基于机器视觉的变电站一体化安防管控系统设计

为解决变电站安防设备简单、智能化程度低问题,设计出基于机器视觉的一体化安防管控系统,安装现场视觉控制器作为系统硬件前端信息采集中心,利用以太网实现各设备通信连接一体化,门电路和变电站周界环境终端电子相连接,检测激光电子围栏危险入侵检测,序列巡检围栏编号,确定危险入侵围栏位置,通过线性二次型调节器算法对机器人期望位姿和实际位姿之间的耦合关系实行解耦处理,将处理结果作为神经网络的输入,输出机器人移动轨迹跟踪控制结果,完成视觉识别定位,实现动态物体监测、火苗、温度等多种危险因素的自动识别和预警。经过实验分析证明：系统通过机器视觉准确监测到了高温设备的位置和温度,并且响应性能良好,安防信号传输环境稳定,危险情况预判能力及预警能力较强,鲁棒性好。     

基于机器视觉高空飞机螺栓松动监测仿真

高空飞机受到自身振动、气流冲击和温度瞬变等干扰时,导致飞机螺栓结构松动、断裂或者脱落等问题.飞机螺栓结构具有复杂的动态性,传统的飞机螺丝辅助视觉松动检测方法在处理飞机螺栓复杂结构时,获取的螺丝帽和螺丝杆的相对位置过程中,受到采集环境的影响,很难得到稳定特征,导致图像监测误差,无法获取准确的螺栓松动监测结果.提出聚类RBF神经网络算法的高空飞机螺栓紧固方法.根采集检测部分螺丝视觉图像序列,并对上述图像进行离散变换处理,提取高空飞机螺栓图像的可识别分离特征.针对螺栓机器视觉图像特征误差较大的缺陷,构建特征分离目标函数,并建立聚类RBF神经网络模型,对特征进行多次校验计算,完成判断.实验结果表明,利用改进算法进行机器视觉的高空飞机螺栓松动监测,能够极大的提高监测的准确性.     

基于结构光的星箭对接环相对位姿测量方法

空间非合作目标位姿测量是空间在轨维护的前提。面向空间机械手对空间载体自动抓捕的应用需求，提出了基于结构光的空间非合作目标视觉测量方法。该方法以双套双线结构光测量装置作为测量传感器，以空间载体上普遍存在的星箭对接环作为抓捕目标。根据对接环的共同特点，选择直线特征和点特征相结合作为相对位姿的求解特征；基于直线特征求解圆环平面法向量，基于点特征求解圆环圆心坐标，进而得到机械手工具坐标系与对接环坐标系间的相对位姿关系；基于多重几何约束实现了不同光照条件下图像上目标直线的鲁棒识别。建立了演示验证实验系统，在大量演示实验的基础上，进行了实验结果分析。     

基于手眼视觉的两种目标位姿测量法仿真分析

空间机器人手眼视觉系统利用合作目标物体上的合作特征点对目标物体进行位姿估计,以完成跟踪捕捉任务。针对空间机器人实时性的要求,给出了两种实时性较好的4个特征点的位姿测量算法,并且在相同仿真环境下对两种P4P位姿算法进行了分析比较。仿真结果表明:四面体体积测量的位姿测量算法对特征点的像点量化误差更加敏感,位姿测量结果偏差较大;坐标变换的位姿测量算法稳定,精度较高。后者在实际应用中,可以达到更高的精度。     

基于视觉和定位系统的无人艇自主对接系统

为实现对无人艇的自主回收,通过无人艇和悬浮托架的双向视觉导引,构建基于视觉和定位系统的无人艇自主对接系统.视觉对接系统通过检测网络分别检测出图像中的无人艇和悬浮托架.针对托架视觉检测的目标,利用位置定位信息排除非目标艇,采用单目标跟踪算法(CSR-DCF)对目标艇进行跟踪.为实现无人艇和托架的高精度稳定检测,在Tiny-YOLOv3的基础上,基于细节特征的需求,构建小尺度检测分支,提出一种定位增强轻量级检测网络,对于艇、托架的定位性能分别提升3.48％mIOU、4.32％mIOU,检测精度分别提升4.97％AP、6.17％AP.自主对接系统在二级海况下对接成功率达到90.9％.     

基于立体视觉的串联机器人跟踪检测系统

建立一种六自由度串联机器人视觉跟踪检测系统框架,包括图像采集、摄像机标定、机器臂跟踪检测、机器臂位姿建模与计算等。提出利用CamShift算法对机器人进行在线粗跟踪,搜寻和画定出机器臂操作器在当前窗口的区域位置。对跟踪到的机器臂按照SURF算法进行特征提取与立体匹配。该方法被用于对串联机器人位姿检测进行实验。实验结果表明,2种算法的结合适用于六自由度串联机器人在空间复杂运动的跟踪检测。     

基于点云匹配的AR饰面作业系统跟踪注册方法

针对建筑机器人饰面作业过程中常因视觉遮挡导致作业效率低的问题,使用增强现实解决遮挡并提出一种基于点云匹配的增强现实跟踪注册方法。利用目标模型点云与作业环境点云的匹配进行目标的初始定位;利用改进的相关滤波跟踪算法对目标进行跟踪获取目标位置;基于迭代最近点法对目标位姿进行估计。在跟踪注册过程中加入位姿优化,保证目标位姿估计精度。为了更加准确地跟踪目标位置,提出一种特征融合和尺度自适应的改进相关滤波目标跟踪算法。通过板材安装实验,表明跟踪注册方法精确性、实时性均较好,最小识别误差达到2.88 mm,具有良好的虚实融合效果。     

自主空中加油多摄像机近距相对导航与控制

针对伸缩套管方式下自主空中加油(AAR)对接与位置保持过程,提出了一个基于多摄像机系统(MCS)的相对导航与控制方案.该方案中的位姿估计算法通过结合3D-3D位姿估计技术和N点透视技术,能够充分利用多摄像机系统的宽视野和冗余测量信息.使用卡尔曼滤波算法对视觉估计数据进行滤波,并与速度测量数据进行融合,以提高视觉导航算法的精度和鲁棒性.为抑制外部风扰动,设计了一个基于动态对策理论的最优相对轨迹跟踪控制律.仿真结果表明提出的方案能够满足空中加油要求.     

融合双目视觉与惯导信息的高效视觉里程计算法

为提高视觉里程计(VO)在大尺度环境下运行的实时性,提出一种融合双目视觉与惯导信息的视觉里程计算法,主要由前端位姿跟踪和后端局部地图优化两个线程组成.位姿跟踪线程首先使用惯导信息辅助光流法进行帧间特征点跟踪并估计相机初始位姿;接着通过最小化图像光度误差获取当前帧像素点与局部地图点的对应关系;而后最小化当前帧上局部地图点的重投影误差和惯性测量单元(IMU)预积分误差,得到当前帧准确的位姿估计.后端局部地图优化线程对滑动窗口内的关键帧提取特征点并三角化新地图点,使用光束平差法(BA)对逆深度参数化表示的地图点位置、关键帧位姿、速度以及陀螺仪和加速度计零偏进行滑窗优化,为前端提供更加精确的局部地图相机位姿和环境信息.在EuRoC数据集上的实验表明,相比于ORB-SLAM2、ORB-SLAM3算法,该融合双目视觉与惯导信息的视觉里程计算法的定位精度略有下降,但可以较大程度地提高位姿跟踪的实时性.     

基于OpenGL的翼身调姿对接仿真系统开发

针对一种由三轴定位器构成的飞机翼身调姿对接系统,阐述其调姿对接流程,通过机身、机翼轨迹规划及其相应的定位器运动学逆解,实现其调姿算法. 采用面向对象技术,在Visual Studio 2010环境下利用OpenGL（Open Graphic Library）图形库函数开发翼身调姿对接仿真软件,结合定位器运动学方程和翼身轨迹规划实现整个模型在软件界面中的动态仿真,仿真结果能够直观反映机身或机翼位姿及其动态过程,验证了翼身调姿对接算法的正确性.     

Visual Behaviors for Docking

This paper describes visual-based behaviors for docking operations in mobile robotics. Two different situations are presented: in theego-docking,each robot is equipped with a camera, and the motion is controlled when docking to a surface, whereas in theeco-docking,the camera and all the necessary computational resources are placed in a single external docking station, which may serve several robots. In both situations, the goal consists in controlling both the orientation, aligning the camera optical axis with the surface normal, and the approaching speed (slowing down during the maneuver). These goals are accomplished without any effort to perform 3D reconstruction of the environment or any need to calibrate the setup, in contrast with traditional approaches. Instead, we use image measurements directly to close the control loop of the mobile robot. In the approach we propose, the robot motion is directly driven by the first-order time-space image derivatives, which can be estimated robustly and fast. The docking system is operating in real time and the performance is robust both in theego-dockingandeco-dockingparadigms. Experiments are described.     

空间对接仿真试验台对接机构测控系统设计

为实现空间两飞行器的交会对接,需要对空间交会对接过程进行仿真调试。为此,构建空间对接半实物仿真试验台,克服无实物仿真环境的局限性,再现2个空间飞行器的交会对接过程。提出对接机构测控系统设计方案,描述其软件结构和控制流程,建立对接机构测控模型,通过RT-LAB实时仿真平台将模型下载到测控计算机上运行,实现对接机构传感器信号的采集和运动控制。试验结果表明,该系统模型能够模拟飞行器的交会对接过程,具有较好的实时性,系统运行稳定、可靠。     

梭曼与乙酰胆碱酯酶(AChE)受体的对接研究

根据梭曼与AChE体系的对接要求,对CVFF力场中P—F键的参数进行了修改和补充。之后运用新建的力场参数,对梭曼与AChE进行了对接研究,并实现了应用量子化学／分子力学方法ONIOM(B3LYP／6—31G(d)／／UFF)对大分子体系的计算研究。分子力学对接研究表明,新参数与原CVFF力场有较好的一致性,可以完全适应于所研究的体系。同时,通过计算得到10个低能量构象,其中两个最低构象的结构与ONIOM计算结果一致,这也表明对于研究大分子与小分子对接等过程特别是构象搜寻方面,CVFF力场仍然可以得到比较合理的结果。但ONIOM计算也显示出分子力场方法在处理受体与底物之间易发生化学反应或有化学反应产生趋势的体系时会产生误差,对强氢键的估计不足将限制其应用范围。     

一种基于图像的移动机器人泊位方法

提出一种新的移动机器人泊位方法. 该方法采用一幅预先采集的参考图像定义机器人的期望泊位状 态（期望的位置和方向）,利用尺度不变特征变换（SIFT）算法和基于双向BBF 的特征匹配算法实现泊位站当前图 像与参考图像之间的匹配以获取视觉反馈信息,基于极点伺服策略根据参考图像准直机器人,采用质心跟踪法防止 目标图像出视场,采用RANSAC 算法求解当前图像与参考图像间的仿射变换,利用一个末段控制策略实现精确泊 位．本文方法不需要环境模型或人工标记．室内环境下的实验结果证实了该方法的有效性．     

爪型航天器对接机构容差性能分析

在航天器对接结构优化设计问题的研究中,航天器对接机构对在轨服务有重要作用,爪型航天器对接机构是新型对接机构.新型对接机构对对接任务的初始位姿偏差的容差性能需要进行研究,对接机构的性能将直接决定对接任务的成败.针对爪型对接机构的容差性能这一问题,利用三维造型软件Pro/E和机械系统动力学仿真分析软件Adams建立了爪型航天器对接机构虚拟样机模型,通过改变单参数变量方法进行对接过程仿真,对仿真结果进行对比分析,可为爪型对接机构的设计、对接初始条件确定和控制策略的制定提供参考.     

空间交会对接多自由度仿真器

本文首先研究和分析国外交会对接仿真经验，并经述有关交会对接的目的与要求。其次提出一种新的多自由度交会对接仿真器方案，它比起 类型仿真器投资造价将要降低４￣５倍。     

Docking dynamics between two spacecrafts with APDSes

Contact/impact models are established mainly for the capturing phase of a docking system. All the interactions between them are supposed as point contacts/impacts. For contacts, instead of using compliant models, constraint equations are formulated on the thorough investigation of the contour shapes of the docking system. All the contact constraints are originated from the sufficient and necessary conditions of point contacts. The constraints and Coulomb’s frictional law are incorporated into the contact dynamic equations of the system to obtain the contact forces by Lagrangian multipliers. For impacts, multiple impacts are considered in the term of the complex configuration of the docking dynamics. Impulsive equations are deduced, and the distributing law which is also called the LZB method is applied for multiple impacts. Finally, simulation is realized and the numerical results for one working condition are presented.     

机器人自动对接系统中的定位技术

介绍了普通环境下机器人自动对接系统中应用几种不同定位方式。简单分析了几种技术的原理和特点,并引用了将此技术用于普通对接和自重构机器人对接的相应成功实验加以说明。     

网格计算技术在药物分子对接中的应用

药物分子筛选所涉及的搜索空间非常巨大,需要耗费大量的时间,并且对计算环境也有较高的要求。将网格技术应用于药物分子筛选中,能有效解决上述问题。通过引入网格结点计算性能评价参数,使性能较好的结点承担计算量较大的任务。按照结点间传输环境的不同进行区域划分,从而减少了由于传输环境变化而造成的筛选服务质量的波动;最后的实例测试表明了药物分子筛选服务与网格技术相结合的合理性及有效性。     

自重构移动微机器人设计与自动对接

设计了一种模块化的自重构移动微机器人系统。系统中的每个微机器人模块既可作为动力单元,拖动其它模块进行更远距离的探测,也可自动脱离成为无线通信节点,拓展整个系统的通信距离。通过这2种方式扩展了单个微型移动机器人的探测范围。研制了由1个红外接收器和4个红外发射器组成的导引系统,并基于其设计了一种新型的自动对接方法。最后进行了微机器人之间的对接实验,验证了该方法具有很高的效率和可靠性。