用对偶映射原理规划和分析机器人轨迹运动

在研究机器人广义位姿的基础上,依据从基坐标系列任一坐标系的旋转变换可以通过绕基坐标系中的瞬时转动轴的等效旋转来实现的原理,提出用等效角位移矢量来描述机器人姿态以及用姿态旋量及其 Pl(u|¨)cker线坐标来描述机器人的位姿.依据对偶数代数理论中关于三维欧氏空间中的有向直线与三维对偶空间中的点具有一一对应关系的对偶映射原理,在对偶空间中对姿态旋量所映射的点进行规划,从而找到一种机器人位姿轨迹生成和运动分析新方法,文末算例说明上述原理和推导的正确性.     

具有避障能力的虚拟人姿态优化算法

为了解决复杂环境下的虚拟人运动控制问题,提出一种基于人工势场的具有避障能力的虚拟人姿态优化算法.首先在虚拟环境中根据目标和障碍物建立人工势场,并对虚拟人运动链末端进行无碰撞路径规划;其次将规划后末端每个中间位姿的逆运动学计算问题表示为带位姿和无碰撞约束的舒适度函数优化问题,并进行求解;最后得到虚拟人运动过程中一系列连续的无碰撞姿态,实现自行避障的虚拟人运动控制.通过实例测试验证了文中算法的有效性,该算法可应用于复杂环境下的虚拟人动画和人机工程仿真.     

一种基于运动的线结构光视觉测量系统标定方法

针对船体分段数字化测量提出了一种基于直角坐标机器人的线结构光视觉测量系统.通过控制机器人的运动,安装在其末端的线结构光视觉传感器对固定的平面靶标成像,实现了摄像机坐标系与机器人坐标系位姿关系标定;同时利用交比不变性原理获取平面靶标上的特征点坐标,完成了结构光平面参数的标定.该方法易于实现,通过对已知的标准工件进行测量实...     

基于标志点识别的三维位姿测量方法

提出一种基于双目视觉原理测量运动目标三维位姿参数的新方法。采用LED作为标志点来定义运动目标局部坐标系,通过双目视觉方法计算各LED的全局坐标,进而得出运动目标的三维位姿参数。同时根据实验环境的特殊性,提出一种基于优先级的外极线斜率约束匹配算法。实验结果表明该测量方法简单高效,满足精度和实时性的要求。     

装配机器人高精度定位补偿系统

本文提出了一种机器人高精度定位补偿系统,介绍了一种位姿误差补偿方法.系统采用非接触式位姿精度测量仪测取机器人位姿误差,用 IBM 微机采集位姿误差数据并计算关节补偿脉冲数,通过专用通讯接口将计算机结果传到位移机器人控制系统以实现关节补偿.并采用微位移法确定测量坐标与手爪计算坐标系间的变换.此外还建立了一个供实验用的误差数据库,当机器人工作时,通过周围3关节误差值,用插值法求得该工作点的误差补偿值实现补偿.     

一种虚拟人运动生成和控制方法

利用运动捕获数据,通过学习获得虚拟人运动的统计模型,从而创建真实、可控的虚拟人运动.提出了一种方法:通过对原始运动数据聚类,提取出局部动态运动特征--动态纹理,并用线性动态系统描述,有选择地注释有明确含义的线性动态系统,构建注释动态纹理图.利用这一统计模型,可生成真实感强、可控的虚拟人运动.结果表明,这种方法在交互环境中能够生成流畅、自然的人体运动.     

双目视觉测量系统位姿解算方法研究

在大部件自动对准系统中,为了解决近距离观测无法获得被观测目标全部特征的问题,使用双目视觉位姿测量解算方法,设置其中一个相机为基准相机,利用两相机之间已知的位姿关系,将非基准相机拍摄的特征点信息转换到基准相机的相机坐标系下,然后利用位姿解算的迭代算法思想求解两部件之间的位姿关系.当特征点数目较少时,迭代算法的误差函数会陷入局部极小值,针对上述问题,设计了一种利用各坐标系之间的转换关系求解迭代初始值的方法,并通过仿真证明了算法的有效性.     

基于非线性优化的机器人坐标系标定方法

利用激光跟踪仪检测或校准工业机器人,须先对机器人坐标系进行标定。研究一种基于非线性优化的机器人坐标系标定方法。即在机器人末端固定一靶点,机器人运动多个位姿,激光跟踪仪对靶点进行测量,建立多位姿约束方程,并采用非线性优化算法同步标定机座坐标系及靶点坐标。该方法无须特殊机械工装,可适用于空载或末端带有各类执行器的工业机器人系统。经实验验证:相较于经典封闭解法,该方法采用非线性优化,具有良好的鲁棒性,可有效减小因机器人运动模型不准确引起的转换误差。     

手眼系统中刀具刀头位姿标定与视觉引导

在服务机器人的日常任务中要求机械手抓取不同的目标,且根据目标的放置位姿的不同需要从相应角度进行抓取,但机械手与手持目标的位姿关系往往难以精确和直接地测量。以刀具作为手持目标,利用eye-in-hand手眼系统抓取该目标后,在线标定手眼与手持刀具刀头的位姿关系,首先给出了摄像机调焦前后焦距标定的计算方法,再将调整焦距视为摄像机沿光轴的平移运动,通过调焦前后摄像机获取的两幅图像,标定出刀具在摄像机和机械手坐标系下的位姿,同时给出了刀具刀头到期望加工点的导向矢量计算方法。     

一种基于离散化位姿的月球车运动规划方法

针对障碍环境下具有非完整约束月球车的运动规划问题,提出了一种基于离散化位姿的月球车运动规划方法。该方法首先将月球车的运动轨迹限定于多项式旋线,通过求解多项式旋线参数生成无障碍条件下连接任意位姿状态的运动轨迹。同时,该方法对月球车运动规划问题中的位姿状态空间进行离散化,形成离散化的位姿状态空间。根据离散化位姿状态空间的特点,在离线的条件下生成连接相邻离散位姿的月球车基本的运动轨迹集。最后该方法结合基本运动轨迹集并利用启发式搜索算法最终解决障碍条件下的运动规划问题。基于动力学仿真平台中的实验结果验证了该方法的正确性和有效性。     

WSN的极坐标最小能耗覆盖空洞修复算法

针对混合无线传感器网络中的覆盖空洞问题,提出了一种基于极坐标的空洞修复算法。首先,通过计算静态节点感知圆交叉点的位置确定空洞边界点,连接空洞边界点构造空洞多边形;其次,按照极坐标方法计算每个空洞多边形中的虚拟修复节点位置;最后,建立虚拟修复节点与移动节点之间的距离数据表,将表中移动节点移动到与之匹配的虚拟节点位置上,完成空洞修复。仿真结果表明,该算法能够有效判定并修复网络中的覆盖空洞,相比同类算法,所需移动修复节点数量较少,移动节点平均移动距离较短,在提高网络覆盖质量的同时延长了网络的生存周期。     

分布式多交互虚拟场景渲染的协同控制

针对分布式多交互虚拟现实系统场景渲染的协同控制问题,构建了基于分布式开放灵活的多交互虚拟现实系统结构,将协同交互技术集成到虚拟现实系统设计中,设计包含控制平台、网络服务平台和渲染平台的系统架构,提出了一种基于OGRE的分布式多交互实时协同渲染方法。完成了单个控制节点对应多个渲染节点时,多个渲染节点渲染场景的实时同步,以及多个控制节点在同一场景中的协同、交互。此研究成果应用于河北大学虚拟漫游交互控制平台,具有广阔应用的前景。     

有理高斯函数曲线模拟技术

讨论了有理高斯函数曲线模拟技术。通过控制点位置和权值节点分布以及高斯标准误差来控制曲线形状。对于给定的插值点,根据曲线封闭和不封闭两种情况,分别反向求出控制点,并给出相应高斯标准误差的估计值。在此基础上,运用高斯函数曲线模拟技术对直线、圆进行模拟,并给出最大误差。     

某型导弹虚拟训练系统中虚拟人运动控制的实现

从工程应用的角度,对某型导弹虚拟操作训练系统和DI-GUY人体仿真软件进行了介绍,对视景仿真软件ve-ga进行了介绍,提出了基于vega软件和DI-GUY软件的适合于该系统的虚拟人运动控制的应用方法,并在VC++集成开发环境中进行开发,并给出了明确的实现思路和实现结果,对每种方法的优点与不足进行了详细的剖析,开发了针对空间球控制虚拟人运动的控制函数,实现了在多线程机制下通过线程间通讯来实现虚拟人控制函数的设计方法。     

基于多视频的虚实融合系统

提出了一种基于多视频的虚实融合可视化系统的构建方法,旨在将真实世界中的图像和视频融合到虚拟场景中,用视频图像中的纹理和动态信息去丰富虚拟场景,提高虚拟环境的真实性,得到一种增强的虚拟环境.利用无人机采集图像来重建虚拟场景,并借助图像特征点的匹配来实现视频图像的注册.然后利用投影纹理映射技术,将图像投影到虚拟场景中.视频中的动态物体由于在虚拟环境中缺失对应的三维模型,直接投影,当视点发生变化时会产生畸变.首先检测和追踪这些物体,然后尝试使用多种显示方式来解决畸变问题.此外,系统还考虑有重叠区域的多视频之间的融合.实验结果表明,所构造的虚实融合环境是十分有益的.     

Automatic camera control in virtual environments augmented using multiple sparse videos

Automated virtual camera control has been widely used in animation and interactive virtual environments. We have developed a multiple sparse camera based free view video system prototype that allows users to control the position and orientation of a virtual camera, enabling the observation of a real scene in three dimensions (3D) from any desired viewpoint. Automatic camera control can be activated to follow selected objects by the user. Our method combines a simple geometric model of the scene composed of planes (virtual environment), augmented with visual information from the cameras and pre-computed tracking information of moving targets to generate novel perspective corrected 3D views of the virtual camera and moving objects. To achieve real-time rendering performance, view-dependent textured mapped billboards are used to render the moving objects at their correct locations and foreground masks are used to remove the moving objects from the projected video streams. The current prototype runs on a PC with a common graphics card and can generate virtual 2D views from three cameras of resolution 768×576 with several moving objects at about 11 fps.     

Augmented reality-based robot teleoperation system using RGB-D imaging and attitude teaching device

Augmented reality (AR)-based programming using the demonstration method has been widely studied. However, studies on AR-based programming for remote robots are lacking because of the limitation of human–computer interaction. This paper proposes an AR-based robot teleoperation system and method using RGB-D imaging and an attitude teaching device. By sending the color and depth images of the remote robot environment to the local side, the operators can complete the teleoperation of the robot at the local side. First, the operators select key positions on the motion path of the robot endpoint from color images via a mouse, and the computer calculates the 3D coordinates of these key points in the robot base coordinate system to complete the position teaching process. In the robot attitude teaching process, the AR technology is used to superimpose the virtual robot model onto the color images of the robot teleoperation environment, so as to make the virtual robot endpoint to move along the teaching path. An operator can use the portable attitude teaching device designed in this study to control the robot movement parameters, such as the attitude and motion speed, during the movement of the virtual robot. After the position and attitude teaching processes, the robot movement trajectory can be generated. To make the base coordinate system of the virtual model consistent with that of the physical robot, we propose an online AR registration method, which does not require manually placing the AR registration marker. The proposed AR-based robot teleoperation system can quickly and easily complete robot teleoperation at the local side.     

基于Kinect的虚拟展馆游览系统的设计与实现

针对现有三维虚拟展览馆游览系统交互方式用户体验不理想的现状,提出一种基于Kinect的虚拟展馆游览系统。该系统重点研究了利用Kinect骨骼追踪技术实现对体验者身体动作的解析和利用四元数插值对骨骼动画的控制。在功能上,实现了站在Kinect前的体验者通过不同的姿势,对虚拟展馆三维场景中虚拟人物的动作、姿态、位置、朝向的控制。实验结果表明,体验者能够通过体感交互技术较好地实现对虚拟人物姿态的控制并方便地进行虚拟场景游览。