纖維纏繞路徑規劃的案例
39基于matlab的全局路徑規劃算法中的快速擴展隨機樹RRT路徑規劃算法及其改進方法RRT Sta ￥25.9
基于matlab的全局路徑規劃算法中的快速擴展隨機樹RRT路徑規劃算法及其改進方法RRT Star、RRT_Conncet是一種具有狀態約束的非線性系統生成開環軌跡的技術，相比于其他算法可以輕松處理障礙物的問題。程序中的各參數已進行詳細說明，起點坐標，終點坐標，步長，迭代數等均可根據需求進行更改，程序已調通。
路徑規劃算法總結
基于滾動窗口的路徑規劃算法依靠實時探測到的局部環境信息，以滾動方式進行在線規劃。在滾動的每一步，根據探測到的局部信息，用啟發式方法生成優化子目標，在當前滾動窗口內進行局部路徑規劃，然后實施當前策略(依局部規劃路徑移動一步)，隨滾動窗口推進，不斷取得新的環境信息，從而在滾動中實現優化與反饋的結合。由于規劃問題壓縮到滾動窗口內，與全局規劃相比其計算量大大下降。
基于滾動窗口的路徑規劃算法的具體步驟如下：
步驟0：對起點、終點、工作環境、機器人的視野半徑、步長進行初始化；
步驟1：如果終點到達，規劃中止；
步驟2：對當前滾動窗口內的環境信息進行刷新；
步驟3：產生局部子目標；
步驟4：根據子目標及已知環境信息，在當前滾動窗口內規劃一條優化的局部可行路徑；
步驟5：依規劃的局部路徑行進一步，步長小于視野半徑；
步驟6：返回步驟1。
2.3.2 滾動在線RRT算法流程
在一個滾動窗口內，隨機樹以當前位置為起始點，構建傳感器范圍內的隨機樹。構建方法與基本RRT算法一致。為了使全局環境中隨機樹具有向目標方向生長的趨勢，在運動規劃時引入啟發信息，減少隨機樹的隨機性，提高搜索效率。
令 代表隨機樹中兩個位姿節點間的路徑代價， 代表隨機樹中兩個位姿節點間的歐幾里德距離。類似于A*算法，本算法為隨機樹中每個節點定義一個估價函數： 。其中 是隨機節點 到樹中節點 所需的路徑代價。 為啟發估價函數，這里取隨機節點 到目標點 的距離為估價值， 。因此 表示從節點 經隨機節點 到目標節點 的路徑估計值。遍歷滾動窗口內隨機樹T，取估價函數最小值的節點 ，有 。
展開 詳解路徑規劃算法
滾動規劃算法的基本原理：
環境信息預測：在滾動的每一步，機器人根據探測到的視野內的信息、或所有已知的環境信息，建立環境模型，包括設置已知區域內的節點類型信息等；
局部滾動優化：將上述環境信息模型看成一個優化的窗口，在此基礎上，根據目標點的位置和特定的優化策略計算出下一步的最優子目標，然后根據子目標和環境信息模型，選擇局部規劃算法，確定向子目標行進的局部路徑，并實施當前策略，即依所規劃的局部路徑行進若干步，窗口相應向前滾動；
反饋信息校正：根據局部最優路徑，驅動機器人行走一段路徑后，機器人會探測到新的未知信息，此時可以根據機器人在行走過程探測到的新信息補充或校正原來的環境模型，用于滾動后下一步的局部規劃。
其中，局部子目標是在滾動窗口中尋找一個全局目標的映射，它必須避開障礙物，且滿足某種優化指標。子目標的選擇方法反映了全局優化的要求與局部有限信息約束的折衷，是在給定信息環境下企圖實現全局優化的自然選擇。
基于滾動窗口的路徑規劃算法依靠實時探測到的局部環境信息，以滾動方式進行在線規劃。在滾動的每一步，根據探測到的局部信息，用啟發式方法生成優化子目標，在當前滾動窗口內進行局部路徑規劃，然后實施當前策略(依局部規劃路徑移動一步)，隨滾動窗口推進，不斷取得新的環境信息，從而在滾動中實現優化與反饋的結合。由于規劃問題壓縮到滾動窗口內，與全局規劃相比其計算量大大下降。
展開 無人駕駛汽車局部路徑規劃算法研究
以上基于離散優化的局部路徑規劃算法在規劃時需要進行坐標轉換，常規轉換方法存在積分等復雜運算，實時性有待進一步提高。
針對以上不足，本文中提出了一種基于離散優化的無人駕駛汽車局部路徑規劃算法，設計了一種基于運動估計結合高斯卷積的移動障礙安全性代價函數，并結合靜止障礙安全性代價函數，使無人駕駛車輛可以完成對靜止和移動障礙的規避；使用了一種新的坐標轉換計算方法，將路徑從規劃時使用的s-ρ坐標系轉換到大地笛卡爾坐標系，提高了實時性。最后仿真和實驗結果表明，提出的規劃算法規劃的路徑不僅能滿足避障要求，且運動軌跡平滑，車輛跟蹤路徑時側向加速度在合理范圍內，穩定性良好，實時性滿足無人車對局部路徑規劃算法的要求。
1 局部路徑規劃算法
局部路徑規劃是在已知全局路徑的基礎上進行的，全局路徑由高精度地圖提供。算法的流程如下：首先，使用三次樣條曲線對全局路徑進行弧長參數化擬合；然后，利用全局路徑上的弧長s和距離全局路徑的橫向偏移量ρ建立s-ρ坐標系，并規劃出一系列的平滑曲線，即候選路徑，再將其從s-ρ坐標系轉換到大地笛卡爾坐標系中以便于后續的路徑跟隨控制；最后，采用多目標代價函數從候選路徑中選擇出最優路徑。
1.1 全局路徑基準線的擬合
全局路徑由一系列離散的點序列組成，作為局部路徑規劃的基準線。考慮到三次樣條曲線的1階和2階導數具有連續性的優點，本研究使用三次樣條曲線來擬合全局路徑，即
式中：s為車輛當前位置距離基準線的最近點所在基準線上的弧長；si為該弧長所在的第i個路徑片段的起點；x0和y0為基準線的點在大地笛卡爾坐標系的x，y坐標；axi、bxi、cxi、dxi、ayi、byi、cyi和 dyi為基準線擬合的樣條曲線的參數。
如圖1所示，基準線在擬合時會被分成很多小段，其中每一段路徑片段都可以由式（1）表示。
展開 
算法解析：自動駕駛實時路徑規劃
作者 |
Pirate Jack
來源 |
Vehicle
導讀：本節主要介紹在自動道路駕駛領域現有研究中使用的規劃技術。給定一條由路線規劃（導航）提供的路線，在道路上行駛的運動規劃（以下簡稱規劃）主要是在考慮車輛運動模型、車輛應遵循的航路點和交通環境的約束條件下，包括靜態障礙物和動態障礙物，尋找車輛行駛的最佳路徑。
簡介
規劃可以分為增量方法，即通過重復使用以前搜索的信息來尋找狀態轉換的最佳順序（從一開始就沒有完全指定），以及試圖為車輛找到最佳單狀態轉換的本地方法。全局或局部路徑也與車輛執行的決策或操縱有很強的相關性，因此也將討論操縱規劃。如下圖所示，路徑搜索在從路線規劃器中選擇路線后啟動，并作為搜索最佳操縱的輸入（即使車輛具有最正確和安全行為的操縱）。然而，最終路徑可能會根據最佳操縱而改變，如這兩個模塊之間的反饋回路所示。一旦路徑最終確定，就生成了最終的軌跡規劃。
因此，自動駕駛路徑規劃分為三個層次：
（1） 找到車輛要遵循的最佳幾何路徑
a 通過增量采樣或離散幾何結構（即增量搜索）找到最佳的動作序列。
b 從多個最終狀態中找到最佳操作（即局部搜索）。
（2） 找到最佳的動作執行。
展開 基于Swarm的城市無人機4D路徑規劃
二、相關工作
無人機路徑規劃問題受到了廣泛的關注，引入了四旋翼機、太陽能UAV和傾轉旋翼機等多種UAV在城市環境中執行不同的任務。根據路徑規劃的復雜性,可以有兩類,即為一個UAV和路徑規劃協調路徑規劃為多個UAV和另一方面,路徑規劃可以進行基于需求在連續和離散空間的具體問題。上述問題與工作密切相關，下文將討論最新進展。
在單個UAV的路徑規劃問題中，有時需要同時生成多個路徑作為可選方案。多路徑規劃問題主要由群算法和進化算法來解決，因為這些算法可以在子種群的思想下并行運行。很多文獻都關注這個問題，通常通過計算不同個體之間的距離來初始化亞種群。兩個距離最小的個體被認為在同一個亞種群中，重復上述過程，直到亞種群數量達到指定的值。對待亞群體有兩種方式，即亞群體的作用相同或不同。在Ref.中，使用K-means聚類方法將整個種群劃分為ksubpopulation。在每個子種群中，質量較差的解決方案將被拋棄。然后引入小生境的思想，在它們自己的亞種群中進行搜索，從而一次生成k條路徑。
目前對多用戶群體路徑規劃的研究主要集中在連續空間的情況下，分布式路徑規劃方法受到了廣泛的關注。為了平衡多目標優化和搶占優先級的要求，采用模糊滿意優化方法求解具有搶占優先級的多目標模型。在多UAV路徑規劃問題中，經常將后退水平控制和分布式模型預測控制相結合，每個UAV可以根據僅與自身相關的約束來決定自己的行動。
展開 242 基于matlab的3D路徑規劃 ￥29.9
基于matlab的3D路徑規劃，蟻群算法（ACO）和天牛須（BAS）以及兩種結合的三種優化方式，對3D路徑規劃的最短路徑進行尋優。程序已調通，可直接運行。
我國纖維纏繞技術發展簡史分享
引言
纖維纏繞技術是將浸過樹脂膠液的連續纖維或布帶，按照一定規律纏繞到芯模上，然后固化、脫模獲得制品的工藝過程。根據纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術領域。
我國的纖維纏繞技術歷經半個多世紀的發展，從無到有、從小到大，伴隨著我國航空航天和國防事業的發展而不斷壯大。
2. 纖維纏繞技術的誕生
20世紀60年代初，根據國家軍工配套和國民經濟發展需要,哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司（原哈爾濱玻璃鋼研究所）、北京玻鋼院復合材料有限公司（原北京251廠）分別開展了纖維纏繞技術的研究。
哈爾濱玻璃鋼研究院于1964年提出螺旋纖維纏繞基本規律（即切點法），并給出了這一規律的數學表達式，即纏繞速比計算；在國內首次提出封頭曲面上的纖維軌跡位于一個平面內，順利解決了封頭曲面纖維纏繞中心角的計算問題，為纏繞機的設計和工藝設計提供了理論依據，依據這個規律，哈玻院設計制造了機械式纏繞機，如圖1所示。利用這些設備,研制出若干類型壓力容器,實現了我國纖維纏繞工藝的機械化。同時，在纏繞制品的結構設計、原材料選擇及防滲內襯等工藝技術關鍵問題方面都取得了突破性進展。北京玻鋼院復合材料有限公司1964年實現了標準線（當時稱“北極星纏繞”）纏繞（即標準線法），歸納總結出纏繞規律的通用公式，建立了測地線纏繞規律運動方程，描述了一個線型中各量之間的關系。
到1965年，我國已完全掌握了螺旋纏繞的基本規律，實現了全機械化螺旋纏繞。中國纖維纏繞技術于20世紀60年代初正式誕生。
圖1 哈玻院研制的纏繞機
3. 纖維纏繞技術的發展
在20世紀70年代至90年代末的20多年間，我國對纖維纏繞技術進行了全面研究。
展開 纖維纏繞復合材料高壓氣瓶設計
技術條件輸入: 1)確定壓力容器的尺寸;2)確定工作壓力;3) 確定爆破壓力; 4)確定使用年限;5)確定內襯類型:鋁合金，塑 料;6)確定封頭極孔直徑;7)確定纖維類型:碳纖維，芳綸纖維, 玻璃纖維; 8)確定樹脂類型及含量;9)確定纏繞紗片寬度;以及其 他相關技術要求。 設計內容:1)進行封頭、容器強度及金屬接嘴的強度設計;2) 在滿足強度的前提下，以質量最輕為目標，進行優化設計;3)采用計 算機模擬氣瓶的承壓性能; 4)其他你認為有益的設計內容。
241 基于matlab的Dijkstra算法進行路徑規劃 ￥19.89
基于matlab的Dijkstra算法進行路徑規劃。可根據實際情況輸入障礙物和起止點坐標信息； 輸出避碰最短路徑； 能夠利用切線圖算法對障礙物區域進行環境建模，設置障礙物的位置和區域。利用Dijkstra算法進行路徑規劃。程序已調通，可直接運行。
281 基于matlab的路徑規劃GUI交互
基于matlab的路徑規劃GUI交互。包括蟻量系統、蟻周系統、蟻密系統、蟻群系統、免疫混合算法。11種路徑規劃數據，最多225個規劃點。蟻群和免疫算法的參數可進行設置，使得效果最佳。動態顯示可視化規劃結果。程序已調通，可直接運行。
歐洲CCUS技術發展現狀及對我國的啟示/發展現狀/路徑規劃
孫亮基于數學規劃 和優化高級建模系統（GAMS）的 CCUS 源匯匹配 動態規劃模型研究了CO2捕集與封存累計量的管網 建設與成本問題。結果表明，與靜態規劃相比，動 態規劃下的運輸管網更加成熟，管網的連通性增 強，運輸能力得到提高。該模型可有效確定 CO2 捕 集與封存位置及相應量值、運輸管道拓撲結構及管 徑。管道單位運輸成本跟 CO2運輸量及 CO2 管網規 模密切相關，CO2 捕集規模、排放源位置、CO2 封存場地位置等因素對管道運輸成本都有顯著影 響。根據統計結果，在大規模運輸（3 000 萬 t/a） 條件下，歐洲管網的運輸成本約為 1.40 美元/t；在小容量運輸（300 萬 t/a）條件下，歐洲管網的運 輸成本約為 11.74 美元/t。我國 CO2 管道運輸的 成本和歐洲類似。京津冀地區 CO2 捕集量在 0~ 1.8 億 t/a 變化時，源匯匹配單位總成本約為 181~ 260 元/t（折合成 25.59~36.76 美元/t）。當 CO2捕集 量為 4.6 億 t/a 時，管道的單位 CO2 運輸成本約為 89 元/t（折合成 12.58 美元/t）。當 CO2 捕集封存量 在 2.88 億~28.86 億 t/a 變化時，單位 CO2 運輸成本 降至 7~12 元/t（折合成 0.99~1.70 美元/t）。
展開 基于隱形飛機噴氣式發動機雙S彎噴管的纖維纏繞工藝
因此，為了用傳統的纖維纏繞工藝均勻地包裹非軸對稱形狀的外部，必須提前通過CAD/CAM工藝設計仿真工具創建準確的纖維放置和纏繞軌跡。
通過纖維纏繞工藝制造飛機零件
在本案例研究中，為了了解發動機排氣噴嘴形狀的可成型性，僅使用碳纖維進行干式纏繞過程，并且需要最佳纏繞模式和角度設置以防止纖維在附近滑動。通過商業纖維纏繞模擬工具來執行非軸對稱形狀的成功纖維纏繞工藝的優化工藝條件。
非軸對稱繞組仿真的關鍵策略
Cadfil 有幾種不同的纏繞非標準幾何形狀的設計策略。因為這個組件主要是一個復雜的管道（可變截面的多彎曲管），所以使用了一種基于使用相對于彎曲脊柱生成的螺旋路徑的方法。這類似于相對于軸線為直線的普通圓管的軸線纏繞螺旋線。下面簡要總結了在Cadfil中創建蜿蜒路徑的過程。
圖2 使用Cadfil軟件設計雙S彎噴管
首先，在CAD中，零件必須按照將要呈現給纏繞機的方向進行定向，以便零件的X軸是心軸旋轉軸。第二步是創建纏繞曲線。圖2顯示了零件幾何形狀和幾條纏繞曲線。紅色曲線是最初的設計，藍色曲線是一個小的修改，允許在大直徑端稍微更大的纏繞范圍。心軸表面幾何圖形通過FEA或3D打印格式從CAD導出為三角網格。Cadfil支持多種標準數據格式。曲線幾何圖形作為標準STEP數據導出，是由直線、圓弧或復雜樣條曲線組成的完全通用的復合曲線。
下一步是一個用戶對話框，用于為蜿蜒的路徑創建一組數據參數。參數包括曲面幾何文件、步進文件和選取的曲線、要使用的纏繞曲線的范圍（修剪）、起始的初始方向以及纏繞的螺距。
間距實際上是圍繞零件的路徑每旋轉一次沿脊椎行進的距離。創建路徑后，Cadfil軟件計算路徑的摩擦（防滑）要求，以便用戶檢查它是否在可接受的范圍內。可以創建一組路徑并將其組合成一個繞組層，并且可以組合多組繞組層以形成一個完整的組件繞組。
展開 我國纖維纏繞技術發展簡史分享
引言
纖維纏繞技術是將浸過樹脂膠液的連續纖維或布帶，按照一定規律纏繞到芯模上，然后固化、脫模獲得制品的工藝過程。根據纖維纏繞成型時樹脂基體的物理化學狀態不同，分為干法纏繞、濕法纏繞和半干法纏繞三種。三種纏繞方法中，以濕法纏繞應用最為普遍；干法纏繞僅用于高性能、高精度的尖端技術領域。
我國的纖維纏繞技術歷經半個多世紀的發展，從無到有、從小到大，伴隨著我國航空航天和國防事業的發展而不斷壯大。
2. 纖維纏繞技術的誕生
20世紀60年代初，根據國家軍工配套和國民經濟發展需要,哈爾濱玻璃鋼研究院有限公司（原哈爾濱玻璃鋼研究所）、北京玻鋼院復合材料有限公司（原北京251廠）分別開展了纖維纏繞技術的研究。
哈爾濱玻璃鋼研究院于1964年提出螺旋纖維纏繞基本規律（即切點法），并給出了這一規律的數學表達式，即纏繞速比計算；在國內首次提出封頭曲面上的纖維軌跡位于一個平面內，順利解決了封頭曲面纖維纏繞中心角的計算問題，為纏繞機的設計和工藝設計提供了理論依據，依據這個規律，哈玻院設計制造了機械式纏繞機，如圖1所示。利用這些設備,研制出若干類型壓力容器,實現了我國纖維纏繞工藝的機械化。同時，在纏繞制品的結構設計、原材料選擇及防滲內襯等工藝技術關鍵問題方面都取得了突破性進展。北京玻鋼院復合材料有限公司1964年實現了標準線（當時稱“北極星纏繞”）纏繞（即標準線法），歸納總結出纏繞規律的通用公式，建立了測地線纏繞規律運動方程，描述了一個線型中各量之間的關系。
到1965年，我國已完全掌握了螺旋纏繞的基本規律，實現了全機械化螺旋纏繞。中國纖維纏繞技術于20世紀60年代初正式誕生。
圖1 哈玻院研制的纏繞機
3. 纖維纏繞技術的發展
在20世紀70年代至90年代末的20多年間，我國對纖維纏繞技術進行了全面研究。
展開 Abaqus/WCM纖維纏繞壓力容器建模案例
Abaqus /WCM模塊用于三維纏繞復合材料壓力容器建模，可以準確預測纖維纏繞壓力容器的性能。三維壓力容器模型包括：內襯和纏繞層，如下圖所示。
1.內襯建模，可以通過其它軟件導入，也可以直接在Abaqus中建模。下圖是通過Abaqus直接建模。
2.將內襯導入WCM中
3.纏繞層在WCM中建模
4.在WCM模塊中對三維模型劃分網格，并生成材料特征。
上圖為模型的材料屬性顯示圖，WCM模塊自動根據不同的纏繞角度，給單元賦予不同的材料特征。
來源：有限元在線的博客，版權歸作者所有。
