一种面向移动平台的无人机自主降落控制方法

准确获取无人机的位姿信息是顺利执行无人机自主导航、着陆的首要前提。由于GPS/INS导航系统的局限性和IMU惯性导航系统的误差,提出了一种基于视觉导航的方法。设计了"H"形图像的着陆标志,对机载摄像机采集的实时影像进行图像处理,利用世界坐标系到图像像素坐标系的映射关系得到基于视觉的无人机位姿估计模型,进而解算无人机当前的位姿估计值。上述方法提高了无人机的着陆安全性。仿真结果验证了算法的有效性和位态信息的精确度。     

基于激光靶向跟踪的悬臂式掘进机位姿测量系统研究

掘进机位姿准确快速测量是煤矿巷道智能掘进的前提和基础。目前悬臂式掘进机位姿测量存在非绝对位姿测量、测量精度低、布置复杂或仅能测量少数位姿参数等问题,无法满足智能掘进需要。针对上述问题,在基于激光靶向跟踪的悬臂式掘进机位姿测量方法的基础上,设计了一种基于激光靶向跟踪的悬臂式掘进机位姿测量系统。该系统由激光跟踪装置和激光标靶组成,激光跟踪装置安装在巷道后方,发射激光到安装在悬臂式掘进机机身上的激光标靶上并跟踪激光标靶移动,通过求解激光跟踪装置、激光标靶、掘进机和巷道等坐标系间的转换矩阵即可测得掘进方向位置、偏距、高度、偏向角、俯仰角和翻滚角6个绝对位姿参数,实现了悬臂式掘进机在巷道大地坐标系中绝对位姿的全参数实时测量。分析了该系统的误差影响因素,仿真得到了其误差分布规律：随着掘进距离增加,掘进机姿态测量误差在一定范围内变化,偏距和高度测量误差呈线性增加趋势;在5～80 m测量范围内,掘进机偏向角、俯仰角和翻滚角测量误差分别小于1.4,1,0.03°,掘进方向位置测量误差小于5 mm,偏距和高度测量误差均小于20 mm。利用履带式机器人底盘搭建了位姿测量实验系统,开展了其在模拟巷道中的位姿测...     

基于迭代最近点的井下无人机实时位姿估计

针对煤矿井下无GPS信号、低照度、结构化环境等特点,提出了一种基于迭代最近点(ICP)的井下无人机实时位姿估计方法。通过建立四旋翼无人机运动模型与机载激光雷达观测模型,将煤矿井下四旋翼无人机位姿估计问题转换为机载激光点云数据的扫描匹配问题。用三维激光雷达作为四旋翼无人机机载环境测量传感器,得到无人机当前位姿下的观测点云数据;以第1帧位置为初始位,通过ICP方法得到连续2帧点云数据之间的相对变换矩阵,迭代求解连续关键帧点云数据,得到煤矿井下四旋翼无人机实时位姿估计结果。采用滤波与下采样方法对点云数据进行优化,加速变换矩阵的求解,满足四旋翼无人机位姿估计实时性需求。实验结果表明,基于ICP的井下无人机实时位姿估计方法能够快速、有效地求解四旋翼无人机位姿,相比于正态分布变换方法,ICP方法更适用于煤矿井下四旋翼无人机的实时位姿估计。     

基于双全站仪的中子谱仪样品台位姿标定方法

中子谱仪样品台是实现样品上待测量点精确移动到衍射点并实现待测量矢量与Q散射矢量对齐的功能,从而进行残余应力测量。提出了一种基于双全站仪的位姿标定方案来实现样品台的以上功能,采用双全站仪测量系统和便携式激光扫描臂系统对各个坐标系进行标定。分别设计了样品坐标系、四轴样品台坐标系、中子谱仪衍射坐标系和全站仪坐标系的标定方案,并精确地设计了基于基准球的标定方案,由刚体变换法求得样品坐标系和全站仪坐标系之间的位姿转换矩阵,对样品上待测量点进行运动求解得到样品台的运动指令,并进行了实验验证。实验结果表明该方案能实现待测量点精确移动到衍射点,使待测量矢量与Q散射矢量对齐。     

基于地形高程模型的飞行器位姿估计方法

针对无法依靠景象匹配手段进行导航定位和无法有效利用惯导姿态信息的情况,提出了一种基于地形高程模型的飞行器绝对姿态和位置的估计方法。该方法首先利用机载下视摄像系统获取实时立体图像对及利用传感器获得飞行速度信息,通过修改双像运动模型来重建飞行器下方的地形信息;然后利用三维重建结果的刚体约束给出一种匹配机载地形高程模型数据的方法,用于估计飞行器在世界坐标系中的绝对位姿。仿真结果表明：改进的双像运动模型具有更高的精度,更有利于在世界坐标系下进行位姿估计。     

救援救生仿真系统中虚拟人运动控制的实现

利用起点终点的直线距离生成Hermite曲线的方法,用该方法生成的曲线能有效地逼近原始曲线.将生成Hermite曲线的方法应用到救援救生视景仿真系统中,根据全局坐标系中建立局部坐标系以确定位姿,同时将坐标系中的位姿用矩阵形式表示,利用起点坐标和终点坐标计算得到控制点坐标,并能够保证虚拟人可以运动到终点位置.结合DOF节点作为控制虚拟人运动的控制点,同时获取正确的DOF节点相对于船的位姿,实现了虚拟人随时间变化沿Hermite曲线在摇晃的船上运动.     

基于反步法的四轮车体跟踪控制半实物仿真研究

人机共驾是非自动驾驶迈向全自动驾驶的中间过渡技术,其半实物仿真能显著减少实车的实验消耗.针对不具备四轮车体模型的仿真平台以及传统坐标系转换方法的局限,基于两轮差速移动车体模型和四轮车体模型的位姿状态误差,利用一种非线性反步控制方法,实现对四轮车体模型运动轨迹的有效实时跟踪.通过方向盘和踏板在虚拟现实环境下进行人机共驾模拟,为开发更逼真的人机共驾及模拟辅助驾驶系统提供了参考.以车体前进方向速度和导向轮角度作为系统输入,通过考察两轮差速移动车体和四轮车体的位姿状态误差,分别在数值仿真和半实物仿真实验条件下,对比并验证了所提出方法的有效性,行驶方向上10km的平均累积误差为4.56m.     

无人机航拍图像实时位姿估计

针对无人机航拍图像位姿估计采用单目视觉SLAM(simultaneous localization and mapping)时具有尺度不确定性、大场景下累积误差带来的轨迹漂移以及得到的是一个局部坐标系下的相对位姿问题,提出了一种无人机航拍图像实时位姿估计的方案.首先,实时进行视觉图像的跟踪,通过引入RTK(real-time kinematic)信息得到视觉坐标系与世界坐标系的转换关系并且解决尺度不确定性和轨迹漂移的问题,最后得到一个世界坐标系下的位姿.考虑到视觉SLAM处理的视频流会处理冗余的图像,且增加了图像的存储、拍摄和计算的压力,该方案采用处理非连续拍摄的低重叠度图像来计算位姿以避免这些问题.在真实场景下的实验结果表明,该方案的精度比当前主流的开源框架ORB-SLAM2、DSO、OpenMVG的精度更高,并且实现了整体轨迹误差的均值在10 cm以内.     

基于单目视觉的电动公交车自动更换电池系统

目前电动公交车所用电池沉重而体积大,人工更换时存在挪动调整费力、精确定位困难等问题。针对这些问题,提出一种基于单目视觉的电动公交车自动更换电池系统。该系统使用单目摄像机获取图像,对蓄电池箱的空间位姿进行测量,再通过两级导轨和旋转机构将蓄电池调整到指定位置。位姿测量时采用基于点特征的单目视觉测量算法,提取蓄电池箱的四个角点作为特征点,根据特征点在物体坐标系下以及在CCD成像面上的坐标值,在空间投影模型的基础上求解出物体坐标系相对于摄像机坐标系的变换矩阵,从而求得蓄电池箱的空间位姿。实验证明该方法具有较高的可靠性,并且满足实际问题的精度要求。     

基于时延补偿机理的工业机器人视觉跟踪控制系统

为提升机器人抓取精度,基于时延补偿机理设计工业机器人视觉跟踪控制系统。通过摄像机与机械臂之间的坐标系关系标定摄像机的外部参数;对工业机器人的运动情况进行建模,机器人机械臂在运动过程中产生坐标系变换,利用齐次坐标变换矩阵描述机械臂连杆运动位姿,引入模糊时延补偿算法,提高机械臂跟踪控制精度。系统性能测试结果表示：针对不同形状和位姿角度的物体,设计的系统在抓取过程中能够逐渐缩小误差,最终提高实验中的成功抓取次数,验证了设计系统的可靠性。     

电视机屏幕高次方程曲面的精确绘制

在进行产品设计时,经常要用到曲线、曲面的绘制。高次方程表达的曲面如Z=f (x, y)对于三维绘图软件往往难于实现。介绍了一种快速、精确地绘制高次方程曲面的方法,即使用数学软件MATLAB来进行点阵数据的计算,然后将点阵数据保存到记事本当中,并转化为Pro/E可以接受的*.ibl形式,在Pro/E中生成曲面并进行曲面的优化,从而拓宽了Pro/E软件在曲面设计中的应用。     

Pro/E上二次开发具有文档-视结构的应用程序

为了避免当前Pro／E二次开发中只能使用对话框的缺陷,满足开发功能较复杂、界面相对独立的应用程序的需要,提出了运用VC和MFC,利用Pro／Toolkit开发基于Pro／E具有文档-视结构的应用程序的方法．详细论述了开发环境的设置、应用程序的结构和运行过程,以及开发中的关键技术．实例证明该方法正确、简便,既能保证应用程序与Pro／E无缝交互,又具有相对独立的用户界面,且在程序开发中可以完全利用MFC的强大功能和丰富资源．     

虚拟制造环境下数控机床的运动学建模与仿真

首先利用Pro/E软件建立三轴数控铣床的虚拟模型,以最简化原则建立运动副的坐标系后,对机床结构进行分析,建立了虚拟环境下任意三轴数控机床的通用运动学模型,实现了任意虚拟三轴数控机床运动的通用求解方法。最后结合ADAMS软件对XH-714型三轴数控铣床的圆周运动进行仿真分析,最终验证了所建虚拟数控机床运动学模型的正确性。     

Periodic coordinated rotating motion control of second-Order multi-Agent systems under directed interaction topologies

This paper investigates the problem of periodic motion control of second-order multi-agent systems in three dimensions under directed interaction topologies. Distributed algorithms for periodic rotating motion around a static and moving target were proposed by exploring the introduction of Cartestian coordinate coupling for each agent. In case of a static target, we show that when the nonsymmetric Laplacian matrix has certain properties, the damping gain is above a certain bound, and the Euler angle is equal to a critical value, all the agents will eventually rotate around the target periodically. In case of a moving target, the composite motion behaviours with translation and rotation will emerge, when this moving target's information can only be available to one or one subset of these agents and all agents have only local interactions. Tools like matrix theory, linear system theory and other mathematical skills were used for convergence analysis. Simulation results were provided to illustrate the effectiveness of the theoretical results.     

一种基于移动坐标系的新型节点定位算法

提出一种与距离无关的基于移动坐标系的分布式定位算法,以移动锚节点为原点建立坐标系,未知节点以邻居锚节点信息在临时坐标系中确定自身位置区域,通过在不同坐标系下确定的位置区域取公共集不断缩小自身未知区域,最后利用质心算法求出节点位置坐标。仿真结果表明:新算法拥有较高的定位精度和适度的开销。     

弧面凸轮分度机构设计及建模方法研究

利用D-H坐标系建立弧面凸轮的轮廓方程和共轭接触线方程。充分利用球形滚子的几何特征,先绘制中心轨迹线,然后通过Pro/E软件建立弧面凸轮的三维实体模型,从而为实现弧面凸轮的数控加工、该机构的动力学分析和运动仿真等奠定了基础。     

像平面与空间平面的变换及其在移动机器人中的应用

说明了像平面与空间平面的变换以及摄像机在固定，旋转和平移时变换矩阵的求解方法．还讨论了该变换在移动机器人定位，障碍物检测，运动参数分析和三维坐标计算上的应用．     

A General Framework for the Selection of World Coordinate Systems in Perspective and Catadioptric Imaging Applications

An imaging system with a single effective viewpoint is called a central projection system. The conventional perspective camera is an example of central projection system. A catadioptric realization of omnidirectional vision combines reflective surfaces with lenses. Catadioptric systems with an unique projection center are also examples of central projection systems. Whenever an image is acquired, points in 3D space are mapped into points in the 2D image plane. The image formation process represents a transformation from ³ to ², and mathematical models can be used to describe it. This paper discusses the definition of world coordinate systems that simplify the modeling of general central projection imaging. We show that an adequate choice of the world coordinate reference system can be highly advantageous. Such a choice does not imply that new information will be available in the images. Instead the geometric transformations will be represented in a common and more compact framework, while simultaneously enabling newer insights. The first part of the paper focuses on static imaging systems that include both perspective cameras and catadioptric systems. A systematic approach to select the world reference frame is presented. In particular we derive coordinate systems that satisfy two differential constraints (the compactness and the decoupling constraints). These coordinate systems have several advantages for the representation of the transformations between the 3D world and the image plane. The second part of the paper applies the derived mathematical framework to active tracking of moving targets. In applications of visual control of motion the relationship between motion in the scene and image motion must be established. In the case of active tracking of moving targets these relationships become more complex due to camera motion. Suitable world coordinate reference systems are defined for three distinct situations: perspective camera with planar translation motion, perspective camera with pan and tilt rotation motion, and catadioptric imaging system rotating around an axis going through the effective viewpoint and the camera center. Position and velocity equations relating image motion, camera motion and target 3D motion are derived and discussed. Control laws to perform active tracking of moving targets using visual information are established.     

基于Pro/TOOLKIT二次开发的机床零件工程图快速生成研究与实现

针对使用Pro/E 4.0软件自身创建的工程图不符合国标和出图效率不高的问题,本文介绍了在Pro/E 4.0环境下工程图配置文件的设置方法,便于定制符合国标的工程图模板;研究了通过Pro/Toolkit二次开发技术生成工程图的方法并利用MFC编程予以实现,具有一定的实际意义.     

Pro/E和UG之间三维模型数据交换方法

为了实现CAD系统（Pro/E）和CAM系统（UG）之间三维实体模型数据交换,以卫星零部件为对象,根据系统之间数据交换的机制,在分别研究了IGES标准和STEP标准的基础上,基于这2种标准进行了数据交换实验比较,提出了基于STEP标准实现Pro/E和UG之间实体模型数据交换的方法.