可重构机器人模块间装配误差识别方法研究

基于对可重构机器人配对接口间位姿误差的分析划分,研制模块间装配误差在线测量识别接口,建立配对接口位姿误差与接口几何结构偏差之间的关系模型,进而建立配对接口位姿误差与配对接口内部测距传感器测量值之间的映射关系模型,提出一种基于内部测距传感器位移量的模块间装配误差在线识别、补偿方法.为验证方法的正确性,研制单关节?连杆试验平台.试验结果表明装配误差经在线识别、补偿后,连杆末端的位置误差平均值减少7倍多.     

基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测

针对工字梁、箱梁等焊接结构自动化生产中工件偏移和偏转问题,提出了一种基于激光位移传感器的角焊缝位姿检测方法。建立了角焊缝位姿的弧长模型,分析了角焊缝位姿对弧长的影响规律;基于傅里叶分析,提出了角焊缝位姿解耦算法,实现了对角焊缝横向偏差、纵向偏差、坡口角度和工件偏转角度的检测;通过对存在坡口间隙和定位焊缝的角焊缝进行位姿检测试验。结果表明,所提出方法具有检测误差小、抗干扰能力强等优点,在焊接自动化生产中具有良好的应用前景。     

面向掘进机的超宽带位姿检测系统精度分析

为实现悬臂式掘进机的无人化作业,提出了一种基于超宽带(UWB)测距技术的位姿检测方法;通过分析悬臂式掘进机工况环境及局域定位技术原理,设计了UWB位姿检测系统,该系统利用4个搭载UWB模块的移动基站机器人对机身节点进行测距,经过解算测距信息得到掘进机位姿参数;并开展了狭长封闭巷道中的UWB测距精度验证实验,仿真分析了基于直接解析法和基于Caffery算法的系统位姿精度。研究表明UWB模块在狭长封闭巷道中的测距精度可达2 cm,系统三轴定位精度在10~95 m的狭长封闭空间中从4 mm~3 cm呈线性增加,系统航向角、俯仰角、横滚角精度从0.2°~1.5°呈线性增加,满足悬臂式掘进机位姿检测精度要求,为掘进机自主巡航的实现提供了基础。     

齿轮三维测量中线激光传感器位姿标定方法

在齿轮三维测量中,传感器位姿标定的结果直接影响测量结果的准确性。 本文提出了一种基于特征标准件的线激光传 感器位姿标定方法,并设计了一款具有一定几何特征的标准件。 该方法解耦了传感器与仪器之间的位姿关系,通过运动过程中 传感器与标准件的几何关系计算传感器的三个姿态角并调整至标定零位,然后通过多次偏置求等区域均值的方法依次计算传 感器 3 个位置量的偏置距离。 在齿轮测量中心上进行验证实验,多次标定后被测齿轮的齿廓偏差动态测量重复性为 3. 94 μm, 评价标准差小于 0. 3 μm,且评价结果与传统接触式测量结果的趋势一致。 结果表明,基于特征标准件的线激光传感器位姿标 定方法使得齿轮三维测量具有较好的测量重复性与准确性。     

基于激光传感器的多移动机器人位姿测量系统

为机器人准确定位设计了一个基于激光传感器的移动机器人位姿测量系统。测量系统用激光传感器扫描区域内的以矩形为标识的机器人,将测量数据传输到计算机上,通过数据处理软件进行数据处理,提取属于机器人的特征,同时结合机器人前一时刻的位姿,实时计算机器人当前位姿。实验结果表明,此系统能迅速识别机器人,并准确地确定每个机器人位置和姿态,通过网络向机器人发送其位姿数据,实现多移动机器人的精确定位。     

基于特征提取的电力绝缘子检测定位方法

针对电力作业过程中,从单一视角点云中检测绝缘子的问题,提出一种基于特征提取的电力绝缘子检测定位方法。首先通过点云预处理步骤去除扫描过程中产生的噪点,随后利用法向量过滤以及聚类算法分离出各个绝缘子片的点云,并计算出每一组绝缘子片点云的几何特征,最后依据绝缘子的结构特点筛选出符合条件的绝缘子点云并得到其在激光雷达坐标系下的位姿。实验结果表明,提出的绝缘子检测定位方法可以准确的从激光雷达点云中提取出绝缘子并计算出其位姿,为电力作业机器人完成相关作业提供重要的感知方案。     

机器人杆件位姿估计与抓夹

杆件位姿检测与自主抓夹是爬杆机器人的一项基本技能,它能保证机器人离开地面后不掉落。结合图像和点云处理技术,提出一种基于RGB-D传感器的杆件识别与位姿估计方法。在彩色图像中根据杆件特征识别环境中的可抓夹杆件,并提取杆件的点云数据集,运用RANSAC算法估计杆件在相机坐标系下的位置和姿态;通过手眼转换关系,求取目标杆件在机器人基坐标系下的位姿。实验结果表明:杆件半径检测的平均误差为0.935 mm,杆件轴线向量检测误差小于2°,满足机器人的杆件抓夹要求。     

基于粒子滤波的壁面爬行机器人位姿跟踪研究

为提高壁面爬行机器人的智能化水平,提出一种利用粒子滤波算法进行机器人位姿跟踪的方法。所述方法在机器人身上安装了发声器,将机器人位姿跟踪问题转换为声源跟踪问题处理。设计了一个声阵列传感器,采用可控波束形成定位技术观测机器人位姿,利用里程计描述机器人的位姿变换动态模型,并最终建立了基于贝叶斯估计的粒子滤波位姿跟踪算法。搭建了实验平台进行现场实验,结果表明该方法可行并有实际应用价值。     

基于红外测距传感器信息的通风管道清扫机器人控制算法研究

为解决通风管道清扫机器人在水平矩形管道中的自主行驶问题,设计了一种基于红外测距传感器信息的控制算法.红外测距传感器检测出机器人与管道壁面的距离,计算出机器人在管道中的姿态;光电编码器检测出机器人的实际行驶速度,利用轮式移动机器人运动学模型估计其状态.通过对这两种信息的融合,得到机器人在管道中的位姿信息.根据位姿信息和设计的控制率,实时调整机器人舵轮方向,使机器人保持与壁面平行行驶,并防止其与壁面碰撞.理论上证明这个控制系统是渐近稳定的,并通过实验对控制算法进行了验证.     

厚度测量中对射激光束共线性视觉检测

针对厚度测量中对射激光束共线性的要求,提出了一种基于双分光棱镜的传感器光轴空间位姿视觉检测方法。在分光镜坐标系下,分析了单条激光束在组合分光棱镜中的光线传播和光斑变化规律,建立了两条激光相对位姿与光斑中心点之间的数学模型。借助于棱镜坐标系和图像坐标系之间的转换关系,可以根据四个拟合光斑中心坐标快速计算出激光束的相对位姿,进而将激光束的共线测量转换为光斑中心坐标的拟合、对比问题。实验结果表明,在传感器测量范围内,该方法可以使两条激光束之间的夹角不大于0.17°,距离不大于0.05 mm;同时,调整前后对量块的测量表明,厚度测量误差由12μm减小到4μm,间接验证了共线检测方法的有效性。所提方法实现了光束调整过程的数字化、可视化,并且使共线性测量结果具有可溯源性,有助于定量分析因两个激光传感器测量线不重合而引起的厚度测量误差。     

基于双目视觉的机械零件位姿检测系统研究

针对机械零件搬运过程中需要精确测量零件位姿的实际问题,基于VS220双目立体视觉测量系统平台,设计了一种机械零件位姿检测系统。采用改进的Canny边缘检测算法,对零件边缘进行了轮廓识别,利用尺度不变特征转换方法进行了零件特征点的提取与立体匹配;利用立体视觉三维重建方法,建立了位姿检测系统数学模型,通过求解坐标系之间的转换关系,计算出了零件在传送带上放置的位置和方向等信息;通过VC++语言编写了位姿识别算法程序,实现了零件形状与位姿的识别;搭建了位姿测试系统实验平台,进行了测试实验。实验结果表明:系统能快速有效地对零件进行位姿检测,为实现零件的自动上下料提供了技术支撑。     

基于三维激光扫描仪测距传感器的机械臂末端位姿测量

机械臂可以较准确地完成各项空间任务,其正常工作的前提是精确检测到目标位置。当距离目标较远时,就需要采用雷达、视觉、传感器等方式对目标进行检测。但距离目标较近时,传统测量方法的精度和稳定性较差。设计了一种精度较高的近距离实时测距激光传感器。并利用机械臂末端三点激光测距传感器对平面位姿进行测量。研究表明,设计的激光测距传感器可以高精度的完成任务,满足机械臂对目标进行检测的要求。     

全自动电池箱更换设备定位技术研究

本文在对电动汽车车身停靠位姿误差及电池箱相对位姿误差分析的基础上,提出了基于视觉传感器的矩形目标全局粗定位和激光传感器的三角目标局部精定位的二次定位技术,很好的解决了电池箱位姿的自动精确定位问题,使得电池箱更换设备对不同电动汽车电池箱具有广泛的适应性.     

连续型机器人位姿检测系统设计

在讨论了连续型机器人的结构和工作原理的基础上,提出基于多传感器融合技术的连续型机器人位姿检测方法,并设计了机器人位姿检测软硬件系统。系统实现连续型机器人弧长、偏转角度、曲率检测,并完成机器人位姿实时计算。实验证明该位姿检测系统可准确、方便、可靠地检测连续型机器人的位姿。这对连续机器人在实际应用过程中实现轨迹精确控制打下了一定的理论与实践基础。     

在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器安装位姿标定方法。建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。考虑了机床定位误差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。采用半径为35 mm的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标定后圆孔测量误差为0.051 6 mm,测量精度提高了约96%,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。     

基于自控测距的液压启闭机油缸清洁机器人位姿跟踪研究

针对当前机器人开展清洁工作时只考虑方向信息而未考虑异常情况,导致位姿末端跟踪结果不精准的问题,研究基于自控测距的液压启闭机油缸清洁机器人位姿跟踪技术。充分考虑到清洁机器人清洁过程中位姿不断变化,使用激光跟踪仪进行跟踪布局。提取机器人动态特征,计算俯仰轴姿态角、机器人前进位移,以此为依据构建清洁机器人位姿跟踪数学模型。使用自控测距法进行位姿跟踪,解决无相应幅值标志物条件下的非系统误差问题。通过对机器人各个角度的补偿,实现了机器人末端位姿误差的最小化。由仿真结果可知：该方法运动轨迹与实际轨迹基本一致,所跟踪的末端位姿坐标与实际坐标位姿一致。     

基于 IGCF 算法和 CSF-PPSO-ESN 算法的工业机器人末端执行器位姿重复性检测

工业机器人在智能制造领域具有举足轻重的地位,其末端执行器位姿的重复性是衡量机器人完成精密作业能力的重要 指标。 本文针对机器人末端执行器的位姿重复性在线检测,提出了基于方向余弦的位姿重复性测量的理论模型。 设计了一种 基于改进的高斯曲线拟合(IGCF)算法和三次样条拟合-多目标粒子群-回声状态网络(CSF-PPSO-ESN)算法的位姿偏差检测方 法。 通过获取十字激光图像偏角和中心点位置,实现了机器人末端执行器位姿偏差的测量。 实验表明,测量系统的位移测量精 度为±1. 5 μm,角度测量精度为±2 arc-sec。 本文所述的位姿重复性检测方法,为工业机器人末端执行器位姿稳定性的在线实时 监测提供了参考。     

移动机器人的超声波传感器发散角标定及应用

为了提高移动机器人在作业站点的定位精度,在考虑入射角的基础上,分析了发散角对超声波传感器测距的影响,建立了同时考虑发散角及入射角的超声波传感器测距函数关系表达式;提出了超声波传感器发散角的标定方法,并通过实验对发散角进行了标定;通过对比实验可以看出,所提出的关系表达式提高了超声波传感器距离测量精度。在此基础上提出了利用自动导航车(AGV)单个侧面两个超声波传感器实现移动机器人在作业站点侧向、前向及姿态3个方向的位姿定位方法,最后将该方法用于自主研发的移动机器人的定位试验,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法

针对舱段对接装配需求，结合舱段对接工艺过程，提出一种基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法。首先将待对接舱段调整至相距基准舱段约50 mm待装位，采用2D激光位移传感器检测两舱段对接处三个点位的2D轮廓偏差，计算得到待对接舱段除自转角外的5个自由度位姿；然后根据两舱段法兰端面上的豁口特征，通过扫描两个舱段法兰豁口位置，计算得到待对接舱段自转角；最后将结果反馈至控制系统，驱动执行机构进行位姿的调整。通过引入误差的仿真并结合对接实验对所提方法进行了验证，结果表明，所提方法测量精度高，对接效果良好，能够满足舱段自动对接需求，有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性。     

基于红外延时相位算法的车辆超高检测仪设计

针对目前高速公路采用的单点激光式超高检测仪不能检测车辆超高高度及激光阵列式传感器成本高、对环境要求苛刻等缺点,提出了采用红外对射式传感器阵列对车辆超高高度进行精密测量的方案。在此基础上,针对红外光相对于激光容易发散,导致传感器阵列中产生交叠干扰的问题,提出了一种基于延时相位算法的程序设计思路,并在传感器电路中加入光调制与解调电路解决了日光对红外光线的干扰问题。最后通过实验数据证明该车辆超高检测仪可以满足高速公路实际检测的要求。