高压线路末端可重构四臂移动作业机器人控制系统设计

针对完全依靠人工带电更换高压输电线路悬垂绝缘子串和拧紧耐张跳线引流板螺栓两种作业效率低、劳动强度大、高空、高压危险的不足设计了一种末端可重构四臂移动作业机器人构型。提出了机器人末端机械系统、电气系统、软件系统的重构原理和方法,给出了机器人硬件系统和软件系统的设计思路,最后在实际线路上进行带电作业试验,结果验证了文中所设计的四臂移动作业机器人控制系统具有较强抗电磁干扰能力,机器人顺利实现了两种作业功能,进一步提高了作业效率和安全性。     

核主泵轴密封节流管标定技术

节流管降压的准确值直接决定核主泵机械密封的运行条件,若降压后的压力过高会使轴密封失效,将导致机械密封泄漏量增大,影响核主泵的安全运行。为了实现压降值的精确测量,本文通过对沿程损失公式进行推导得出Q/ΔP~(1/2)与Q/u×10~5的近似线性关系,并应用于节流管标定试验,标定结果完全满足规定温度和流量下的降压要求。通过与理论计算长度比较确定,由于节流管表面粗糙度不同,实际标定长度与理论长度存在长度差,表明节流管的理论设计必须经过试验验证才能应用于工程。     

基于双目视觉的接触网绝缘子三维位置重建

水冲洗是解决因接触网绝缘子尘污造成的电气化铁路污闪事故的重要方法,自动水冲洗是代替目前人工冲洗劳动环境差、冲洗效率低的主要途径,而接触网绝缘子三维位置重建是实现自动冲洗的关键。文中提出一种基于双目视觉的接触网绝缘子三维位置重建方法,识别双目摄像机图像中的绝缘子特征。通过摄像机内外参数标定,采用特征匹配算法得到左右图像的匹配点对,利用投影变换矩阵得到绝缘子形心的三维坐标,获得绝缘子的深度距离信息。实验表明:在1 200~3 200 mm距离范围内对绝缘子进行三维位置还原,还原绝对误差最大为226 mm,满足冲洗精度要求。     

基于全景相机的3D坐标测量方法

全景相机通过一次成像获取其周围3600场景,是一种大视场快速图像采集装置。研究了应用双鱼眼全景相机获取三维空间点的方法,研究了单鱼眼镜头成像模型,双鱼眼全景相机成像模型及图像变换原理。研究了鱼眼镜头成像畸变等校模型参数的标定方法,实现了对鱼眼畸变图像的矫正。提出了由全景图像数据解算任意方向等效鱼眼镜头成像数据的数学模型。最后应用平行光轴双目立体视觉技术,获得了被测场景的3D坐标数据。研究结果表明,应用这种方法在4 m×3 m×3 m的测量范围内精度可达13 mm。     

并联式自动加注机器人运动学标定

为解决并联式自动加注机器人在高精度运动学逆解建模的问题,以并联式自动加注机器人为对象,对其 运动学标定进行研究。采用矢量微分法建立位姿误差模型,对各误差源对动平台末端位姿的影响规律进行分析,寻 找合适的标定位置,并以位姿均方根误差最小为目标函数,使用粒子群算法对神经网络结构进行优化,最后通过仿 真试验对其进行验证。仿真结果表明：该方法能有效提高并联式自动加注机器人的精度,为后续实验应用提供了理 论依据。     

单目结构光扫描仪的系统标定技术研究

针对单目结构光扫描系统中投影仪难以准确标定的难题,通过分析投影仪的工作原理和投影特性,提出了10参数投影模型。将投影过程看作摄像的逆过程,借助于摄像机建立投影仪栅片图像和CCD像机图像的对应关系,提出了基于外差式多频相移的投影仪栅片图像生成方法。由拍摄和生成得到的标定图像,基于摄影测量原理分步实现了摄像机内参数、投影仪内参数和他们的相对外参数,实现了扫描仪的系统标定。结果表明:标定实验中用标定结果对标定板上的标志点进行重投影,重投影误差在0.08 pixel以下,具有较高的标定精度;经该方法标定出的单目结构光扫描仪测量标准球的绝对误差小于0.07 mm,能满足大多数物体型面的测量要求。     

天车机器人设计

为实现天车调运的自动化、机器人化,设计了实验室环境中的天车机器人。天车机器人的大车通过齿轮机构驱动,小车通过丝杠机构驱动,实现大车、小车及吊钩的3个坐标方向的运动;下位机采用单片机控制系统,通过电机驱动器实现对不同电机的控制,并通过蓝牙与上位机进行控制指令的通信;天车机器人视觉系统采用平行双目立体视觉结构,经标定后实现对目标物的视觉定位、测量等功能。实验结果表明:标定后的天车视觉系统校正精度高、目标定位准确,为进一步研究立体视觉匹配及深度信息测量打下了基础。     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。     

基于体视显微镜的细观材料应变检测方法研究

提出了一种基于双目体视显微镜和数字图像相关技术来解决细观材料三维全场应变测量的方法,举例说明了传统的校准技术在校正立体显微镜畸变过程中存在的问题,进而提出了一种新颖的校准方法来对显微镜进行标定,从而获得较高的三维位移场和应变场测量精度。液压胀形实验的应变测量结果表明,该细观应变测量系统在测量细观材料表面全场应变时具有可行性,同时有限元模拟的结果与实验结果比较吻合,最大主应变的偏差在10%之内,证明了该系统可以准确地测量微小尺寸的材料应变。     

13×4.50B车轮轮辋辊压成形工艺关键技术及数值模拟

针对13×4.50B车轮轮辋的结构特点,利用有限元软件ABAQUS/Explicit对车轮轮辋辊压成形工艺及关键工艺参数进行数值分析,并进行试验验证。模拟分析了轮辋辊压工艺中的辊压成形次数n、变形系数M、轮辋标定直径D和轮辋标定宽度A等参数对辊压成形的影响;介绍了车轮轮辋关键尺寸的计算方法;通过模拟分析得到了轮辋的扩口应力和厚度关系云图、第一至第三辊压应力和厚度云图,并进行辊压过程准静态分析等。模拟结果表明:变形系数M为关键工艺参数,标定宽度尺寸A和轮辋标定直径D在各道次中基本保持一致,D的扩张余量为1%较合理,试验结果与模拟结果相符合。