机器人基坐标系精确标定的对偶四元数法

针对离线编程系统中机器人在世界坐标系下的位姿描述问题,提出一种利用对偶四元数精确标定机器人基坐标系的方法.首先在利用指数积公式建立机器人正运动学模型的基础上,推导了基于单位对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将世界坐标系与机器人基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行统一描述;其次,以对偶四元数的几何性质为约束条件,建立最小方差目标方程,引入拉格朗日乘子法求解最优的位姿变换矩阵;最后,对6自由度串联机器人进行了标定实验.实验结果表明,该标定方法可以有效解决工业应用环境中机器人的基坐标系标定问题,同时也为机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供了参考依据.     

基于空间网格的机器人工作点位姿标定方法

针对工业机器人沿着一定的轨迹在若干个有限的工作点作业的特点,提出基于空间网格精度的机器人工作点位姿校准方法.基于笛卡尔空间和欧拉角空间的空间网格精度,利用反距离权重插值法,实现对机器人位姿误差的标定.该方法具有以下优点:1)提出欧拉角空间概念.在欧拉角空间建立空间网格精度控制模型,用该模型对机器人作定姿误差标定;2)把机器人的位姿误差分为定位误差和定姿误差,分别进行标定,能够提高机器人的定位、定姿精度.实验结果表明,标定以后机器人的定位、定姿精度提高了大约一个数量级,证明了该方法的可行性和有效性.     

辅助腹腔镜手术机器人穿刺孔位置标定研究

从临床应用的角度出发,针对研制的带有主被动关节的辅助腹腔镜手术机器人被动姿态关节的特点,提出了一种标定患者腹壁穿刺孔位置相对机器人基础坐标系坐标的方法.在机器人小臂的下方安装2个不同倾角的激光源,通过几何关系间接测得患者穿刺孔相对机器人基础坐标系的位置,为机器人控制功能的实现提供了必要的腹腔镜姿态信息.对机器人标定系统进行了实验研究,分析了标定误差产生的原因,研究结果表明该方法可以准确标定出穿刺孔相对机器人基础坐标系的位置,机器人能够完成腹腔镜位姿控制的任务.     

基于平面运动约束的移动机器人位姿估计

针对大部分基于单目相机的位姿估计方法只适用于平面场景的问题,提出了一种同时适用于 平面场景和立体场景的单目位姿估计方法．首先,将所有图像与参考帧进行特征匹配;然后,提取每 帧图像中都出现的特征点的像素坐标,并结合地平面约束和相机内参矩阵构建出观测矩阵;其次, 对观测矩阵进行奇异值分解得到各帧图像的位姿估计,并利用约束矩阵解决奇异值分解不唯一问 题;最后,利用光束平差法优化图像位姿,得到机器人位姿的最优估计．实验结果表明：该方法能准 确对移动机器人进行位姿估计．     

基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法

针对高精度的机器人室内定位方法中成本过高的问题,提出一种基于地面特征的单目视觉机器人室内定位方法。该方法通过安装在机器人底盘的单目鱼眼摄像头采集地面图片,并经过一系列图像处理,将得到的地面方格直线和相机的位姿关系作为观测量,通过推导出观测方程并根据扩展卡尔曼滤波算法得到机器人的位置信息。基于机器人当前时刻位置数据和地面的固定方格大小提出线预测算法,有效地排除干扰线段的影响。实验结果表明,该机器人室内定位方法定位精度可以达到2 cm,具有较好的鲁棒性,能够为低成本的机器人室内定位提供较好的技术参考。     

精密装配用并联机器人标定及机构误差分析

为了提高手机摄像头的装配精度,设计开发一款用于精密装配的小型并联机器人,并对机器人进行标定以及机构误差分析.用数值方法推导机器人的正逆运动学模型和误差模型,并探讨机器人运动学模型和误差补偿模型衔接的问题;设计在桥式三座标测量机上进行测量标定的方法,并对机器人进行标定实验;从机构角度对机器人的间隙误差来源进行分析,分析机器人构型对间隙误差的约束,并对机器人进行重复定位精度测试.经过标定及机构误差控制,机器人位姿坐标的最大位移误差由0.345 9 mm降为0.012 1 mm,最大转角误差由0.007 3 rad降为0.001 1 rad,重复定位精度为0.004 8 mm.实验结果表明该标定方法及机构误差分析方法能有效提高机器人的精度.     

一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法

在单机器人SLAM过程中,定位误差和建图误差随机器人运动距离增大而增大。为了有效降低SLAM误差,本文提出了一种智能空间辅助的家庭服务机器人SLAM方法。基于Rao-Blackwellized粒子滤波思想,机器人定位和建图问题被分解为两个独立环节,首先,联合机器人控制量和智能空间摄像机网络的观测值估计机器人位姿,给出了位姿粒子的采样提议分布和权值更新公式;然后,机器人利用自身位姿及对目标的观测来构建环境地图。仿真实验表明本方法有效提高了机器人的定位精度,进而得到了更加精确的环境地图。     

基于差分进化的并联机器人位姿正解

利用并联机器人位姿反解容易求取的特点,把并联机器人的位姿正解问题转化为假设已知位姿正解,通过位姿反解求得杆长值,并使所求得的杆长值与给定的杆长值之差为最小的优化问题,然后利用差分进化的全局寻优能力来直接求解并联机器人的位姿正解.6-SPS型并联机器人位姿正解的数值仿真结果表明,该方法较遗传算法求解精度高且收敛速度快,经过508步迭代之后,位置误差小于0.000 1 mm,姿态误差小于0.000 1°.该方法不仅避免了繁琐的数学推导和迭代初值的选取,又可以获得符合精度要求的运动学正解,为解决并联机器人正向运动学问题提供了新的计算策略.     

冶炼机器人位姿标定及运行可靠性

对冶炼用CS－1双擘工业机器人现场使用中的位姿标定及运行可靠性进行了研究。提出了一种简便有效的现场标定计算模型和标定方法对机器人进行位姿标定,由标定变换矩阵补偿同一测点的实际值和计算值的误差,可同时减少机器人定位误差和由臂杆几何参数偏差所引起的运动误差,显著提高需进行连续路径控制的机器人的现场定位精度和位置跟踪精度。此外,提出了用增加机器人现有硬件的冗余功能和设置敏感器件的替代功能以提高机器人现场运行可靠性的方法。实践证明,该方法能提高恶劣环境下易失效部件的可靠度,进而提高机器人的整机使用性能。     

三维视觉传感系统的研究及仿真计算

三维视觉传感系统在机器人视觉领域有着重要的意义和实用价值。本文采用单摄像机与３－Ｄ示教器组成的仿真三维视觉传感器装置来完成空间坐标系中物体的空间位置和姿太的测量。将３－Ｄ示教器坐标,机器人坐标及摄像机坐标用透视变换坐标变换及ＬＥＤ的几何关系来求取被测对象的空间位置和姿态。本方案具有简单,快速,可靠的特点,为机器人视觉,形及最小一乘法来实现视点的标定,其算法结构优于非迭代矩阵分解算法。     

基于迭代CDKF的单站无源定位算法

针对单站无源定位系统存在滤波稳定性差、收敛速度慢和定位精度差等问题,提出一种迭代中心差分卡尔曼滤波算法.在迭代判决准则的约束下,重复利用观测信息对状态向量和误差协方差矩阵进行迭代估计使其更趋向真实值,同时用Levenberg-Marquardt优化方法调整预测误差协方差阵,保证算法的全局收敛.仿真结果表明,在不同参数测量精度条件下,该算法稳定性、收敛速度和定位精度较好.     

基于改进的平方根中心差分卡尔曼滤波的单站无源定位算法

针对单站无源定位可观测性弱、收敛速度慢、定位精度差等问题,推导出了一种带次优渐消因子的平方根中心差分卡尔曼滤波算法。在正交原理的约束下,通过引入自适应次优渐消因子实时调整增益矩阵,保证不同时刻残差序列相互正交,提高了滤波器对状态变化的反应速度和对有偏估计的自适应修正能力。同时,使用误差协方差的平方根替代协方差参与滤波,保证滤波算法的数值稳定性。仿真结果表明,新算法稳定性更好、收敛速度更快、定位精度更高。     

基于卡尔曼滤波的水动力模型实时校正方法

提出交替卡尔曼滤波方法,即联立连续方程和动量方程,分别以水位、流量作为状态量建立滤波器方程进行两滤波器交替计算,较好地解决了校正过程中不同类型状态量之间共同校正的问题.对长江干流局部河段进行实例验证,采用三峡水库135 m蓄水阶段的水文资料预报6 h洪水过程,其结果表明本文校正预报方法对提高实时预报精度有效.     

High precision magnetometer for geomagnetic exploration onboard of the China Seismo-Electromagnetic Satellite

The China Seismo-Electromagnetic Satellite (CSES) is the first platform of China’s earthquake observation system in space and the first satellite of China’s geophysical field detection missions. The high precision magnetometer (HPM), which contains two fluxgate sensors and a coupled dark state magnetometer (CDSM), measures the vector of the Earth’s magnetic field with a bandwidth from DC to 15 Hz. The two fluxgate sensors are in a gradiometer configuration in order to reduce satellite interferences. Additionally, the CDSM sensor measures the scalar value of the magnetic field with higher accuracy and stability. Several data processing and calibration methods have been prepared to get accurate vector magnetic field data. This includes the calibration of each of the three sensors, the absolute vector correction algorithm, the spacecraft magnetic interference elimination and the coordinate transformation method. Also the instrument performances based on ground calibration activities are shown in this article.     

土压力盒标定方法研究

采用刚性加载和柔性加载的方式,分别对粗粒土进行了土压力盒砂标试验,即砂标方法 1和砂标方法 2,并设计了一种新型标定方法砂标方法 3来与之对比。结果发现除了砂标方法 1标定曲线离散率太高,明显不能运用于实际以外;砂标方法 2和砂标方法 3标定曲线离散率小,可以满足室内试验精度及实际工程应用要求。然后在室内进行大型压缩试验,研究砂标方法2、砂标方法 3以及厂家提供的水标方法和笔者改善后的修正水标法在土中的适用性,经研究发现砂标方法 2和修正水压标定法对土压力的计算较适用。     

基于迭代sigma点粒子滤波的再入目标跟踪

标准粒子滤波提议分布选择时,由于没有计入最近的观测值信息,重要性权的方差随时间递增,导致权值蜕化。针对这一问题提出了一种新的滤波算法,迭代sigma点粒子滤波算法。该算法在预测时采用sigma点粒子滤波产生拟合概率密度函数的加权粒子,并通过观测值对加权粒子进行更新;修正过程采用迭代卡尔曼滤波优化预测阶段得到的描述状态分布的均值和方差。将其运用于再入大气层目标的跟踪模型,仿真结果表明:与标准粒子滤波相比,该算法能保证滤波收敛,具有更高的估计精度和更好的鲁棒性。     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求,由于各种误差因素的影响,机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差,若绝对定位精度过低,容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞,严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段,误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此,提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合,记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数,利用遗传算法辨识误差参数,从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象,针对装配机器人的结构特点,由正向递推建立机器人的正运动学方程,应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程;基于D-H模型,建立机器人的运动学误差模型,在理论研究中,预设定误差参数与位姿变换矩阵,通过牛顿迭代法获取了关节变量值,将关节变量值代入正运动学方程进行验证,利用遗传算法进辨识误差参数,将辨识结果代入运动学模型中进行验证,机器人定位精度得到明显提高。通过实验,采用点球式标定方法采集机器人关节数据,应用遗传算法辨识误差参数,将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验,绝对定位精度提升了76.74%,验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性,为多自由度机器人标定研究提供有益参考。     

机器人位姿误差校正方法

在建立机器人误差模型的基础上，利用机器人齐次座标变换中的重要特点，提出了一种简便实用的位姿误差校正方法，该方法与机器人精度测试相结合可提高机器人位姿精度，并以PUMA560机器人为例说明了该方法。     

New self-calibration approach to space robots based on hand-eye vision

To overcome the influence of on-orbit extreme temperature environment on the tool pose(position and orientation) accuracy of a space robot,a new self-calibration method based on a measurement camera(hand-eye vision) attached to its end-effector was presented.Using the relative pose errors between the two adjacent calibration positions of the space robot,the cost function of the calibration was built,which was different from the conventional calibration method.The particle swarm optimization algorithm(PSO) w...