Model-Based Nonrigid Motion Analysis Using Natural Feature Adaptive Mesh

Model-Based Nonrigid Motion Analysis Using Natural Feature Adaptive Mesh
Model-Based Nonrigid Motion Analysis Using Natural Feature Adaptive Mesh

Model-Based Nonrigid Motion Analysis Using Natural Feature Adaptive Mesh

Yong Zhang,Dmitry B.Goldgof and Sudeep Sarkar Department of Computer Science&Engineering

University of South Florida

Tampa,FL33620

zhang,or goldgof,or sarkar@https://www.360docs.net/doc/5115210734.html,

Leonid V.Tsap

Center for Applied Scienti?c Computing Lawrence Livermore National Laboratory Livermore,CA94551

tsap1@https://www.360docs.net/doc/5115210734.html,

Abstract

The success of nonrigid motion analysis using physical ?nite element model is dependent on the mesh that charac-terizes the object’s geometric structure.We suggest a de-formable mesh adapted to the natural features of images. The adaptive mesh requires much fewer number of nodes than the?xed mesh which was used in our previous work. We demonstrate the higher ef?ciency of the adaptive mesh in the context of estimating burn scar elasticity relative to nor-mal skin elasticity using the observed2D image sequence. Our results show that the scar assessment method based on the physical model using natural feature adaptive mesh can be applied to images which do not have arti?cial markers. 1Introduction

During the past two decades,the study on nonrigid motion has evolved following the vein of adding more constraints on various motion estimation methods[1][3]. Methods without an object model impose minimum con-straints on the tracking process,but require ef?cient search and comparison throughout the entire image.By adding kinematic continuity constraints on the object in terms of shape functions,the lumped-parameter model can predict the object’s motion in next frame,and thus greatly reduces the tracking complexity.The physical model adds an ex-tra material constraint on the motion computation through the constitutive law[5][8].Therefore,the prediction is more accurate and physically sound.The numerical physi-cal model is built by discretizing governing equations over a mesh that covers the object.Mesh serves not only as a computational unit,but also as an implicit topological con-straint on the motion,which is very valuable for tracking the elastic body.The meshing schemes used in computer vision research can be classi?ed based on the following criteria:

(1)mesh structure(triangle vs.quadrilateral)

(2)mesh coordinate(image plane vs.scene coordinate)

(3)mesh ROI(whole image domain vs.speci?c object)

(4)mesh control(feature-?rst vs.mesh-?rst)

The quadrilateral mesh is superior to the triangle mesh in terms of its stability performance in the nonlinear sys-tem.But in nonrigid motion analysis,unstructured triangle mesh is far more appealing due to its computational ef?-ciency and?exibility in handling complex geometry.Mesh can be constructed either in the image plane or in the scene coordinates.The primary usage of the image mesh is assist-ing in the apparent motion estimation and video compen-sation[11].The scene mesh is commonly used to build a numerical physical model,and usually covers only the iso-lated object of interest.Either the feature-?rst scheme or the mesh-?rst scheme can be used to generate a mesh that is adaptive to the image content,which may or may not have arti?cial markers.

This work is a further advancement of the previous in-vestigations on?nding an objective method for burn scar assessment[9].Our previous work was carried out on im-ages attached with arti?cial markers and the?xed mesh.By constructing a mesh adaptive to natural features,we extend the applicability of the method to images without arti?cial markers,and also increase the computational ef?ciency.

2Model Based Object Reconstruction In the framework of the model-based object reconstruc-tion,three stages are involved:(1)model construction,(2) model calibration and(3)model prediction(Figure1).Var-ious types of object’s attributes can be estimated in three stages:structure,motion and material properties.

Two important steps in building a numerical model are to generate an accurate mesh and to determine the appro-priate boundary conditions,In this study,we emphasize on generating an adaptive mesh using the feature-?rst scheme.

Figure1.Illustration of the physical model-based

object reconstruction.

Before a model can be used for making predictions,it must be calibrated against the observations to adjust its pa-rameters.In this way,model-based object reconstruction problems will be eventually transformed into parameter es-timation problems,which are often ill-posed in Hadamard sense[2].Therefore,a priori knowledge is needed to over-come the ill-posedness.

Using a calibrated lumped-parameter model,

,the object’s position can be computed from the past motion trajectory.Therefore, it re?ects the object’s kinematic continuity.As an excitation driven system,the calibrated physical model makes predic-tions as a response to external forces.The prediction re?ects the continuity of the object’s dynamic status.We used tran-sient elastic model,,to compute displacement vector as a result of repeated force inputs ,or inertial motion driven by mass matrix M.The so-lution was constrained by stiffness matrix K and damping matrix D.We also utilized the kinematic data to specify the Dirichlet condition of the physical model.Hence,the phys-ical model and the lumped-parameter model were used to track the nonrigid motion in a cooperative way.3Model Construction:Adaptive Mesh Natural Feature Points Selection Feature points suitable for object representation and motion tracking can be found by computing eigenvalues of the22gradient ma-trix of a small feature window[6].A window possessing the relationship of will be considered as a candidate,where is a user speci?ed threshold value.

As shown in Figure2(a)and Figure3(a),most of the se-lected points captured the signi?cant features,such as natu-ral birthmarks and arti?cial markers.An ideal set of feature points for a deformable mesh should have a balanced dis-tribution on the object’s surface.We used another threshold d,the minimum distance between any two adjacent feature points,to control the feature distribution.The locally adap-tive assignment of and d also helped to generate a set of points with the desired quality.

Feature-First Meshing Scheme Two meshing schemes are frequently used in the computer vision research:the mesh-?rst and the feature-?rst.In the feature-?rst scheme, after features being extracted,the mesh can be constructed adaptively based on the feature distribution.The advantage of the feature-?rst scheme is that it is applicable to a large variety of images,particularly those with objects of com-plex shapes.The disadvantages are the sophisticated algo-rithms involved and the dependence of the mesh quality on the feature quality.

Given a set of randomly distributed feature points,var-ious triangle mesh can be produced by linking points fol-lowing certain selection and rejection rules.We used the Delaunay principle to generate the triangle mesh[7].In a Delaunay triangle mesh,no vertex will be allowed to sit in-side the circumscribing circle of any element.An algorithm obeying the Delaunay principle can yield a mesh adaptive to the original set of vertex.However,it does not necessar-ily guarantee a mesh with desired geometrical quality,and thus the re?nement must be performed to insert new nodes into the mesh.In this study,we allowed new nodes to be added in both2D image mesh and3D scene mesh.In the former case,the addition of new nodes was achieved during the feature extraction stage.The node addition in3D scene mesh was done in the postprocessing stage of mesh gener-ation as a quality assurance procedure.Figure2shows two mesh examples with and without the re?nement.

In addition to the geometrical consideration of mesh quality mentioned above,another strong motivation for the adaptive re?nement is to capture the dramatic change of modeling parameters in a small region where the severe deformation occurs.The re?nement process can be driven by minimizing the error function between two consecutive simulations of the physical model.In our experiment,new nodes were added at the boundary between the normal skin

(a)

(b)

(c)(d)

Figure 2.Triangle meshes generated using the feature-?rst scheme.(a)Intensity image (feature points cross-marked).(b)Range image.(c)Tri-angle mesh on the original point set.(d)Triangle mesh with new nodes

added.

(a)

(b)

(c)(d)

(e)(f)

Figure 3.The comparison of meshes using the feature-?rst and the mesh-?rst schemes.(a)In-tensity image (selected features are marked).(b)Range image.(c)Quadrilateral mesh.(d)Triangle mesh.(e)Recovered motion using quadrilateral mesh.(f)Recovered motion using triangle mesh.

and the burn scar,where elasticity showed signi?cant vari-ations and large simulation errors.

Mesh-First Meshing Scheme The mesh-?rst scheme has the advantage of being easy to implement.After a regu-lar mesh is de?ned (usually quadrilateral),a simple post-processing can be performed to reshape the mesh to match feature points.This scheme is useful for the image where objects can be tagged by the invasive or noninvasive mark-ers [4][10].The obvious drawback is that not all images can be attached with arti?cial markers.In addition,the ini-tial mesh can not be stretched to a degree that original mesh structure is destroyed,and thus no longer suitable for the nonrigid motion tracking.

Figure 3(c)shows an adaptive quadrilateral mesh after being adapted to the underlying feature points.The object in the image is an elastic bandage (with arti?cial markers)under stretching.Figure 3(d)shows a triangle mesh gen-erated using the feature-?rst scheme.Figure 3(e)and (f)show that physical models using the quadrilateral mesh and the triangle mesh produced similar results.However,for a large scale simulation,the computational burden caused by the large number of nodes in the quadrilateral mesh is a ma-jor concern (to catch a few scattered features,very dense mesh is needed at the expense of many empty nodes).

4.Model Calibration:Parameter Estimation

We explicitly coupled a physical model and an optimiza-tion package to take advantage of the fact that an ef?cient ?nite element model was already available and could be used with minor modi?cation.After being given the ini-tial guesses of the elasticity and the displacement at the boundary,the forward ?nite element model run within the optimization loops,during which the elasticity and the dis-placements were adjusted until the error between the sim-ulated displacements and the measured displacements (at the chosen internal nodes)was less than a prede?ned tol-erance.We also incorporated a priori knowledge into the optimization process to alleviate the ill-posedness,particu-larly the discontinuous dependence of the solution on the measured data,which is stated as the the third condition of ill-posedness [2].For example,the use of average elastic-ity of the human skin as an initial guess greatly reduced the search time for an optimal solution.

Frequently,the computed strain is used to show the vari-ation of the elastic property of the nonrigid object under deformation.This method is valid when the stress exerted on the object is approximately uniform.In Figure 4,the pulling force on the skin was roughly equal,and thus the computed strain map clearly revealed the difference of the elasticity between the normal skin and the burn scar.

(a)

(b)

(c)

(d)

Figure 4.Applications of the adaptive mesh in strain computation and skin property estimation.(a)-(b)The burned skin before/after pulling (fea-ture points are cross marked).(c)Triangle mesh by the feature-?rst scheme.(d)Computed strain.

5.Model Prediction:Motion Tracking

The calibrated physical model can be used in the non-rigid motion tracking because of its unique prediction ca-pability.Predicted displacements could be used in the fol-lowing ways:(1)as an upper bound for the displacement computed by other methods.(2)as a guideline of the search range for the correspondence in the next frame.

In Figure 5,we demonstrated how the nonrigid motion tracking can be improved by utilizing predictions from the physical model as a correction factor.Figure 5(a)repre-sents the frame at time ,and Figure 5(b)the frame at time

.We assumed that both the elasticity and boundary conditions had been calibrated using the information from previous frames.Dirichlet conditions were speci?ed at the boundary nodes to drive the model.The boundary nodes in-herited the old displacement values to make predictions in

the next frame,

,where stands for the displacement.An object experiencing smooth motion will likely to continue to evolve kinematically,even with-out further external force.Therefore,the above assignment of the boundary condition actually maintained the object’s kinematic continuity.But the motion at the internal nodes was constrained by the elasticity,and therefore predictions at those internal nodes re?ected the dynamic

continuity.

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)(f)

Figure 5.Model based nonrigid motion tracking.(a)The image at (before pulling).(b)The image at (after pulling).(c)The adaptive triangle mesh.(d)The measured displacements at internal nodes.(e)The initial guesses of displacements by the Hausdorff distance.(f)The ?nal displacements after correction by the physical model.

The initial guess of the object’s motion between frame and frame was estimated based on the Hausdorff dis-tance and was plotted in Figure 5(e).It is clear that only the rigid component exist.After being corrected by the predic-tion from the physical model,the displacement was almost completely recovered (see Table 1for the comparison of the recovered motion with the measured motion).It is worth noting that the physical model must be provided with the new displacements to keep the inertia updated (especially for long sequence tracking).Otherwise,the accumulation of small errors in the object’s dynamic status will make the further predictions invalid.

6.Conclusions

We have presented a frame work for physical model-based nonrigid motion analysis using the natural feature adaptive mesh.The Delaunay triangle mesh adapted to

(a)error

6.09 1.5

3.9810.2

5.09 5.2

5.02 2.3

3.298.8

3.70 6.2

5.71 4.5

4.02 4.5

5.34 2.4

4.69

5.1

Table1.The comparison of the measured and

recovered displacements(mm):(a)The measured

data.(b)The recovered data

the natural features can be constructed using the feature-?rst scheme.The use of the natural feature adaptive mesh provides the following advantages:(1)increasing the com-putation ef?ciency of the physical model in simulating the object of complex geometry and,(2)enabling the model to deal with images without arti?cial markers.We also addressed the issue of the model-guided nonrigid motion tracking in an image stream.Experiments using the human skin as the deformed object indicate that the quality of the nonrigid motion tracking can be improved by utilizing the predictive capability of a physical model.

7.Acknowledgments

This work was partially supported by Biomedical Engi-neering Research Grant from the Whitaker Foundation and Grant IRI-9619240from the National Science Foundation. This work was performed under the auspices of the U.S.De-partment of Energy by University of California Lawrence Livermore National Laboratory under the contract number W-7405-Eng-48.UCRL-JC-138649.

References

[1]J.K.Aggarwal,Q.Cai,W.Liao,and B.Sabata,“Nonrigid Motion

Analysis:Articulated and Elastic Motion”,Computer Vision and

Image Understanding,70(2),pp.142-156,1998.

[2]J.Hadamard,“Lectures on the Cauchy Problems in Linear Partial

Differential Equations”,Yale University Press,1923.

[3] C.Kambhamettu, D.B.Goldgof, D.Terzopoulos,and T.S.

Huang,“Nonrigid Notion Analysis”,Handbook of PRIP:Com-

puter Vision,V ol.2,1994.

[4]S.Kumar and D.Goldgof,“Automatic Tracking of SPAMM Grid

and the Estimation of Deformation Parameters from Cardiac MR

Images”,IEEE Engineering on Medical Imaging,13(1),pp.122-

132,1994.

[5] A.Pentland and B.Horowitz,“Recovery of nonrigid motion and

structures”,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine

Intelligence,13(7),pp.730-742,1991.

[6]J.Shi and C.Tomasi,“Good Features to Track”,IEEE Conference

on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR)Seattle,June 1994.

[7]S.W.Sloan,“A fast algorithm for constructing Delaunay trian-

gulation in a plane”,Advances in Engineering Software,9(1),pp.

34-55,1987.

[8] D.Terzopoulos and D.Metaxas,“Dynamic3D models with lo-

cal and global deformations:Deformable superquadrics”,IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,13(7), pp.703-714,1991.

[9]L.V.Tsap,D.B.Goldgof,S.Sarkar and P.Powers,“A vision-

based technique for objective assessment of burn scars”,IEEE Trans.on Med.Imag.,17(4)pp.620-6331998.

[10]L.Tsap,D.Goldgof and S.Sarkar,“Nonrigid Motion Analysis

Based on Dynamic Re?nement of Finite Element Models”,IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition(CVPR), pp.728-743,Santa Barbara,CA,June1998.

[11]Y.Wang and O.Lee,“Use of Two-dimensional Deformable

Mesh Structures for Video Coding,Part I-The Synthesis Prob-lem:Mesh-Based Function Approximation and Mapping”,IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology.,6(6), pp.636-646,1996.

机构运动创新设计..

课程设计报告 学生姓名:________________ 学号:_________________ 学院: ______________________________________________ 班级: ______________________________________________ 题目: _______________ 机构运动创新设计______________

2015年1月5日 目录 、概述................................. 1 .....................................................

一、概述: 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步,机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行,一般比较复杂的机构都有多个方案,需要制作模型来试验和验证,多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型,组装调整机构尺寸等功能,能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案,较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况二、课程设计目的: 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力,加强学生的工程实践背景的训练,拓宽学生的知识面,培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2 、通过机构的拼接,在培养工程实践动手能力的同时,要求学生在拼装一个已有模型之外,自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解,通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题,促进学生理论联系实际,学以致用;锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3 、加深学生对连杆机构组成原理的认识,进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容: 实验设备和工具 CQJP-D 机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台,包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具(扳手、螺丝刀)。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等;运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零,且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构(可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等)进行拼装,计算分析其自由度后,输入动力源进行 机构运行。实验内容与步骤

槽轮机构运动学仿真

湖南农业大学工学院 课程设计说明书 课程名称:机械CAD/CAM课程设计 题目名称:槽轮机构运动学仿真 班级:20 11 级机制专业四班 姓名: 学号: 指导教师: 评定成绩: 教师评语: 指导老师签名: 20 年月日

目录 摘要 (1) 关键词 (1) 1 槽轮机构的结构组成和工作原理 (1) 2 零件三维实体模型建立的方法 (1) 2.1 主动转盘三维实体模型建立的方法 (1) 2.2 从动槽轮三维实体模型建立的方法 (3) 2.3 其他零件三维实体模型建立的方法 (4) 3 装配模型建立的方法和步骤 (6) 4 建立装配模型的运动仿真 (9) 5 装配模型的运动仿真分析 (13) 6 装配模型的运动仿真分析结论 (15) 7 装配模型图集 (16) 7.1 总成图 (16) 7.2 爆炸图 (16) 7.3 零件图 (17) 7.4 主动转盘工程图 (18) 8 总结 (19) 参考文献.......................................... (19)

槽轮机构运动学仿真 学生: (工学院,11-机制4班,学号) 摘要:槽轮机构是将主动拨盘的连续转动转化为从动槽轮的间歇转动,以达到间歇进给、转位和分度等工作要求。运用Pro/E软件对槽轮机构进行三维实体建模及装配,并运用模块进行运动仿真分析,得出机构的角速度、角加速度随时间变化的曲线。 关键词:槽轮机构;间歇运动;运动仿真 1、槽轮机构的结构组成和工作原理 槽轮机构由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构,又称马尔他机构。它常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。槽轮机构有外啮合和内啮合以及球面槽轮等。外啮合槽轮机构的槽轮和转臂转向相反,而内啮合则相同,球面槽轮可在两相交轴之间进行间歇传动。槽轮机构典型结构由主动转盘、从动槽轮和机架组成。 2、零件三维实体模型建立的方法 2.1、主动转盘三维实体模型建立的方法 ②选择模板

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江西省南昌市2015-2016学年度第一学期期末试卷 (江西师大附中使用)高三理科数学分析 一、整体解读 试卷紧扣教材和考试说明,从考生熟悉的基础知识入手,多角度、多层次地考查了学生的数学理性思维能力及对数学本质的理解能力,立足基础,先易后难,难易适中,强调应用,不偏不怪,达到了“考基础、考能力、考素质”的目标。试卷所涉及的知识内容都在考试大纲的范围内,几乎覆盖了高中所学知识的全部重要内容,体现了“重点知识重点考查”的原则。 1.回归教材,注重基础 试卷遵循了考查基础知识为主体的原则,尤其是考试说明中的大部分知识点均有涉及,其中应用题与抗战胜利70周年为背景,把爱国主义教育渗透到试题当中,使学生感受到了数学的育才价值,所有这些题目的设计都回归教材和中学教学实际,操作性强。 2.适当设置题目难度与区分度 选择题第12题和填空题第16题以及解答题的第21题,都是综合性问题,难度较大,学生不仅要有较强的分析问题和解决问题的能力,以及扎实深厚的数学基本功,而且还要掌握必须的数学思想与方法,否则在有限的时间内,很难完成。 3.布局合理,考查全面,着重数学方法和数学思想的考察 在选择题,填空题,解答题和三选一问题中,试卷均对高中数学中的重点内容进行了反复考查。包括函数,三角函数,数列、立体几何、概率统计、解析几何、导数等几大版块问题。这些问题都是以知识为载体,立意于能力,让数学思想方法和数学思维方式贯穿于整个试题的解答过程之中。 二、亮点试题分析 1.【试卷原题】11.已知,,A B C 是单位圆上互不相同的三点,且满足AB AC → → =,则A BA C →→ ?的最小值为( ) A .1 4- B .12- C .34- D .1-

机构运动创新设计..

课程设计报告 学生姓名:学号: 学院: 班级: 题目: 机构运动创新设计 指导教师:苏天一 2015 年 1 月5日

目录 一、概述 1 二、课程设计目的 1 三、课程设计要求和内容 1 四、原始数据及技术参数 2 五、设计原理及设备 2 六、机构自由度计算 5 七、机构动力分析与计算 7 八、机构运动分析与计算 9 十、参考文献 12

一、概述: 机构运动方案创新设计是各类复杂机械设计中决定性的一步,机构的设计选型一般先通过作图和计算来进行,一般比较复杂的机构都有多个方案,需要制作模型来试验和验证,多次改进后才能得到最佳的方案和参数。本实验所用搭接试验台能够任意选择平面机构类型,组装调整机构尺寸等功能,能够比较直观、方便的搭接、验证、调试、改进、确定设计方案,较好地改善了在校学生对平面机构的学习和设计一般只停留在理论设计“纸上谈兵”的状况 二、课程设计目的: 1、培养学生对连杆机构的理解掌握与创新设计能力,加强学生的工程实践背景的训练,拓宽学生的知识面,培养学生的创新意识、综合设计及工程实践动手能力。 2、通过机构的拼接,在培养工程实践动手能力的同时,要求学生在拼装一个已有模型之外,自己通过对现实生产和生活中的连杆机构机械产品的观察和理解,通过试验台设备进行拼装和仿真。通过解决实际问题,促进学生理论联系实际,学以致用;锻炼学生独立思考能力和动手能力。 3、加深学生对连杆机构组成原理的认识,进一步掌握连杆机构的创新设计方法。 4、学习机构运动简图的测绘与自由度的计算。 三、课程设计要求和内容: 实验设备和工具 CQJP-D机构运动创新设计方案拼装及仿真实验台,包括组成机构的各种运动副、构件、动力源及一套实验工具(扳手、螺丝刀)。其中构件包括机架、连杆、圆柱齿轮、齿条、凸轮及从动件、槽轮及拨盘和皮带轮等;运动副包括转动副、移动副、齿轮副、槽轮副等。 实验原理 平面机构是由各个杆组依次联结到机架和原动件上形成的。机构具有确定运动的条件是机构的自由度大于零,且原动件数和机构的自由度相等。所拼接的机构必须满足以上两个条件。将主要由连杆构成的连杆机构(可加入一个其他类型构件如齿轮、凸轮、槽轮等)进行拼装,计算分析其自由度后,输入动力源进行

张蕾 SolidWorks魔方三维造型。急求转动配合方式

魔方机构仿真设计

目录 简介 (3) 灵感: (3) 作品简介: (3) 零件造型: (3) 零件 (3) 遇到的问题 (5) 虚拟装配 (5) 装配 (5) 干涉分析 (7) 爆炸图 (8) 遇到的问题 (8) 绘制图纸 (9) 工程图 (9) 执行仿真 (12) 心得体会 (12)

简介 灵感: 因为我本身就是一个魔方爱好者,在学习了solidworks这款三维设计软件,可以设计各种三维结构。我就萌生了做一个自己喜欢的魔方造型的想法。 作品简介: 魔方是世界三大智力玩具之一,外形是一个六面附着有不同颜色的立方体,通过让游戏者扭转26 块被定位在三维轴上的小立方体来考验游戏者的空间思 维能力及动眼动手能力,游戏者的目标是复原已经被弄乱的六个面。魔方上的 每一个小立方体都能实现三维移动,似乎很神奇,但用于实现这种移动的结构 并不十分复杂。魔方的主要构件有两类,即中心支架和小立方体,小立方体有 三种形态。处于模魔方每个面中央的小立方体连接中心支架,其他两种小立方 体靠自身曲面卡舌贴合在中央立方体内侧面而实现移动和固定,小立方体内侧 面共同围成一个球面。 零件造型: 零件

以原点为中心的边长为5mm 拉升一个直径为 拉升长度为 台。 以一个边长为 体中心旋转切除一个直径为 剩下边长为 外形(如图所示),在其对称面的取面上造型一个卡脚(造型一个环形面,采取双侧拉伸)。 以一个边长为 方体中心旋转切除一个直径为 切除剩下边长为 脚块外形(如图所示),利用旋转基体和旋转切除造型出一个球壳(内径 40mm 除造出如图卡脚。 的圆角。 以一个边长为 方体中心旋转切除一个直径为 切除剩下边长为 中心块外形。在其顶面拉伸切除一个边长 的正方形,厚度为 2mm 头座。

SolidWorks画魔方

1:这个魔方如果用仿真做的话会非常麻烦,意义也不大,我各个也比较怀疑能否实现仿真, 我这里就介绍怎么用动画来实现魔方的运动。 因为SW的动画和仿真是一体的,所以如果单纯使用动画的话,就不需要约束之类的东西。 SW的各个约束在动画时会自动识别为各种运动副。三维网技术论坛/V*P6a/t8n3T0w&^9G 这里纯粹使用动画来做,所以先把所有约束都删除处理,固定零件只要支架一个即可,因为零件在动画时也不需要关联,所以建议最好锁定所有零件的关联。三维网技术论坛1?;h2e&D;Y1H(v5e 三维|ca d|机械|汽车|技术|c a ti a|p r o/e|u g|i n ve n to r|s o li d ed g e|s ol i dw o rk s|c a xa+ ?# w" I) S) k 2:进入“运动算例”后,可以看到最左侧有一条竖线可以拖动的,制作动画的时候完全考拖动这条线来实现零部件的运动的。如果是做仿真的话,这条线会按照给定的参数自动往后

走,而做动画就需要手动来移动他。 三维,ca d,机械,技术,汽车,c a ti a,p r o/e,u g,i n ve n to r,s o li d ed g e,s ol i dw o rk s,c a xa,时空,镇江( I& D) t2 F. B+ ` 3:按下图操作。三维网技术论坛) J9 ]+ N1 q9 Y; `+ e

继续按下图进行操作,就可以实现最上层的9个零件在0-2秒的时间内旋转90度。三维网技术论坛5d2s9w'w7U#D 三维网技术论坛# \5 O! v. V- V 4:在进行下一个运动之前,前把所有未运动的点都移动到2秒这个位置。移动的过程我们 可以理解为复制、粘帖的过程。 如果不移动这些帧,会导致后期零部件运动紊乱。我们只能通过控制相邻的两个帧的零件位置来控制零件运动,也就是说相邻的两个帧零件位置一样的话,就表示不运动,位置发送变化了话,他就会把变化的过程均匀的分布到这段相隔时间内。三维网技术论坛7E)P#h6S,_(o!\2~*X 总之这里就是把所有还停留在0秒位置的蓝点都移动到2秒位置来。三维网技术论坛* ~# p4 S( p6 f

xp系统 solidworks 2012安装过程

SolidWorks2012安装说明 本文介绍了SolidWorks2012的详细安装步骤及图解。 1 安装开始时,一定要断开网络; 2 用虚拟光驱(推荐软媒--魔方)打开ISO文件,然后点击SETUP.EXE进行安装;选择单机安装; 3 输入序列号,一般只需要输入最上面一个即可: SolidWorks 0001 0001 0736 0361 JK3Q HDJ3or0000 0000 0000 3486 Q5HF FG98 SolidWorks Simulation 9000 0000 0001 8043 TB9T SGD9 SolidWorks Motion 9000 0000 0002 7942 9KW4 9FBC SolidWorks Flow Simulation 9000 0000 0003 3107 V8F3 PG44

4 出现警告,点取消

5 更改产品及下载选项以及安装目录 6 安装选项时,取消Explorer里面的PDM的相关选项,取消后台下载

7 取消为将来的SERVICE PACK,使用后台下载; 8 设置完毕,返回摘要后,点立即安装;出现下面的这个重新激活您的许可时,点否

9 出现这个必须使用solidworks激活。。。点确定 10:安装产品,安装过程会时间长一点,请耐性等待。如下图所示 点击完成后弹出一个网站,弹出whatsnew.pdf。 整个过程20多分钟

11:安装完成 接下来打开SW2012_SP0.0_Win64_Full_Multilanguage_SSQ.iso里边的crack文件 夹

基于ADAMS的玩具飞机的机构运动仿真..

基于ADAMS的玩具飞机的机构运动仿真 摘要:本文首先对目前市场上涉及到的机械玩具进行了一个简要的概括,然后选取一款玩具飞机的模型分析了它的运动规律,并进行测绘利用SolidWorks建立了其总体结构;对玩具飞机的关键部件—发条机构进行了简要介绍,在运动学分析的基础上,运用虚拟样机仿真软件Adams对玩具飞机进行了仿真。结果表明:玩具飞机的运动是稳定的,基本和实际运动状态一致。 关键词:玩具飞机;ADAMS;运动学分析 Dynamic simulation of toy aircraft based on ADAMS Abstract: Firstly,mechanical toys on the market at present involved in a brief summary,and then choose a toy airplane model to analyze the movement rules of it,and mapping of SolidWorks was utilized to establish the overall structure; the key part of the toy plane clockwork mechanism are introduced,on the basis of kinematics analysis last,the application of virtual prototype simulation software Adams simulation of the toy plane. The results show that: the toy plane movement is stable,consistent with the basic and the actual state of motion. Key words:toy aircraft;ADAMS;kinematics analysis 1 引言 中国是世界上最大的玩具制造国和出口国,全球70%的玩具是在我国境内制造的。在琳琅满目的玩具之中,靠发条驱动的纯机械玩具吸引着许多小孩子的眼球这类玩具用塑料做成,价格低廉,体积较小,节能环保,大多模拟某一种动物的动作这类机械玩具在设计方面采用了大量的机械机构,如连杆机构,齿轮机构,凸轮机构,不完全齿轮机构,槽轮机构等,很多玩具的设计思想十分巧妙"对这些商品玩具进行测绘、建模、装配并做仿真,这对玩具的研发和设计,都具有重要的参考价值[2]。 然而,对机械玩具进行仿真的相关研究在国内期刊上很少见到"中科院自动化研究所的张志刚等从仿生学的角度出发,按照一系列步骤,编制了机器鱼的设计与仿真软件,实现了由生物特征到机器鱼实现的过渡,方便了机器鱼的设计[1]。在对玩具市场进行一番调研后发现,一款玩具飞机设计非常巧妙,也很有代表性,这里主要以它为例来阐述玩具的运动机理和y运动学仿真中的一些关键技术。 2 玩具飞机的运动原理及仿真方案 玩具飞机的虚拟仿真研究过程中,零件之间存在着各种相对关系,为得到理想的结 果,首先需要对玩具进行拆卸,然后分析出其零件间的连接关系,测绘出其零件的尺寸, 完成装配,为仿真准备好模型数据。玩具飞机的整体图如下:

槽轮实验指导书

机械工程基础实验 04 间歇机构实验 实 验 指 导 书 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院

实验四 间歇机构实验 在各类机械中, 常需要使某些构件实现周期性的运动和停歇。能将主动件的连续运动转换成从动件有规律的运动和停歇的机构, 称为间歇运动机构。其中,槽轮机构是各类机械中常用的实现间歇运动的典型机构。本实验主要针对外槽轮机构分析其运动特性。 【实验目的】 1. 了解槽轮机构的运动过程。 2. 学会槽轮机构间歇运动的分析。 3. 培养学生动手能力与数据分析能力。 【实验内容】 1.实验仪器 CL-I 槽轮机构实验台,其机构主要有四槽轮机构、五槽轮机构和六槽轮机构组成,主要用于检测几种平面槽轮机构的运动规律。 有关击鼓尺寸参数如下: 槽轮槽数:Z1=4,Z2=5,Z3=6 拨盘圆销数:n1=1,n2=1,n3=1 拔销滚子直径:d1=35mm ,d2=32mm ,d3=26mm 槽轮中心距:L1=L2=L3=160mm 槽轮外径:D1=278.96mm ,D2=260.86mm ,D3=278.34mm 2.工作原理 如图1所示,槽轮机构是由主动拨销轮、从动槽轮及机架组成,从动槽轮是由多个径向导槽所构成,各个导槽依次间歇地工作。当主动拨销轮轴匀速转过h θ角时, 拨销拨动槽轮转过一个分度角h τ, 拨销退出导槽;然后拨杆又转过( 2π-h θ) 角, 此时槽轮静止不动, 直到拨销进入下一个导槽内时, 再重复上述过程,槽轮的定位通常是利用拨销轮上外凸的锁止弧锁住, 从而实现槽轮的单向间歇运动。

图1 槽轮机构 如图2 所示, O1、O2 分别为从动槽轮和主动拨销轮的中心, A 、B 分别为拨销进入和退出导槽时的状态。由于拨销在进入和退出导槽时, 其速度方向与导槽的中心线方向保持一致, 因此在这2 个位置上, 拨销轮的半径与槽的中心线相互垂直。所以,h τ+h θ=π 。 图2 拨销进入和退出导槽轮的位置 槽轮机构相关参数:槽轮运动角: β2=z π2 拨盘运动角: α2=βπ2- 拨盘上圆销数目:() 22-

SolidWorks 2014 SP1.0【安装 破解 开启特效】指南

SolidWorks 2014 SP1.0【安装+破解+开启特效】指南 (其他版本可参照) (这里以64位安装说明,32位和64位安装过程一致) 【特别提示:SW2014版是最后一个支持32位系统的版本】 {支持正版,有经济实力的请购买正版} 第一步:将安装程序*.ISO格式文件(最好不要解压,解压或有可能丢失文件),直接使用【虚拟光驱】软件或【魔方】打开。 第二步:打开文件夹中的【Setup.exe】。 第三步:弹出界面选择【单击安装】。 第四步:输入【序列号】。 SolidWorks机械工程师论坛 http://www.swbbsc.com

第五步:{这一步必须断网,弹出对话框点击【取消】} 第六步:选择安装产品和安装位置。 第七步:安装授权时弹出对话框(有时不弹出)。点【是】。 SolidWorks机械工程师论坛 http://www.swbbsc.com

点击【取消】 点【是】。 点击【确定】。 之后开始安装。 SolidWorks机械工程师论坛 http://www.swbbsc.com

第八步:安装完成。 【重启计算机】,有时不弹出。 第九步:破解。打开【SW2010-2014.Activator.GUI.SSQ.exe 】 (位于下载的SSQ 安装包中)。 SolidWorks机械工程师论坛 http://www.swbbsc.com

选择【需要激活的版本】并点击【Activate 】。 第十步:测试。开启软件。 首次使用弹出,点击【接受】 。 SolidWorks机械工程师论坛 http://www.swbbsc.com

机构运动参数测定 机械原理实验指导书 曲柄摇杆模拟仿真C语言程序

实验三机构运动参数测定 实验指导书 一、实验目的 1.利用计算机对平面机构结构参数进行优化设计,并且实现对该机构的运动进行仿真和测试分析,从而了解机构结构参数对运动情况的影响; 2.利用计算机对实际平面机构进行动态参数采集和处理,做出实测的机构动态运动和动力参数曲线,并与相应的仿真曲线进行对照,从而实现理论与实际的紧密结合; 3.利用计算机对机构进行平衡设置和调节,观察其运动不均匀状况和振动情况,进一步掌握平衡的意义和方法; 4.通过对平面机构中某一构件的运动、动力情况分析测定及整个机构运动波动及振动情况的测定分析,锻炼对于一般机械运动问题进行综合分析的能力。 二、实验设备和仪器 本实验所用仪器为:ZNH-A/1曲柄导杆滑块机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台,ZNH-A/2曲柄摇杆机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台,ZNH-A/3凸轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台,ZNH-A/4槽轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台。 1.ZNH-A/1曲柄导杆滑块机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台 该实验台的测试机构一种形式为曲柄导杆滑块机构(如图3-1所示);还可拆装成另一种形式为曲柄滑块机构(如图3-2所示)。 图3-1 曲柄导杆滑块机构实验台图3-2 曲柄滑块机构实验台 2.ZNH-A/2曲柄摇杆机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台 该实验台的测试机构如图3-3所示。

图3-3 曲柄摇杆机构实验台 3.ZNH-A/3凸轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台 该实验台的测试机构一种形式为盘形凸轮机构(如图3-4所示),并配有四个不同运动 规律的测试凸轮;另一种形式为圆柱凸轮机构(如图3-5所示)。 图3-4 盘形凸轮机构实验台图3-5 圆柱凸轮机构实验台4.ZNH-A/4槽轮机构多媒体测试、仿真、设计综合实验台 该实验台的测试机构一种形式为四槽槽轮机构(如图3-6所示);另一种形式为八槽槽 轮机构(如图3-7所示)。 图3-6盘形凸轮机构实验台图3-7 圆柱凸轮机构实验台

基于proe的槽轮机构动力学仿真

目录 1 槽轮机构的应用 (1) 2 槽轮机构proe模型的建立 (3) 2.1 槽轮机构零件的建立 (3) 2.1.1 支架模型的建立 (4) 2.1.2 传动杆模型的建立 (5) 2.1.3 槽轮模型的建立 (6) 2.2 槽轮机构组件的装配 (7) 3 槽轮机构的仿真动力学分析 (8) 3.1 仿真运动的参数设置 (8) 3.1.1 凸轮副的建立 (8) 3.1.2 伺服电动机的定义 (9) 3.2 槽轮机构的动力学分析 (11) 3.2.1 测量的建立 (11) 3.2.2 槽轮机构分析 (12) 3.2.3 分析结果 (13) 3.3 总结 (17)

1 槽轮机构的应用 槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率较高等优点。但是槽轮机构在工作时有冲击,随着转速的增加及槽数的减少而加剧,故不宜用于高速,其适用范围受到一定的限制。槽轮机构一般用于转速不是很高的自动机械、轻工机械和仪器仪表中。例如图1-1所示的电影放映机中的送片机构。由槽轮带动胶片,作有停歇的送进,从而形成动态画面。此外也常与其它机构组合,在自动生产线中作为工件传送或转位机构。如图1-2,为蜂窝煤制机模盘转位机构。 图1-1 电影胶片抓拍机构

图1-2 蜂窝煤制机模盘转位机构

2 槽轮机构proe模型的建立 2.1 槽轮机构零件的建立 槽轮机构主要由支架、传动杆和槽轮组成,其模型图如图2-1所示。 图2-1 槽轮机构模型

2.1.1 支架模型的建立 在proe软件中,新建“零件”,通过“草绘”和“拉伸“的操作,建立如图2-2 的支架零件。 图2-2 支架模型

机械方案创意实验教程2006版

“机械方案创意设计模拟实施” 实验教程 西南交通大学卢存光著 西南交通大学 国家级机械基础实验教学示范中心 2006年3月

机械方案创意设计模拟实施实验教程1 第五章机构创新设计 实验15 机械方案创意设计模拟实施实验 一、实验目的 (1)加深学生对机构组成原理的认识,进一步了解机构组成及其运动特性。 (2)培养学生运用实验方法,研究、分析机械的初步能力。 (3)培养学生运用实验方法,自行构思创新、试凑选型机械运动方案,调整、优化机构参数,进而验证、确定机械运动方案和参数。 (4)使学生了解(教材未涉及的)构件干涉问题及其解决方法。 (5)培养学生用电机、控制盒等电气元件和气缸、电磁阀、调速阀、空气压缩机等气动元件组装出动力源,对机械进行动力驱动和控制的初步能力。 (6)培养学生动脑创新设计,进而动手付诸工程实践的综合能力。 二、实验内容 成功的设计往往始于方案的创新,而机械运动方案的选择至今缺乏实用化的理论导向。本实验的核心是以西南交通大学研制的“机械方案创意设计模拟实施实验仪”为设计手段,针对有工程背景和一定难度的设计题目,指导学生使用该实验仪的多功能零件,进行积木式组合调整,从而让学生自己构思创新、试凑选型机械设计方案,亲手按比例组装实物机构模型,亲手安装电机并连接电路,亲手安装气缸并组装气动系统;模拟真实工况,动态操纵、演示、观察机构的运动情况和传动性能;通过直观调整机械方案、构件布局、连接方式及尺寸以及更改动力和控制系统,来验证和改进设计,使该模型机构能够灵活、可靠地按照设计要求运动到位。也就是通过创意实验——模拟实施环节来实现培养学生创新动手能力的教学改革目标。 三、实验设备及材料 (1)机械方案创意设计模拟实施实验仪。 (2)系列转速微型电动机、四路电气控制盒、负载线和其他电气辅件。 (3)系列行程微型气缸、过滤减压器、电磁换向阀、调速阀、气管和空气压缩机等气动元件及辅件。 (4)螺丝、螺母、垫圈等紧固件。

槽轮机构ADAMS机构分析报告

槽轮机构ADAMS机构分析报告 一、题目分析 1、题目 题20 图1 如上图所示,这个设计将一个行星轮并入到传动机构中来。输出轴的运动周期减少,最大角速度比具有相同沟槽数的未改进的槽轮机构的大。曲柄轮的一个驱动单元由行星轮b和传动滚c组成。传动滚轴与行星节圆上的一点同线。因为行星轮沿固定的太阳轮d转动,传动滚c轴的轨迹是一个心形的曲线e。为防止圆滚妨碍锁紧盘f,弧度g应该比未改进时槽轮所要求的大。

2、机构运动简图 传动滚 槽轮行星轮 锁紧盘太阳轮 机架 图2 3、尺寸预确定 (1)太阳轮:模数5,齿数40,厚50mm (2)行星轮:模数5,齿数40,厚50mm,孔径d=40 (3)锁紧盘:直径500mm,圆弧直径320mm,厚40mm (4)槽轮:直径500mm,槽宽30mm,长宽为:480mm,厚度40mm (5)传动滚:长100mm,宽80mm,厚20mm,滚直径30mm (6)输入圆盘:直径450mm,孔径40mm,厚50mm 二、分析目的 根据题意,要求输入盘,每转动一圈,槽轮就转过90°,并且不断循环下去。从动力传递的顺序来分析,动力是由输入盘传递给传动滚与行星轮组成的曲柄轮,然后由传动滚传递给槽轮,再由槽轮轮传递给输出轴,因为行星轮与太阳

轮之间的齿轮副的传动是平稳的,所以输出轴的一些运动信息可以通过对槽轮的测量来获取。下面将对槽轮转动的情况做简要的分析: 1、运动要求: 若以图2所示位置为初始位置,输入盘的转动方向为顺时针,当输入盘转动时带动曲柄轮转动,同时传动滚与槽轮接触并带动槽轮转动,当输入盘转过一定角度时,传动滚与槽轮分离,锁止盘与槽轮接合将槽轮锁止,槽轮不转动,当输入盘再次转过一定角度后,锁止盘与槽轮分离,传动滚再次与槽轮接合带动槽轮转动,槽轮就是如此间歇运行下去。 图3 2、力的要求: 在实际机构中,总是存在着各种各样的摩擦,因此在槽轮与输入盘的转动副上需要添加摩擦力;在传动滚与槽轮以及锁止盘与槽轮接合时应该添加接触力,接触时会有能量的损失,所以在接触力的设置时应有摩擦的设置。在ADAMS/View中有两种计算接触力的方法,一种是补偿法(Restitution);另一种是冲击函数法(Impact)。补偿法需要确定两个参数:惩罚系数(Penalty)和

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