水下双目视觉系统的设计与密封技术研究

为在核电站乏燃料池中工作的水下焊接机器人设计一套双目视觉系统,介绍该系统的组成及各组成部分之间如何连接并协同完成双目视觉的图像采集工作。根据实际工作需求,设计适合水下工作环境的水下摄像机和水下光源,介绍摄像机和光源的选型、结构和密封方法。设计用于安装固定摄像机和光源的水下云台的结构与动密封,云台可以进行左右摇摆和上下俯仰运动。实际应用证明这套系统工作稳定、操作方便、反应迅速,可以获得清晰的水下实时图像。     

基于双目视觉的运动目标检测跟踪与定位

为克服传统目标检测跟踪方法无法对目标准确定位,以及在复杂环境下容易受光照、阴影等因素干扰的问题,提出了基于双目视觉的目标检测跟踪与定位方法。首先使用Matlab标定工具箱和OpenCV进行摄像机标定和图像校正,然后利用基于双目视觉的背景差分法实现目标检测,结合基于Kalman滤波的改进Camshift算法实现目标跟踪,最后利用视差图得到目标三维信息,从而实现目标定位。实验结果表明,所提方法能够实时跟踪运动目标并实现目标的准确定位。     

镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构设计

针对传统双目视觉传感器体积大、测量效率低、成本高和图像采集需同步等缺点,建立镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构模型,提出一种镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构优化设计方法。传感器由单摄像机和两块呈一定角度的平面镜构成的镜像光学系统组成,摄像机置于镜像光学系统前,拍摄获得平面镜中对应同一被测物体的两个虚拟物体的一幅图像,图像中左右两半部分的同名特征对应被测物体的同一空间目标,等效于传统双目视觉传感器中左右摄像机分别采集的两幅图像中的同名特征。详细分析平面镜的尺寸、两块平面镜之间的夹角、平面镜与摄像机的距离等结构参数对视场范围和测量精度误差分布的影响,由仿真结果得出结构参数的合理取值范围,给出镜像式单摄像机双目视觉传感器结构参数的一般性设计原则与方法步骤。根据视场范围和测量精度的要求,确定镜像式单摄像机双目视觉传感器的关键结构参数。试验结果表明,提出的结构优化设计方法对工程应用具有实际指导意义。     

基于水下作业系统阻抗力控制水下目标定位

提出了基于水下作业系统阻抗力控制的水下矩形围壁定位方法.水下作业系统末端执行器跟踪期望运动轨迹,通过与水下矩形围壁环境表面接触力反馈信息的变化获得与环境接触的特殊点,计算得到矩形围壁环境相对水下作业系统的位姿.以带有三自由度机械手的水下作业系统为例进行水下矩形围壁目标表面恒力跟踪的计算机仿真,仿真结果表明定位方法可以很好的获得矩形围壁环境的位姿,控制策略县有很好的表面跟踪和力控制能力.     

水下接近觉及多目标定位方法研究

针对水下环境下作业,根据水下超声传播与反射原理研制了一种新型接近觉传感器。本文详细介绍了水下接近觉的工作原理及组成,并对基于此传感器的多目标定位进行了仿真研究;与目前国内外所采用的几何相交定位技术不同,本文所采用BP神经网络定位方法突破了目前方法中定位目标数目的限制,通过区域模糊定位和角度精确定位的两类仿真实验表明了所采用方法的有效性及定位精度。     

基于机器视觉的水下视觉成像分析及优化

海洋是地球上重要的资源宝库之一，在人类历史中人们对海洋资源的利用在不断深化。随着现代技术的发展，水下机器人可以代替人类对海洋进行探索，其中水下摄像机是水下机器人执行水下任务必不可少的工具。根据水下视觉环境的分析，提出了摄像机的镜头畸变问题和水下噪声干扰问题，并分别使用张正友标定法和图像滤波方法来改善水下视觉图像质量。     

大视场双目视觉传感器的现场标定

分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型,针对大视场视觉测量应用,提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法.在测量空间内任意多次摆放基线尺,由两摄像机拍摄基线尺图像.利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束,采用线性解和非线性优化相结合的方法同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数.该标定方法操作简单,标定效率高,无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数.实验结果表明,该方法适合双目立体视觉传感器的现场标定,在6 000 mm×4 500 mm的范围内可以得到0.06 mm的测量精度.     

水下双目立体视觉对应点匹配与三维重建方法研究

针对水下双目立体视觉成像稠密立体匹配因不满足空气中极线约束问题,提出一种水下对应点匹配与三维测量方法, 可将水下双目相机采集的立体图像校正为符合共面行对齐原则的图像对,再套用空气中成熟的立体匹配方法得到水下左右相 机图像视差图,从而实现水下目标的三维重建。 首先,将进入相机的所有光线总和看成光场,采用四维光场参数表达对每一条 光线建模,据此建立相机的折射成像模型和双目立体视觉模型并计算光线的方向向量;根据光线的光场表达将光线转化为点矢 量的形式,计算方向图像上任意像点对应原图像的像素坐标并确定位置映射关系。 通过插值即可快速得到符合行对齐原则的 左、右方向图像,并最终获得每条光线对应的视差图。 仿真结果表明,方向图像的行对齐误差小于 0. 8 pixel。 水池实验采用事 先标定的靶球作为目标物,利用随机散点主动投射以增加目标物表面的纹理信息,对靶球多次测量的均方根误差为 2. 8 mm,具 有较高的测量精度。     

大视场双目视觉传感器现场标定方法

针对大视场视觉测量应用，分析了摄像机和双目视觉传感器的数学模型，提出了一种基于基线尺的大视场双目视觉传感器标定方法。在测量空间内任意多次摆放基线尺，两摄像机拍摄基线尺图像。利用基本矩阵及基线尺上两特征点之间距离的约束，采用线性解和非线性优化方法结合同时估计摄像机的内部参数以及双目视觉传感器的结构参数。该标定方法操作简单，标定效率高，无需初始参数即可估计双目立体传感器的全部参数。实验结果表明该方法在6000mm×4500mm的范围内可以达到0.06mm的测量精度，适合双目立体视觉传感器的现场标定。     

一种简单的摄像机标定技术在视觉定位中的应用

摄像机标定技术对于精确的双目视觉定位起着关键的作用。了解摄像头标定的原理有助于采用合理方法减小标定结果误差。本文介绍的摄像机标定方法标定结果误差小。摄像机标定过程中用到三个坐标系,它们之间的转换关系是摄像机标定的基础。采用内外参数分离的标定方法,通过具体实验分步标定了摄像机的内参数和外参数,实验过程简单,标定精度较高。     

一种基于FFT特征提取定位算法的甚低频仿生水下主动电场定位系统

主动电场定位的思想源自仿生学研究。生物学研究者发现,在没有光线的情况下,弱电鱼能通过感应自身发射电场的变化信息来捕获食物并导航,这种利用自身发射和接收电场来探测、识别、定位物体的能力被称为主动电场定位识别。在建立水下主动电场定位试验平台后,为实现该平台的水下电场定位,在该平台上对甚低频(10 Hz)电场激励下不同水体环境下不同电学特性物体的定位特性进行试验研究;随后,在总结上述特性研究的基础上,提出基于FFT特征提取的水下主动电场定位算法并在该试验平台上实现在不同水体环境中对不同性质物体的精确定位试验。成功提出一种基于FFT特征提取定位算法的甚低频水下主动电场定位原型机,该原型机证明了该方案的水下主动电场定位的可行性和有效性,为该技术为进一步工程应用和相关特性研究提供基础。     

基于声检测的管道内检测器定位系统

管道内检测器是保证管道安全运营的重要工具,定位系统则用来确定管道中的内检测器位置.定位系统基于对声信号检测原理,采用三路信号采集和存储系统.针对硬件系统的非线性相位时延,本文设计了具有线性相位时延的FIR软件滤波系统,并应用互功率谱相位法计算三路信号相对时延,根据几何关系,得到内检测器位置.通过实脸验证了系统的定位作用...     

水下微小型机械手控制系统研究

水下机械手是机器人在水下执行作业时的重要工具,因此研制便于控制、稳定性、可靠性高的水下机械手对于完成水下作业任务具有重要意义。首先在分析抓取任务及水下环境信息的获取的基础上,研究了水下机械手的总体结构并设计了系统的硬件结构和软件组成,接着提出了一种新型水下机械手的速度伺服PID控制方案。测试结果表明,该机械手工作稳定,精度、灵敏度高,能满足水下作业的要求。     

多工位装配过程夹具系统公差和维护综合优化设计

提出一种面向二维多工位装配过程、综合考虑装配夹具系统全寿命周期成本、产品零件孔制造成本和产品质量损失成本的公差和维护综合优化方法.分析多工位装配尺寸偏差传递关系,建立多工位装配过程产品质量损失模型.然后根据4-2-1夹具定位原则,构建考虑夹具磨损过程损失的夹具定位销副偏差统计数字特征模型.继而发展了以夹具系统全寿命周期成本、零件孔制造成本和和产品质量损失成本为装配总成本最小化的定位销公差、零件孔公差与更换周期优化模型.以汽车侧围装配过程为例,分别研究定位销公差、零件孔公差、定位销更换周期、配合间隙、平均磨损率和磨损率方差对装配总成本的影响,并优化设计定位销公差、零件孔公差和定位销更换周期.所提出的综合优化设计方法比采用定位销等公差设计、零件孔等公差设计、定位销与零件孔等公差设计和定周期更换设计的装配总成本分别减少了16.25%、11.31%、39.93%和13.54%.该方法为产品装配夹具系统高质量低成本设计提供了一种新的途径.     

音圈电动机驱动的快速精密定位系统设计与控制方法研究

针对传统驱动方式在快速定位方面的不足,研制一种基于音圈电动机驱动的快速精密定位系统,分析定位系统的关键部件--气浮滑块的承载力和刚度,设计能够满足音圈电动机和气浮滑块的、高精度联接要求的仿球形联轴器.研究快速定位系统的控制方法,通过比例积分微分(PID)预测补偿、模糊预测补偿来修正定位误差.在此基础上,测试快速精密定位系统的综合性能,实验结果表明,所设计的定位系统能够满足高精度和高频响的运动要求.     

水下机器人-机械手系统的动力学分析

随着我国海洋开发事业的发展，水下机器人操作手在水下勘探、水下采矿、海洋石油工程等领域发挥着越来越重要的作用。本文提出了一种运用指数积公式和凯恩方程对水下机器人机械手系统进行了动力学建模的新方法。采用该方法可以在同一个坐标体系中描叙系统的运动学，而且在建立动力学模型中可以避免大量的求导运算，并可以得到最少数目的微分方程。模型中考虑了海水的拖曳阻力、机器人与机械手之间的相互作用、推进器推力等因素。研究表明指数积-凯恩方法是一种建立水下机器人-机械手的一种有效方法。     

基于CCD视频幅值调节器的目标精确定位方法

为了应用固定双阈值法进行边界检测并利用灰度重心法进行像元细分，以实现对点目标的精确定位，设计了线阵CCD 视频幅值调节器反馈控制系统。通过对光积分时间和程控增益2环节的定量数控调节，使光点图像目标的尖峰灰度幅值保持恒定，显著降低了对光源和光路的设计难度和成本。固定双阈值边界检测定位法和传统的二值化方法相比，不需要额外的二值化参考电平硬件电路，系统更加简单可靠，算法更优秀，可以实现小于1/10像元的细分效果，在工程应用上实现了对光点的精确定位。该2变量无级调光数控系统方案对多变量摄像调光系统的设计有重要的参考价值。     

扑翼滑翔UUV概念设计与研究

将水下仿生扑翼推进技术与水下滑翔技术相结合,提出了新型扑翼滑翔UUV的概念,描述了其工作过程及性能要求;在此基础上,从仿生学的角度出发,对扑翼滑翔UUV总体布局、外形、扑翼推进器、滑翔控制系统、舵机结构、控制通信系统等进行了系统的设计;最后,应用MATLAB软件对所设计扑翼滑翔UUV在扑翼工作状态及滑翔工作状态的运动性能进行了仿真,结果表明,所设计UUV基本能够满足所设计的性能要求。为扑翼滑翔UUV的进一步研究提供了重要参考。     

机床夹具定位误差的计算机辅助数据处理

简要介绍了定位误差的研究现状,分析了定位误差的产生机理及其计算方法.以典型单基面定位方案和典型组合面定位方案构建机床夹具定位方案资源库,结合系统开发流程图,通过VB6.0工具开发定位误差计算机辅助数据处理的误差校验系统,并以实例验证了系统良好的使用性能和操作界面,进一步完善CAFD质量评价体系.     

6自由度水下机器人动力学分析与运动控制

对6自由度水下机器人的动力学与运动控制进行研究.首先考虑重力、浮力、推力以及水动力的影响,建立水下机器人的动力学模型,对机器人的复杂水下动力学行为进行描述.在此基础上,根据解出加速度法设计非线性控制器,包括内外两个控制回路.其中外控制回路根据机器人实际轨迹与期望轨迹之间的偏差进行负反馈控制,内控制回路根据机器人动力学特性引入非线性补偿,把机器人转化为一个更易于控制的线性系统,从而准确实现对理论轨迹的跟踪.最后对水下机器人跟踪目标进行运动控制仿真.从仿真结果可以看出,利用该方法可以使水下机器人具有良好的轨迹跟踪能力.