基于多传感器的大口径器件自动对准策略

针对大口径器件的装配, 基于搭建的实验平台, 提出了一种多传感器反馈的分阶段自动对准策略, 实现了大口径器件的六自由度位姿对准. 对准过程中, 在机器人末端远离装配位置时, 采用视觉测量安装框架的相对位姿进行粗对准; 在机器人末端接近装配位置时, 由于安装框架尺寸大导致视觉不能获得完整的框架相对于大口径器件的位姿, 所以采用视觉采集安装框架的局部图像, 利用基于图像的控制消除绕Z轴的旋转误差和沿X、Y轴的平移误差, 采用多个激光测距传感器测量相对距离, 利用基于位置的控制消除沿Z轴的平移误差和绕X、Y轴的旋转误差, 实现大口径器件与安装框架的精对准. 采用增量式PI控制算法, 实现了对准的运动控制. 实验结果验证了所提方法的有效性.     

悬臂式掘进机位姿检测方法研究现状

从悬臂式掘进机位姿检测原理出发,介绍了分别基于扇面激光、室内GPS(iGPS)、全站仪、机器视觉、超宽带(UWB)和惯导的掘进机位姿检测方法。基于扇面激光的掘进机位姿检测方法具有计算简单、掘进机机身航向角及X轴(垂直两帮煤壁方向)坐标测量精度高的优点,但无法检测掘进机机身Y轴(掘进方向)、Z轴(垂直地面方向)坐标;基于iGPS的掘进机位姿检测方法能实现全参数位姿测量,检测精度高,但有效测量距离小;基于全站仪的掘进机位姿检测方法能实现全参数位姿测量,但标定、移站复杂;基于机器视觉的掘进机位姿检测方法具有掘进机截割头位置及掘进机机身姿态测量精度高、X轴和Z轴坐标测量精度高的优点,但无法检测掘进机机身Y轴坐标;基于UWB的掘进机位姿检测方法具有自主移站便利、Y轴坐标测量精度高的优点,但Z轴坐标误差较大;基于惯导的掘进机位姿检测方法具有姿态角测量精度较高、测量过程独立非接触的优点,但三轴坐标测量存在累计误差。为满足有效测量距离大于100m、三轴定位误差小于10cm、姿态角误差小于1°的实际应用要求,需要进一步研究机器视觉、UWB、惯导相结合的掘进机位姿组合检测方法,以实现掘进机全自主、全参数、非接触位姿检测。     

NX点坐标的自动生成与Excel矩阵运算的应用

本文讲述如何使用NX内部函数产生模型曲面上点的X、Y、Z坐标值,以及如何在模型平移且旋转后应用Excel矩阵计算函数产生基于模型测量基准点的坐标值。     

修正安装矩阵提高FY-3B/MERSI的地理定位精度

遥感数据的地理定位精度是影响其定量化应用的重要因素,为了提高FY-3B中分辨率光谱成像仪(MERSI)L1级数据的定位精度,分析了地理定位算法模型中安装矩阵与实际定位偏差之间的关系,通过修正风云三号卫星地面应用系统预处理模块中参数——安装矩阵,提高了地理定位精度。当仪器坐标系分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转一个小角度后,遥感图像的定位结果会分别产生左右平移、前后平移和旋转变形。分析并建立旋转角度与变形之间的数量关系,根据海陆掩码与遥感图像的偏差程度估算安装矩阵的误差。修正安装矩阵后,计算出的定位结果准确性得到明显提高,精度达到1个像元左右。通过一段时间的业务系统测试,地理定位结果的质量稳定可靠。     

基于触觉交互界面的虚拟现实警务训练系统

虚拟现实凭借着其高沉浸感的体验,在警务仿真培训中有着广泛应用,由于商用虚拟现实系统多关注视觉反馈,难以使用标准的手控器为警务培训提供逼真的触觉交互体验。触觉交互界面基于多功能的离散单点触控交互系统,可实现虚拟现实中的道具操作直接交互,针对虚拟训练中的警务场景,该系统能够识别用户所选道具,并响应用户的交互动作,以提高虚拟现实系统的交互真实性。该系统使用HTC Vive 追踪器对用户进行运动捕捉,以生成人体骨架驱动虚拟代理。同时,使用单片机获取并处理用户的道具选择信息及用户与道具的交互信息,再通过蓝牙通信传输至上位机。硬件设计采用 STM32F103 系列中的 C8T6 最小系统板,相关功能通过软件 Keil5 编程实现。实验验证了系统的正确性和可行性,能够提供多样的物理触觉代理,增强了虚拟环境中的交互体验。该系统为虚拟现实交互技术提供了新的思路和方向,具有很好的应用前景。     

对焦运动的模糊PID控制方法

针对生物组织表征与分析仪器对焦问题,研究基于模糊控制的Z轴对焦运动方法。基于黄金分割法的搜索算法得到期望的运动位置,首先建立Z轴对焦运动的数学仿真模型,设计模糊结构;然后实现基于模糊控制器的轴对焦运动的仿真与分析,揭示比例常数、积分系数和微分系数的变化量对轴对焦运动误差的影响规律;最后实现Z轴对焦运动的模糊控制。实验表明,该控制方法比传统控制响应速度有较大幅度的提高,验证了所提出的模糊控制的Z轴对焦方法具有动态性能强和鲁棒性好的优点。     

定点法扫描仪外部标定算法

研究了缺损零件的机器人快速再制造系统中，当机械手夹持扫描仪扫描固定的零件时，通过采用测量空间虚拟固定点的方法进行扫描仪外部标定算法的实现，即标定扫描仪的坐标系与机器人末端坐标系(即Tool0)间的旋转(即Rx, Ry, Rz)和平移(即X，Y，Z)关系，并给出了基本算法原理和求解方法、数据采集过程以及实验结果分析等内容。     

电子稳像中基于运动分类的全局运动估计算法

提出一种基于运动分类的全局运动估计算法.首先,分区提取图像中的鲁棒Harris特征点,并采用特征窗匹配思路,提高匹配速度;其次,对运动矢量在平移、旋转和缩放模式下的统计特性进行分析,提出运动类型快速判定方法,并验证特征点的有效性;再次,将有效点对代入运动方程,求取全局运动参数;最后,结合Kalman滤波来补偿当前帧实现视频稳像.实验结果表明,该算法能够处理含摄像机扫描和抖动的复杂场景,检测误差小于0.5像素,且达到实时处理.     

4m×3m低速风洞大迎角装置运动关系分析与多轴联动控制策略

4m×3m低速风洞大迎角支撑装置迎角α的变化是通过三角连杆滑块机构实现的,实现迎角α匀速旋转是一个非线性速度控制过程;为了保证支撑装置在实现迎角α和侧滑角β精确定位过程中,按照要求的角速度匀速转动,并保证在转动过程中模型中心不偏离风洞轴线,文章在对迎角α机构、侧滑角β机构、Y向升降机构、Z向横向平移机构速度和位置运动关系进行全面数学分析的基础上,对多轴联动速度和位置控制方法进行了深入研究,最后采用控制虚拟旋转主轴,α、β、y、z机构位置随动的方法,解决了三角连杆滑块机构实现迎角α高精度匀速旋转和滑角β、Y横向和Z纵向机构高精度位置随动控制,实现了模型姿态角匀速转动的同时模型中心偏离风洞轴线小于1mm目标精度。     

基于惯性测量系统的人体运动捕捉技术

通过对人体运动捕捉技术的研究,引入对偶四元数姿态变换方法,利用惯性姿态测量系统捕捉手臂关节的运动角速度、运动加速度、运动轨迹等信息。结合惯性传感器捕捉的人体肢体段的运动学参数,建立虚拟人体棒状骨架模型,实时驱动虚拟人手臂运动。实验结果表明,对偶四元数变换的方法结合了四元数旋转和对偶数平移的特点,避免了在大角度下欧拉角产生的奇异现象;对比图像捕捉系统,惯性运动捕捉系统能够方便获得运动姿态数据,快速建立虚拟人体结构模型。     

基于面部特征点的单幅图像人脸姿态估计方法

针对目前基于学习的姿态估计方法对训练样本及设备要求较高的问题,提出一种基于面部特征点定位的无需训练即能估计单幅图像中人脸姿态的方法.通过Adrian Bulat人脸特征点定位器和Candide-3构建稀疏通用人脸模型并获得五官特征点,确定模型绕Z轴的旋转范围及搜索步长,在指定Z轴旋转角度下,使用修正牛顿法通过模型的旋转...     

A virtual reality-based system for hand function analysis

The goal of this study was to demonstrate the usability and usefulness of virtual reality technology in assessing hand functions. Ten healthy, non-disabled right-handed adult volunteers were recruited. Each volunteer used a dataglove to insert three-dimensional virtual representations of a cylinder and a prism into the target holes. To verify the reliability of the tests, each subject was retested twice. The performance testing assessed the visual-motor coordination a person needs to achieve a task accurately and within a set time. For each trial, the root mean square (RMS) value of the hand movement trajectory was projected onto the X, Y, and Z axes. This projection enabled us to measure the extent of the genuine, summative displacement of the manipulating hand. The reproducibility of the virtual reality assessment was analyzed using the intraclass correlation (ICC) approach. The total ICC values of 10 subjects demonstrated a high task completion time and RMS on the X and Z axes for the transferring of the prism. However, the values were low for the transferring of the cylinder. Because the individual coefficients of variations (CVs) varied widely in the moving of both the cylinder and the prism, the total (CVs) showed a high reading for the task completion time. Although rehabilitation clinics routinely carry out peg-moving exercises for disabled patients, our model provides a valuable quantitative real time and off-line measure of whole hand functions.     

Self‐alignment and calibration of a MEMS IMU: Improving observability and estimability by rotary motions of IMU

The stationary self‐alignment and calibration (SSAC) for a low‐cost MEMS IMU is quite challenging due to the poor observability of an inertial system under static condition and the significant sensor errors of MEMS inertial sensors. This research proposes to employ IMU rotations to improve the system observability and estimability regarding the SSAC of a low‐cost MEMS IMU. IMU rotations about the X, Y, and Z axes are employed in this paper. The analytic estimation algorithm for each error state is derived and the observability of the system with IMU rotation is analyzed. As the observability analysis will not provide clues about how well an error state can be estimated, the estimability analysis is also conducted based on the eigenvalues and eigenvectors from the covariance matrix in the Kalman filter. Tests are conducted with a tri‐axial turntable to verify the improvements on system observability and estimability brought by IMU rotations. Of both theoretical analysis and results indicated with proper IMU rotations, only azimuth error still remains unobservable, and the IMU rotation also significantly improves the estimability of all error states, including the unobservable azimuth.     

三维植物的计算机模拟算法研究

针对L系统的数学模型和构图原理提出对具有自相似结构的植物在三维空间内进行计算机模拟的算法研究。将L系统对植物的模拟的应用从二维空间转变到三维空间,定义3个空间坐标轴上的余弦值X,Y,Z与3个给定的3个坐标轴上的旋转矩阵的乘积作为植物在3个坐标方向上旋转参数,使绘制出的植物产生明显的三维效果。并且以VC 6.0作为运行环境,结合OPENGL函数库提供的强大绘图功能,对算法进行计算机上的实现。探讨了通过增加植物的绘制次数,改变观察者视点的位置,实现对树林的模拟。通过引入随机数产生器使行、列间距离产生随机变化,同时也能够随机调用不同的字符串复写规则使树林中产生不同类型、颜色、大小的树木,提高了对自然景物模拟的逼真度。     

基于CAN的嵌入式PLC和手持编程器通信设计

为解决嵌入式PLC和手持编程器的通信问题,分析了嵌入式PLC和手持编程器的通信工作过程,提出了采用LPC2478以及其自带的CAN控制器进行通信节点硬件设计.针对系统通信特点,设计了CAN扩展协议,并重点介绍了CAN扩展协议的格式含义及采用uC/OS-Ⅱ实时操作系统和CAN扩展协议进行系统软件应用程序的设计及编写方法.通过实验结果表明,该设计可以实现手持编程器和嵌入式PLC远程下载、读取、监控等通信功能.     

虚拟显微白内障手术系统人机交互接口设计

基于虚拟现实技术的显微白内障手术仿真训练系统对显微环境下眼科手术操作培 训具有重要的意义。为此,设计并搭建了一套具有高度沉浸感的虚拟显微白内障手术训练系统 的软硬件环境。硬件部分系统以 HTC Vive,Geomagic Touch X 为硬件基础,设计手术器械转换 接口以搭建高保真手术操作环境;软件部分采用基于位置动力学方法(position-based dynamics) 模拟手术过程中眼角膜软组织的变形、穿刺及缝合操作,并采用 GPU 并行计算对手术仿真过程 进行加速。最后,实验结果表明该系统可以实现自然的显微眼科手术人机交互环境,使年轻医 师获得高沉浸感的真实手术训练体验,从而达到一定的培训效果。     

Model for robot motion performance

Experimental studies were conducted on the Prab Model E, General Electric P-50, and Cincinnati T3 robots to develop a model to predict performance times for motions in the X, Y, and Z axes. Based on this analysis, it was determined that some robots have a definite point where the programmed velocity does not affect the time to move from one point to another.     

Whole-body vibration: Measurement of horizontal and vertical transmissibility of an agricultural tractor seat

The seats may significantly reduce the exposures levels transmitted to the driver, but the European Directive 2002/44/EC (2002) requires only tests on the damping seat capacity along the vertical direction, whereas nothing is required for the longitudinal and transversal directions.Field tests were carried out using a 93 kW tractor to verify the vibrational comfort values given by seat with pneumatic suspension. The tests were executed with the tractor running on different surfaces, at two different forward speed and tire pressures and with different tractor masses. Three repetition were carried out for each configuration. Accelerations were always measured on both the seat and the cabin platform and the calculations were done using the ISO 2631 standard suggestions. The vibration total values and the acceleration transmissibility along the 3 perpendicular axes were calculated and analysed.Despite different boundary conditions (surface, tire pressure, forward speed and tractor mass distribution), along the Z axis the transmissibility was constantly around 0.7, to confirm that the seat worked well to damp the vertical exposures. Different were the situations for the X and the Y axes. Excluding the asphalt, on the other crossed surfaces high transmissibility values were observed (never less than 1), especially along the X axis.Relevance to industry. This paper describes the vibration transmissibility of an agricultural tractor seat. Tests were carried out with the tractor running on different surfaces and with different configurations. The seat transmissibility along the three orthogonal directions was acquired.Results suggest that the tractor manufacturer should consider, during the machine design, also the rolling and pitching movements, because the seat accelerations along the X and Y axes are influenced by them. The seat manufacturer could reduce the rolling and pitching effects using specific suspension systems along the horizontal and lateral directions.     

基于参数自学习的无人车越野环境跟踪控制方法

针对无人车在越野环境下难以高速、高精度地跟踪复杂路况的问题,设计了一种参数自学习的前馈补偿控制器,与模型预测控制方法构成前馈-反馈的控制结构。在该控制结构中,前馈控制根据实时状态的跟踪误差在线更新学习系数,有效考虑车辆高速运动过程中无法精确建模的非线性动力学特性以及复杂路况不断变化的曲率和路面条件等的影响,在保证稳定性的同时快速减小跟踪误差。在越野场景进行了高速的S型与直角弯路径跟踪实车实验来验证参数自学习控制器的有效性,结果表明,所设计的参数自学习控制器相比传统的模型预测控制器跟踪误差和横摆都较小,在跟踪精度和车辆稳定性上都有较大改善。     

电机多通道振动信号有损压缩的一种新方法

就多通道检测的电机振动信号提出了一种超复数离散余弦变换的有损压缩方法.检测实验是分析感应电机检测点上的X、Y、Z三正交轴上分别对应于3个通道的振动数据.该方法可以有效压缩三通道信号信息,提取信号本质特征,既保存采样点上信号之间的关联,又剔除噪声与冗余成分.实验证明其效果很好,为多通道数据提供了一种数据有损压缩与特征提取...