基于视觉跟踪与自主导航的移动机器人目标跟随系统

针对在移动机器人跟随目标的过程中目标消失的情景，提出了基于视觉跟踪与自主导航的机器人目标跟随系统。将机器人跟随问题分为目标在机器人视野内时的常规跟随和目标消失后的自主导航两种情况。对于常规跟随，通过卡尔曼滤波器预测目标运动状态，采用行人重识别网络提取外观特征，通过数据关联融合运动信息和外观特征后进行目标跟踪，再通过伺服控制进行跟随。对于自主导航，基于目标消失前与机器人的相对位置，采用自主导航算法，使机器人移动到目标消失位置附近进行搜索，来提高对目标的跟随成功率。将提出的算法在OTB100公开测试集和机器人应用场景下的跟随测试集中进行评估，并在移动机器人平台上进行实验，结果表明，机器人可以在不同照明条件、背景行人较多的环境中跟随目标，验证了所提算法的稳健性和有效性，同时可满足实时性要求。研究结果可为机器人在目标消失后再跟随问题的研究提供参考。     

改进最小二乘法双目视觉位姿测量技术研究与测试

由于工件表面油污、光照等因素干扰导致工件图像提取的特征点偏离实际位置,对工业机器人的抓取定位带来较大误差。该文以视觉引导工业机器人抓取气缸盖为应用对象,对双目视觉高准确度位姿测量技术进行分析。首先探讨特定条件下的双目视觉定位引导机器人技术以及粗差点产生原因与解决方法情况;其次介绍视觉系统视觉坐标系和目标坐标系,然后在位姿测量数学模型的基础上提出改进最小二乘法的准确计算方法,并搭建双目视觉引导的工业机器人抓取气缸盖系统进行测试分析。测试表明:改进最小二乘法的位姿计算方法可实现双目视觉对目标物的全自由度位姿测量,满足工业机器人高准确度抓取操作。     

基于模型的水下机器人视觉悬停定位技术

根据7000米载人潜水器水下作业的需要和特点,提出了一种基于单目视觉位姿测量原理的水下机器人悬停定位方法,构建了包含水下目标识别与跟踪、三维位姿计算及水下机器人控制三项关键技术的水下演示实验系统。以自行研制的水下机器人控制系统实验研究平台为实验载体,以4个按正四面体分布的小球构成的合作目标为观察目标,在室内实验水池中实现了水下机器人悬停与定位演示实验。实验结果显示,系统能够弓I导机器人运动到指定位姿并实现稳定的悬停和定位。该项研究为基于模型的单目视觉三维位姿测量技术开辟了水下机器人应用新领域。     

基于机器视觉的分拣机器人6D位姿估计北大核心CSCD

为解决传统分拣机器人通过人工示教完成指定动作其自动化程度低、实时性差、可移植性弱等问题,研究设计了基于机器视觉的分拣机器人实验平台,提出了基于粗配准与增强精配准混合递进配准策略的6D位姿高精度估计方法。首先,将由视觉传感器采集的3D点云信息进行背景信息去除、目标区域裁剪、ROI提取等预处理;然后采用采样一致性初始配准算法(SAC-IA)进行位姿粗配准,再利用迭代最近点算法(ICP)进行精配准及正态分布变换(NDT)进行增强精细配准,以获得高精度6D位姿。实验结果证明,通过粗配准与增强精配准能够快速准确获得待抓取目标6D位置和姿态,与理论位置和姿态相比较其误差分别控制在1.5 mm和2°之内,满足分拣机器人的实际需求,所提出的方法便于在基于机器视觉的机器人装配、打磨等有高精度6D位姿估计场合推广应用。     

基于视觉临场感的机器人遥操作系统

介绍了基于视觉临场感的机器人遥操作系统。该系统有机地把视觉临场感技术和机器人遥操作技术结合在一起,显著地提高了遥操作系统的性能。系统自主研制了视觉临场感系统,在普通的微机上实现了时分多路的立体视觉系统。自主研制了ＰＳＤ实时测量和位姿解算系统,实现了操作者的手部位姿的实时测量。深入地研究了机器人实时跟踪控制的算法,并在原有ＰＵＭＡ５６０机器人的基础上改造了核心控制软件,实现了机器人对操作者手部运动的     

双码盘定位机器人的位姿辨识算法

在分析差动驱动的轮式移动机器人运动学模型基础上,针对双编码盘定位方案推导出机器人的位姿辨识算法,应用该算法可以实时计算出双码盘定位机器人的位姿坐标。     

服务机器人目标同时识别与位姿判定研究

目前机器人尚难以自主建立起目标姿态的概念,通过人机交互方式辅助机器人对目标建模则不失为一种可行方案。提出了一种基于新型目标模型的离线/在线两步目标识别与位姿判定系统。离线阶段采用人机交互方式构建目标模型,在线阶段通过场景图像与目标模型的特征点对应即可自动发现目标,并计算其相对于机器人的位姿。实验证明,该系统能够有效完成对纹理目标的同时识别与位姿判定。     

基于对偶四元数的单目视觉目标位姿测量

目的在机器人视觉应用领域中,为控制机器人能够完成焊接、搬运、跟踪等任务,需要确定摄像机与目标之间的相对位姿关系,提出一种目标位姿测量方法。方法利用单摄像机获取目标特征,坐标变换参数表示为对偶四元数的形式,同时计算旋转矩阵和平移向量,构建位置向量和方向向量的测量值与模型值之间的误差方程,利用Hopfield神经网络实现拉格朗日乘子法,求解目标位姿最优解。结果利用Matlab软件平台,选择SVD,DQ以及文中算法进行比较,仿真实验结果表明,基于Hopfield神经网络和对偶四元数的位姿测量算法计算出的位姿参数误差最小。随着测量点数量的增大,文中提出的算法精度更高。结论对偶四元数同时求解位姿变换矩阵的旋转分量和平移分量,可消除计算误差,基于Hopfield神经网络和拉格朗日乘子法,可快速准确地计算,并收敛至目标位姿最优解。     

基于视觉和工业机器人的动态抓取技术

目的 针对传送带输送产品过程中,机器人动态抓取产品的位姿数据计算问题,提出一整套基于智能相机和编码器检测的位姿数据计算方法。方法 首先搭建一套相机检测和机器人动态抓取系统模型,介绍抓取系统的构成及其工作过程;其次,为抓取系统创建各个坐标系,详细介绍各个坐标系间的变换关系、矩阵模型及需要标定的量;再次,设计标定量的测算过程和计算公式;最后,搭建以三菱工业机器人、欧姆龙智能相机及编码器等核心部件为主的实验样机,对上述位姿数据计算方法进行测试和验证。结果 实验结果表明,产品位姿数据的计算值与实测值之间的误差低于0.4 mm。结论 基于视觉和编码器检测的机器人动态抓取精度符合工程应用要求。     

用矩阵微分建立股骨颈手术导航机器人位姿误差模型的方法

应用矩阵微分建立了股骨颈手术导航机器人的位姿误差模型.依次做了以下主要工作:设计股骨颈手术导航机器人的三维形体结构,即串、并联混合机构;基于结构与运动特征,采用传递矩阵建立手术导航模型;提取特征参数作为微分变元,通过矩阵微分建立手术导航的位姿误差模型;应用仿真软件matlab7.0,以导航机器人的设计尺寸与容差值为变量,对特征参数引起的导航位姿误差分布进行仿真,其结果位姿误差呈平面分布,极大误差在边界线上获得.应用矩阵微分建立的手术导航误差分析模型的工程含义明确,结构规范,适用于将机器人的精度校核穿插到形体设计的前期阶段进行,在并行设计中的精度校验上有实用性.     

精密直线运动平台的振动测试与分析

精密直线运动平台在宏微双驱动纳米定位系统中作为宏动台，用于实现大行程工作范围，解析其全工作行程上的振动特征。是微动台实现二级补偿运动的基础．通过构建以Labview软件为核心的虚拟仪器振动测试系统，采用小波变换方法对平台全工作行程运动过程中的振动测试数据进行分析，并与傅里叶变换分析方法进行了比较．由分析结果可知。两种分析方法得出了一致的结论，但小波变换分析方法可得到平台各个精确位置上的振动特性数据．实验证明，将其作为确定控制参数的依据，能改善平台的运动控制性能．     

基于平面重建与自然特征匹配的虚实注册方法

针对增强现实系统中的三维注册问题,提出了一种新的基于多平面结构三维重建与自然特征匹配相结合的虚实注册方法,该方法分为离线三维重建和在线实时注册两个阶段.离线阶段系统利用两幅参考图像和双目视觉原理恢复出平面坐标系,并根据用户指定的世界坐标系计算两者之间的变换关系.实时注册阶段,系统首先将当前图像与参考图像做特征匹配以获取平面所对应的单应性关系,进而恢复出每个平面所对应的投影矩阵,由上述投影矩阵以及离线计算所获得的世界坐标系与多个平面坐标系之间的变换关系合成三维注册所需的变换矩阵.实验结果表明,该方法是有效可行的,而且在克服误差积累方面较传统方法有明显改善.     

基于模糊控制的微操作平台位置精度补偿方法

由于压电式微操作平台的迟滞非线性会导致其位置精度和动态性能下降,且难以建立精确的迟滞非线性模型,采用一种基于模糊控制策略的位置精度补偿方法,以摆脱对迟滞模型的依赖。以一种一维压电式微操作平台为对象,以平台的位置偏差与偏差变化率为模糊输入,压电驱动器输入电压变化量为模糊输出,提出采用基于PID控制的实验数据获取经验来制定模糊规则的方法。通过模糊推理和解模糊过程,建立平台输入量与输出量之间的模糊关系,实现了可消除迟滞现象的自适应补偿。为了说明所提出的位置精度补偿方法的可行性,通过实验与PID控制进行比较,分析平台跟踪不同频率正弦信号的位置误差。实验结果表明,所提出的模糊控制方法能使平台具有更高的位置跟踪精度和更快的跟踪速度,并具有较好的自适应性。     

具有刚度非线性双层隔振系统冲击响应数值分析研究

对双层隔振系统中的弹性元件即隔振器采用非线性立方刚度模型描述,在此基础上建立了双层隔振系统的动力学方程。应用Runge-Kutta数值法求得系统的冲击响应,分析了双层隔振系统上下层质量之比、刚度之比以及隔振器阻尼和硬特性刚度系数对系统抗冲击性能的影响,对双层隔振系统的抗冲设计具有一定的参考意义。     

Position precision compensation method of a micro-manipulation stage based on fuzzy control

The hysteresis nonlinearity of piezoelectric micro-manipulation stage leads to the decrease of its position accuracy and dynamic performance, and it is hard to establish the accurate hysteresis model. A position accuracy compensation method was adopted based on the fuzzy control strategy to get rid of the dependence on hysteretic model. As for a one-dimensional micro-manipulation stage, the position deviation and deviation variation rate of the stage was used as fuzzy input, and the input voltage change of piezoelectric actuator was used as fuzzy output. A method of developing fuzzy rules was presented based on experiment data of PID control to acquire experience. The fuzzy relationship between the stage input and output by fuzzy reasoning and de-fuzzy process was established, and the adaptive compensation of hysteresis could be realized. In order to illustrate the feasibility of the proposed method, the experimental comparative analysis with PID control was carried out. The position errors were compared when the stage was tracking the sine signals with different frequencies. The experimental results show that the proposed fuzzy control method can make the stage have higher position tracking accuracy and faster tracking speed, and has better adaptability.     

Elimination of cutting oil wastes by promoted hydrothermal oxidation

A refinement of the biofilm formation method for waste form stability evaluation was carried out in this study. Refinement of the biofilm formation method became necessary because of the reduced contrast in degradation between control and experimental samples. The reduction in contrast was occasioned by the long duration of exposure (12 days) of the control samples to sterile medium of low pH in the first stage. Results of evaluation carried out reveal that the duration of the first stage of the biofilm formation method can be reduced to 24 h, with substantial increase in the contrast between degradations experienced by control and experimental samples. Reduction of the first stage can be done without compromising the efficiency of the inoculation process, which the longer duration of the first stage was originally intended to ensure. A doubt as to actual formation of biofilms on experimental samples, resulting from the use of non-sterile tubings and glass wares in the second stage, was also addressed in this study. Results reveal that substantial attachment of microbes occur on the surfaces of experimental samples in the first stage, thus any supply of microbes via the tubings and glass wares in the second stage is only additional and inconsequential.     

Temperature evolution analysis of AZ31B magnesium alloy during quasi-static fracture

Fracture toughness of AZ31B magnesium alloy subjected to quasi-static loading was investigated by infrared thermography. The results showed that temperature evolution around the crack propagation path during fracture underwent three stages: initial steady stage, monotonic increase stage and final steady stage. The temperature increase at the beginning of stage II is nearly corresponding to the initiation of unstable crack propagation. And based on this phenomenon, a method applying infrared thermography to estimate fracture toughness of AZ31B magnesium alloy was proposed. Fracture toughness was calculated through infrared thermography, which was in good agreement with the result determined by traditional standard method. Finally, the fracture mechanism was investigated.     

Lensless multiple-image optical encryption based on improved phase retrieval algorithm

A novel architecture of the optical multiple-image encryption based on the modified Gerchberg-Saxton algorithm (MGSA) by using cascading phase only functions (POFs) in the Fresnel transform (FrT) domain is presented. This proposed method can greatly increase the capacity of the system by avoiding the crosstalk, completely, between the encrypted target images. Each present stage encrypted target image is encoded as to a complex function by using the MGSA with constraining the encrypted target image of the previous stage. Not only the wavelength and position parameters in the FrT domain can be keys to increase system security, the created POFs are also served mutually as the encryption keys to decrypt target image from present stage into next stage in the cascaded scheme. Compared with a prior method [Appl. Opt.48, 2686-2692 (2009)], the main advantages of this proposed encryption system is that it does not need any transformative lenses and this makes it very efficient and easy to implement optically. Simulation results show that this proposed encryption system can successfully achieve the multiple-image encryption via fewer POFs, which is more advantageous in simpler implementation and efficiency than a prior method where each decryption stage requires two POFs to accomplish this task.     

基于压电陶瓷驱动的精密定位平台研究

设计了一种基于压电陶瓷驱动的整体式柔顺精密定位平台. 建立了柔性铰链的刚度矩阵,给出了平台的理论分析模型;利用模糊自整定 PID 控制算法对压电陶瓷驱动器进行了闭环控制,提高了驱动器的输出位移精度;提出了一种实验修正方法,提高了平台的定位精度. 实验结果表明,平台具有亚微米级的定位精度以及良好的动态特性.     

无限制手写数字自动识别系统的研究

给出了一个高性能的自由手写数字识别系统，提出了在不同尺度下抽取结构上的粗特征和细特征并分层实现的方法。在粗分类阶段，基于结构粗特征用分类树进行稳定的粗分类，并进行属性确认，还用小波分解技术进行细分类识别；又提出并实现以微小线段及其邻域作为比较匹配的相关匹配方法来减少候选类别数（限制性分类），最后，提出并实现用二分类ＢＰ网对非相似二类别字进行非限制性分类，另外，在识别的前端，还对书写工整的文字进行Ｆ