兵七进一!车2平3，马七进八，红可持多子之优。

30、车四平六炮2进231、兵七进一车2平3

32、马七进八车8进233、车六退一车8平9

34、车三进二卒1进135、车三平六卒5进1

36、前车进一车9退137、后车进一车9平4

38、车六退一车3进239、车六退一车3进2

40、炮七退四马3进541、车六进二车3平2

42、马八进七车2退243、车六平五马5进3

44、马七退九车2退245、兵九进一车2进5

46、仕五退六车2退247、炮七进二车2平5

48、仕四进五车5平149、炮七平五车1退2

50、马九进七马3进551、兵五进一

再兑掉一子后，形成车马兵双仕对车士象全的必胜局势，黑虽苦撑至第79回合，终难挽回败局，解说从略。

1960年首届全国团体赛，我队虽说战胜上海队(杨官与何顺安、我与胡荣华战平，陈柏祥胜了朱剑秋)，但最终获得亚军，我个人与孟立国、马宽、方孝臻并列挤进了前六名。1962年全国赛我打进四强，现在回想起来这一段算得上是我棋艺生涯的鼎盛期。1964年全国赛在杭州举行，共有34位棋手参加了角逐，比赛采用“积分循环制”，共18轮，我胜了陈新全、何顺安、胡荣华、李义庭，四轮战罢，单骑领先。第九轮我负于北京新秀傅光明之后，与胡荣华并驾齐驱，第12轮关键战我负于王嘉良，最终胡以13胜3和2负积29分的战绩蝉联桂冠，我以13胜1和4负积27分的成绩获得亚军，这也是我在全国个人赛上取得的最好的成绩。1966年获全国第三名。文革后的1974年，全国赛再度打进四强，1979年第四届全运会获得第五名，总共六次打进全国前六名。下面这盘棋是1964年全国赛第三轮我与胡荣华的一场对话。

广东蔡福如(先胜)上海胡荣华

(1964年4月28日弈于杭州)

中炮过河车对屏风马

1、炮二平五马8进72、马二进三车9平8

3、车一平二卒7进14、车二进六马2进3

5、兵七进一士4进5

在屏风马与当头炮对抗这一庞大的布局体系中，屏风马方此时常见的有平炮兑车和左马盘河两大分支。黑此手补士是胡荣华1963年创用的新着，在重大的比赛中再度使用，可见是有备而来且胸有成竹。

6、炮八平七象3进5

红平炮七路是较为有力的攻击手段。如马八进七，则炮8平9，车二平三，炮9退1，炮八平九，车1平2，车九平八，成五九炮对屏风马平炮兑车阵势，另有攻守。

7、兵七进一象5进3

冲兵是平七路炮的连续动作。如车二平三，则炮8进6，兵三进一，炮8平7，兵三进一，车1平4，马八进九，车4进8，车九平八，车8进9，车八进七，车8平7，黑弃子有攻势。

8、车二平三炮8退1

平车压马，紧要的一手。如马八进九，则马7进6，车九平八，炮2平1，车二退二，车1平4，黑可满意。

9、马八进九炮8平710、车三平四马7进8

11、车九平八车1平212、车四退二炮2进4

黑右炮过河封车刻不容缓，如让红左车压境，黑则不堪忍受。

13、兵五进一象7进514、兵九进一炮7进5

红冲中兵是急攻的选择，多年以后，陈孝大师在此基础上做了改进，第13回合即挺中兵变为兵九进一，象7进5，车四平八，车2进5，马九进八，炮2平7，相三进一，车8进3，马八进六，马3退4，车八进六，红稳持先手。值得一提的是，我曾与胡在1963年12月一场友谊赛中走出与前13回合完全相同的局面，第14回合我仍挺边兵，胡走卒9进1，如今胡不挺边卒而飞炮过河显然是对此局面又有了新的认识。

15、相三进一卒7进116、车四平三车8平7

17、车三平二车7进4

红左车被封，显然不能兑右车，黑通过弃卒的手段取得均衡局面。

18、仕六进五车7平619、兵五进一卒5进1

20、马三进五车6进2(图2)

如图2形势，黑进车捉马，准备弃子抢攻，实出人意料，由此掀起中盘激战的高潮。平稳的选择是卒5进1，车二平五，车6进2，马五进七，车6退1，车五平四，马8进6，兑车后波澜不惊。临枰红经过长考，接受黑方挑战。

21、马五进六马8进622、马六进七车2进2

23、马七退五炮7退3

黑可考虑走马6进8，则车二退一(如车二平六，则卒5进1，黑方主动)，炮7进3，相一退三，车6平8，形成红虽多子，但主力车被封，各有顾忌的局面。

24、车二平三炮7平625、炮七平六炮6退1

26、车三退四炮2平527、马五退三车2进7

28、马三进四士5进629、马九退八炮5退1

第27回合红用较呆滞的马换掉了黑方的恶炮，局面稍有松透，虽然多子但仍然受攻，利弊参半。

30、马八进九车6平1

平车压马空着，不如车6平9吃兵实惠。

31、相一进三士6退532、帅五平六炮5平4

33、帅六平五象5退7

黑落象判断失误，应仍炮平中锁住红炮，红如帅五平六，则炮5平4，循环不变可成和局。

34、炮五平二车1平835、相三退五象3退5

红乘机拆炮联相，终于度过了艰难时期。

36、车三进八炮4进1

进炮嫌缓，顽强的应手是车8平1。

37、车三平四卒5进138、车四退二卒3进1

39、马九进八炮4平2

红马跃出，多子之优顿时显现。

40、炮六平八炮2平941、炮二平一卒3进1

42、马八进七车8平243、马七退五卒3平4

44、车四平九车2退6

迫黑防守，红已渐入佳境。

45、兵九进一炮9平546、马五退三象5进7

47、车九平一炮5平148、炮八进三炮1进3

49、仕五退六车2进250、车一平七卒5进1

51、炮八平五士5进452、炮一进二马6进5

53、车七平五士6进554、车五平八(红胜)

自1960年全国首届团体赛之后，相隔16年在兰州举行了第二届，1977年第三届广东队首次登上了全国冠军的宝座，1978年第三名，1979年第二名，1980年和1981年、1982年三连冠，我是其中成员之一。尤其令人难忘的是1982年武汉团体赛，十轮战罢，广东队17分，上海、河北都是16分，形成了三雄争鼎之势，我队最后一战对北京，赛前计算小分，我队在三个队中小分最低，也就是说只有取胜才能蝉联冠军，和都和不起，只有“华山一条路”了。比赛前三台的结果是，傅光明负于杨官，吕钦战胜臧如意，喻之青胜刘星，形式十分紧张，我打四台，对手是北京王亚军，这盘棋成了众人瞩目的重头戏。

广东蔡福如(先胜)北京王亚军

(1982年5月弈于武汉)

中炮对反宫马

1、炮二平五马2进32、马二进三炮8平6

2、车一平二马8进74、兵七进一卒7进1

中炮对反宫马布局在80年代十分流行，红除了进七兵外，进三兵的选择较为多见：兵三进一，卒3进1，马八进九，象7进5，炮八平七，车1平2，车九平八，炮2进4，兵七进一，卒3进1，兵三进一，卒7进1，车二进四，红弃双兵争得局面优势。

5、车二进六士4进56、车二平三车9进2

7、炮八进四炮6退18、兵五进一炮6平7

9、车三平四马7进8

以上黑方补士固防，退炮攻车继而左马扑出，体现出其阵形平稳，灵活多变，富于弹性的布局特色，这也是反宫马乐为棋手们采用的因素之一。

10、炮八平五马3进511、炮五进四象3进5

黑补象无可非议，翌年全国个人赛，柳大华对刘星，柳走车9平5别出心裁的应手，以下车四平二，卒7进1，兵五进一(如炮五平三，则象7进9，车二退一，车5进3，仕四进五，卒7进1，马三退二，炮2平5，相七进五，车1平2，马八进六，车2进6，黑弃子后攻势强烈)，马8进6，马三进五，炮2进1!炮五平八?车1平2，黑反击得手。

12、马三进五卒7进113、车四平二马8进6

14、马五进三车1平415、炮五退一(图3)车9平6

布局未几双方已短兵相接，枰面呈剑拔弩张之势，红车马炮三军已占据十分有利的出击位置。如图3形势，红退中炮意欲保持中路的攻势，并为卒林车开通道路；黑出左肋车缓手，应车4进5捉中兵对抢先手，以下仕四进五，炮7进3(如车4平5，则马三进四!红优)，车二平七，炮2平4，炮五平八，车4平5，炮八退一，车5退2，车七平五，马6退5，马八进七，红多兵稍优。

16、马八进七车4进617、车九平八炮2进4

黑方错失了进车捉兵的机会，红左翼子力开出，攻势如潮，黑只有招架之功了。

18、车二平七将5平419、相七进五马6进7

20、仕六进五炮7进521、车八平六车4进3

强兑车，是多兵优势下的简明下法，扼制了黑方的反扑之势，由此红方踏上了胜利的坦途。

22、马七退六车6进623、车七平六将4平5

24、相三进一炮7平825、马六进七炮8进3

26、相一退三马7进5

黑如炮2平7，则帅五平六解杀还杀，炮7进3，帅六进一，马7进6，帅六进一，炮7退2，马三退四，黑无连杀，红胜。

27、马三退二车6退328、帅五进一车6平5

29、马二进三

面对黑方孤注一掷的下法，红应对准确，现得子得势，黑放弃作战。

1982年，国家体委推出了中国象棋棋手等级制，批准了首批两名特级大师和25名大师，我荣幸地成为国家象棋大师，同年11月8日国家体委制定了《中国象棋手等级分制和技术等级标准实施细则》公布了一批棋手等级分，20名大师中我列第七位(2465分)。1998年中国棋院批准了新的棋手等级制，根据我以往的战绩，在七位新补的男子特级大师当中，我名列榜首，其实这一姗姗来迟的头衔对我来说并没有多大的实际意义，只是对我过去业绩的一种肯定。

运行轨迹第3篇

在汽车整车生产线中, 涂装车间前处理、电泳线的输送方式主要有三种:电动葫芦、积防链和摆杆链。配套的吊具形式可分为刚性吊具和柔性吊具。吊具和工件在前处理、电泳线的运动轨迹, 尤其是水平回转和垂直回转时的状态, 是机械化、前处理和电泳等专业计算、设计的前提。

现有软件仅能绘制刚性吊具的运行轨迹, 采用柔性吊具的输送机系统, 只能人工绘制。主要原因是柔性吊具运行时状态不固定, 其运行轨迹的绘制异常繁琐。假设后摆杆始终竖直, 人工绘制采用的“几何法”绘图过程: (1) 以链板节距等分轨道, 插入前、后链板。 (2) 竖直插入后摆杆。 (3) 作两个辅助圆, 其交点即为前支撑碗中心。 (4) 插入前摆杆、橇体&工件。以此获得一个工件的位置, 如图1所示。重复绘制出足够多的工件行驶位置, 最终得到其运行轨迹。

可见, 人工绘制轨迹不仅速度慢、劳动强度大、简单重复性强, 而且效率较低, 难以满足高效率生产和设计的要求。

2 开发内容

为了实现轨迹绘制的程序化、自动化, 降低劳动强度, 提高工作效率, 本文利用AutoCAD2006提供的嵌入式VBA接口开发进行二次开发, 目标为实现以下功能: (1) 自动绘制工件在船型浸槽内的运动轨迹; (2) 以两种模式绘制工件在浸入即出槽内 (该槽空间尺寸最小) 距离最小时的位置; (3) 半自动生成三个工件运行时的动画仿真; (4) 绘制工件在浸入开始和浸入终止时的位置, 计算通过浸槽的时间。

其中, 第一个功能用于自动绘制柔性吊具的运动轨迹, 准确反映工件运行的轮廓和最外尺寸;第二和第三个功能用于显示橇体&工件与槽体、轨道的位置关系, 为槽体长度、倾角选择提供依据, 同时可以对前处理、电泳工件节距进行优化;第四个功能用于计算工艺时间。

3 开发思想及关键技术

3.1 开发的基本思想

各个图块定义为水平放置, 插入点为图块基点, 插入角度为两个定位点在坐标系中的角度, 这样就可以绘制出一组工件。绘制图形时, 各组件的插入通过基点和参考点定位 (见图2) , 如后链板的定位点为CRB和CIB, 后摆杆定位点为HB和SCB, 橇体&工件定位点为SCF和SCB等, 以此类推。链板的定位点均在轨道曲线上获取, 由此确定HF和HB, 最后根据摆杆间距和长度, 获取SCF和SCB点。

程序各子功能运行时均采用这种方法。动画、空间分析和工艺时间计算功能仅要求绘制目标工件, 在非目标工件的位置只进行计算而不绘图。

3.2 关键技术

(1) 在多选线上获取目标点

为了使用者方便地选取轨道, 轨道实体默认为PLine对象。目标点 (即链板插入点和旋转参考点) 坐标在两个方向上都没有规律可循, 尤其是圆弧段参数如圆心、半径以及目标点坐标等的提取非常困难。

程序计算时先判断相对于目标点的基点位置处于PLine的哪一段, 采用步步逼近的办法, 一次前进的距离为PLine一段的长度, 直至找到目标点所处段, 再对该段作单独处理, 如图2所示。

图2中的两个目标点表示其所处位置的两种情况:1#目标点在直线段, 则提取直线倾角和PLine顶点1, 计算目标点坐标;2#目标点在圆弧段, 则提取右侧直线段的斜率, 根据直线垂直的集合关系, 计算Gama, 结合顶点2获得圆心坐标, Alpha的大小通过顶点2与目标点之间的弧长确定, 最后根据圆心坐标、Alpha和Gama求取目标点坐标。

(2) 最大程度地模拟实际系统

为最大程度地和系统实际情况保持一致, 圆弧段以及直线和圆弧衔接处的链板插入不能考虑其轨道长度, 而应以链板节距的直线距离获得旋转参考点的准确位置。

程序对此特殊情况开发专用函数, 以基点为圆心、链板节距为半径的辅助圆和轨道的交点即为实际的旋转参考点位置, 良好地解决了这一问题。

(3) 图块插入时的角度

各个图块每次插入时的旋转角度均不一样, 增加了准确绘图的难度。

程序利用图块插入的基点和旋转参考点的位置确定其插入的角度。参考点在基点右方的图块插入位置完全正确;参考点在基点左方的图块则以常量Pi进行校正。

(4) 浸入即出槽空间位置分析的不确定性

在不同倾角的浸入即出槽内, 相邻的两个工件距离最小时摆杆的摇摆方向是不确定的, 因此软件设置两者不同的模式, 分别取内侧、外侧摆杆竖直这两种最极端的情况, 最紧张的位置必然在其中的一种模式中出现。

(5) 工艺时间计算采用变步长计数

起初软件计算工件在浸槽内的运行时间时采用定步长。为保证计算的精度必须采用小步长, 造成对结果关联度不高的轨道段进行了过多不必要的计算, 延长了程序运行的时间。

本文采用变步长计算解决了这一矛盾, 在槽液上方的轨道段采用大步长, 槽液附近的轨道段采用小步长, 既节约时间又可保证计算精度。

(6) 程序的自动加载

本文利用Lisp语言, 实现了程序的自动加载和运行 (通过命令行输入) 。

4 实现方法

4.1 程序流程图

图4为程序计算和绘图的流程。

4.2 软件界面 (图5)

软件界面由六部分组成:基本参数设置、四个功能参数设置、参数和模式设置说明。其中, 基本参数对于所有子功能均需设置, 功能参数在使用该功能时设置, 参数设置说明和模式选用说明用于注释所有参数的含义。

4.3 运行结果

软件各子功能的运行结果如图6所示, 主要功能参数以文本显示。

5 结语

软件的自动绘图和仿真分析降低了设计人员的劳动强度, 保障了设计的高效率和准确性, 但软件的一些局限性尚待改进。

PLine的方向性:PLine实体作为轨道对象, 使用者选取轨道时非常方便, 但是PLine带有方向性, 程序默认PLine从左至右绘制, 而对于从右至左绘制的PLine只能将轨道镜像后绘制, 完成后再次镜像。因此软件对PLine方向的适应性有待提高。

相关图块的自动创建:目前软件在运行时提取已经存在的图块进行绘图、计算和分析, 对于其他系统还需要适当修改图块。软件下一步完善的目标是:根据基本参数和车型信息, 可自动在程序内部创建动态图块, 方便使用者的同时, 还可以拓展软件的应用范围。

参考文献

[1]王锡春.涂装车间设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2008.

[2]张帆.AutoCAD VBA二次开发教程[M].北京:清华大学出版社, 2006.

[3]王玉琨, 等.CAD二次开发技术及其工程应用[M].北京:清华大学出版社, 2008.

运行轨迹第4篇

[关键词]三维空间；四轴数控；载人飞行表演；手绘空间曲线；离线仿真

文章编号：lO.3969/j.issn.1674—8239.2016.04.008

3D四轴数控飞行系统最早出现在欧洲，主要用于吊装摄像机，通常应用于大型演出、体育赛事、电影电视的拍摄，俗称“蜘蛛眼”，也称“三维飞猫”。

“蜘蛛眼”由控制台上设置的2个控制手柄控制，其中一个控制手柄采用十字速度控制手柄，可控制其“前”、“后”、“左”、“右”的运行方向和速度，另一个控制手柄用来控制其“上”、“下”的运行方向和速度，最大操控速度可达10m/s。“蜘蛛眼”系统的操作方式，是由操作人员在现场实时手控“蜘蛛眼”的运行方向及运行速度，不需要、也不具备飞行曲线的事先编制、存储与调用运行功能。“蜘蛛眼”系统的承重为摄像机及附属设备，吊重有限。

近年来，随着演艺行业的飞速发展，尤其是大型旅游演艺秀场、杂技场等演出的大力推广，为3D四轴数控飞行系统的表演（也称3D威亚）创造了新的发展空间。3D四轴数控飞行装置用于吊挂演员或舞美装置，在3D演出空间作任意曲线的飞行表演是当下演艺界所追求的全新的表现方式。导演的创意往往要求飞行曲线是随心所欲的艺术创造，因此，手绘3D空间运行轨迹已经在多轴数控飞行表演系统中得以实现，新的创意理念及其实现必将大大推动该技术在演艺行业的广泛应用和长足发展。

手绘3D空间运行轨迹的方法，可使导演或操作人员在触摸屏上随心所欲地用手指或触摸笔徒手绘制3D空间运行轨迹成为可能。在平面上手绘空间运行轨迹，以及在3D坐标实时显示空间轨迹曲线，极大地满足了导演的艺术创意，可以实时直观地看到手绘的轨迹曲线在空间的显示效果，并可通过离线仿真和在线运行方式快速检验手绘空间曲线的实际表演效果。

1.系统概述

3D四轴数控飞行表演系统，是通过4台数控卷扬机分别设在表演区的4个角区，4个角区分别设置4个高空吊点，吊点采用水平随动式滑轮，滑轮会随绳索的偏移作水平转动，4台卷扬机的4根绳索（钢丝绳或其他非金属绳索）通过4个活动高空吊点滑轮结成1个吊点，表演区上空没有任何钢丝绳导轨。

4个卷扬机的下绳点位置可以是任意四边形，不受位置限制。在使用时，只要准确提供4个吊点位置相对于某一原点的三维坐标即可，但该原点一定要设置在下绳点形成的四边形里，也就是中心吊点能够到达的区域。

4台卷扬机通过实时控制完成吊点在三维空间的运动，由控制算法的实时计算确保4根绳索在吊点任何位置上的松紧一致。吊点的运动轨迹由软件控制吊点实现，运行曲线由软件编制，软件可存储及调用。

3D四轴数控飞行表演系统具有以下主要特点：

（1）表演区上空不设空中导轨

表演区上空各种设备交织，空间位置极其紧张。该系统的卷扬机及上空活动吊点均位于表演区两侧，不再占用纷乱的上空空间；

（2）采用V形吊点结构

三维系统采用双V形吊点结构，吊点在三维空间运行中具有很高的稳定性。

（3）采用伺服系统驱动

伺服系统（servomechanism）可使物体的位置、方位、状态等输出被控量随输入目标（或给定值）的变化进行自动控制，其主要任务是按照控制命令的要求，对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制非常灵活方便。

伺服系统经历了从最早的液压、气动到如今的电气化的发展历程，由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统已经走过了近50个年头。如今，随着技术的不断成熟，交流伺服电机技术凭借其优异的性价比，逐渐取代直流电机，成为伺服系统的主导执行电机。伺服系统的发展趋势即高精度、高速度、大功率，具有运行平稳、精确、可靠，系统反映速度快等优异的动静态特性，其性能在各种驱动系统中具有领先的地位。

（4）采用多轴数控技术

数控技术简称数控（Numerical Contr01），即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对其他一些重要行业的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。

数控系统分为单轴和多轴数控系统，本系统中采用四轴数控系统。数控系统在该系统中通过应用软件完成多轴之间的协调运行，实时控制其多台伺服驱动系统运行的速度、位置、转矩等参数的快速响应，达到在三维空间的作各种曲线的飞行表演的运行。

（5）手绘的空间运行曲线

手绘是指用手指徒手在触摸屏上绘制空间运行轨迹的一种新型的设置方式，通过手绘的方式可以实现运行曲线的多样化、任意化、简单化和快速化。

2.系统构成

3D四轴数控飞行表演系统一般由机械部分和控制部分组成。机械部分主要由4套自排绳式卷扬机及绳索吊点装置组成。自排绳式卷扬机的主动排绳机构选用单点吊机常用摇臂式排绳，通过电机减速机的转动将带动索绳从卷简的一端移向另一端，由于绳索经过可灵活摆动的摆臂，使其在卷简上排绳时始终沿着卷简切线与卷简成90°角，达到主动排绳的目的。控制部分主要由伺服驱动系统、四轴数控系统、智能操控系统以及系统软件等部分组成。

三维运动控制系统由四轴控制器和4套伺服驱动器组成。4套伺服驱动器分别驱动4台伺服电机，4台伺服电机上均装有绝对值光电编码器和制动器。编码器检测伺服电机的转速和吊点移动的位置。吊点位置由控制器根据数学模型实时计算出4台电机的实时运行的速度和位置。相互配合使吊点在垂直有效的平面内作任意曲线的运行。吊点速度、位置由主控制台编程控制。系统操控手段决定使用的完美与可靠，系统中不仅具有手动三维任意操控功能，更具有智能化的屏幕运行轨迹软件包的编辑、存储、调用功能及编场（cuE）功能，适宜不同的演出表演的需要。

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4台卷扬机滑轮吊点A、B、c、D在（x、y）坐标位置是四边形。在实际应用中，受空间位置的限制很难做到理想的矩形，运动吊点在四边形之内作水平面运行。滑轮吊点的高度也不可能要求一致，但最低的高度限制了运动吊点的上升高度。由于受拉力角度的限制，上升高度还要留有一定的裕量。滑轮吊点安装确定后，吊点相对于原点的坐标必须测量准确。

4.空间飞行轨迹

3D空间飞行的运行轨迹的设置有两种方案，包括空间轨迹函数方程法设置方案和空间手绘法设置方案。

4.1.1空间轨迹函数方程法设置方案

空间轨迹函数方程设置方案是传统的设置方案，是在平面上或空间中取定了坐标系之后，平面或空间就与有序实数组（x，y）或（x，y，z）建立了一一对应的关系。在此基础上，进一步建立作为点的轨迹的曲线与其方程之间的联系，把研究曲线的几何问题，归结为研究其方程的代数问题，从而为用代数的方法对一些曲线进行研究应用于空间轨迹的运行。

一般用于舞台演出的运行轨迹，可通过空间直线、圆弧、同心圆、椭圆等之间很有限的几个标准元素的连接，组成表演的空间运行轨迹。实际上，舞台表演要求的空间轨迹并不要求精确，运行的轨迹过后是不留痕迹的，大空间的轨迹运行的曲线轨迹不需要完美，观众是看不出来的。导演在排练创意空间运行轨迹的表演是不注重圆弧是否精确，更在乎空间运行轨迹的变化，甚至希望随心所欲以及运行曲线的多样、简便和快速的设置。

以上的空间运行轨迹设置比较复杂，也不能满足任意变化的曲线设置要求，因此，一种以手绘方式设置空间运行轨迹的方式满足了导演的要求。

4.2空间轨迹的手绘法设置方案-

手绘的创意是在触摸屏上通过人的手指或触摸笔徒手在x（表演空间正面宽度）一Y（表演空间纵深）平面坐标系上绘制水平投影曲线，并在z（表演空间高度）W（沿水平曲线展开的长度）立面坐标系上绘制垂直高度曲线，进而经软件合成3D空间曲线，实时显示在X-Y-Z（3D）坐标系上。

4.2.1水平面曲线手绘的方法

在X-Y平面坐标系上徒手绘制目标空间曲线在水平面的投影形成的水平面曲线，x为横坐标，即表演空间正面的宽度，Y为纵坐标，即表演空间的深度。已绘制完成的水平曲线系统将自动生成离散节点，并实时在3D坐标系中自动生成显示O高度的水平面曲线，见图3。

4.2.2垂直面曲线手绘的方法

垂直面曲线有两种设定方法，一种是在Z-W立面坐标系上徒手绘制水平曲线展开的线的高度值曲线，形成垂直面曲线。z为纵坐标，即表演空间高度；w为横坐标，即沿已设定的水平曲线展开的长度。手绘的垂直高度将自动在3D坐标系中实时将已绘制完成的水平面曲线从O高度拉至设定位置，见图4。

另一种方法不是通过手绘，而是通过屏幕上设置的推拉杆或外部直线电位器手控操作设定高度，通过动点以设定的速度在O高度水平曲线从起点到终点在3D坐标系中移动，动点的移动实时将已绘制完成的水平面曲线从O高度拉至手控即时设定的位置，速度快慢可设定，手动实时高度值将被记忆，见图5。

4.2.3运行速度曲线手绘的方法

速度曲线有两种设定方法，一种是在U-W坐标系上徒手绘制目标速度曲线。u为纵坐标，即运行速度；w为横坐标，即沿已设定的水平曲线展开的长度。

另一种方法是通过屏幕上设置的推拉杆或外部直线电位器手控操作速度设定，通过动点在3D坐标系中以时间轴实时将已绘制完成的空间曲线从起点位置向终点位置按即时手控速度移动手动实时速度值将被记忆，见图6。

4.2.4四维（×、Y、z、u）动态空间曲线的合成（4D）

水平面曲线与垂直面曲线可合成为3D的静止空间曲线，随着速度值的加入，在X-Y-Z（3D）立体坐标系中可合成为4D的动态空间曲线，见图7。

4.2.5离线仿真功能

手绘的空间曲线可以在3D坐标系上作离线仿真，手绘的带有采样点的空间曲线的运行速度可以预先设置，也可以实时操控。系统软件自动计算生成运行所需时间，也可以实时手控，手控通过屏幕上设置的推拉杆或外部直线电位器手动操作。离线仿真的另一种方式，是在3D坐标系上只显示水平面曲线，垂直曲线的实时高度值可以通过屏幕上设置的高度推拉杆或外部直线电位器手动操作。

离线仿真时，手绘的曲线为绿色，仿真运行时的曲线为红色。仿真启动后，红色曲线按设定的速度曲线或手动实时速度值运行，红色曲线在运行中逐步覆盖绿色曲线，覆盖重合度为检验运行与设定曲线的偏差度。3D坐标系下端设有实时动态时间码和实时3D坐标，仿真运行时动态时间码进行累加计数。

4.2.6在线运行检验功能

启动控制系统设备，使设备初始化，吊点运行至原始位即O位，计算机将检测点编码组序列下载至数控飞行表演装置吊点运行。实际吊点运行的检测数据（吊点位置）将实时传送至计算机，并在3D坐标系上实时显示实际吊点运行的空间轨迹。红色轨迹在实时运行中逐步覆盖绿色曲线，覆盖重合度为检验运行与设定曲线的偏差度。

4.2.7特定空间曲线软件包功能

特定空间曲线是按需求编制的几种常用的空间曲线，不需绘制，只需调用软件包编号，经相关参数设置及可完成复杂的编制过程，省时快速，运行准确。

（1）水平圆垂直正向/反向旋转曲线软件包，见图8。

（2）垂直圆水平正向/反向旋转曲线软件包，将图9。

（3）水平圆垂直螺旋上升/下降曲线软件包，见图10。

（4）水平正/负宝塔圆垂直螺旋上升/下降曲线软件包，见图11。

5.结语

3D四轴数控飞行表演系统主要用于载人飞行表演，对载人飞行的表演有以下四点要求：

（1）对演员飞行过程中的安全性的要求：对安全的要求历来都是首位的，尤其是人身的安全更为重要，在系统安全设计及设备选型配置上要高度重视。