月球着陆条件对铝蜂窝材料缓冲性能的影响

综合月球表面环境,对用于月球探测器缓冲机械的正六边形铝蜂窝缓冲材料进行了模拟着陆冲击试验,研究了不同着陆条件对其缓冲性能的影响.结果表明:对铝蜂窝缓冲机构施加相应的预紧力可以提高铝蜂窝材料的缓冲性能;铝蜂窝材料的缓冲效率随着探测器在月球表面着陆速度的提高而降低;在探测器多级铝蜂窝缓冲装置中,当第一级蜂窝材料完全压缩时,探测器过载最大.     

运载器准三维着陆动力学与极限工况缓冲性能研究

为满足垂直降落重复使用运载器多工况着陆分析时模型精度与求解效率相兼顾的需求,搭建了对称着陆模式下的准三维动力学模型,模型中考虑了运载器主体平面运动、足垫空间运动及支柱侧向载荷,同时基于集中参数法建立了油液缓冲力模型,并引入了含Stribeck效应的滑移-粘滞摩擦力及非线性接触力来构建地面作用力模型。在此基础上,开发出运载器着陆动力学分析程序,结合径向基函数代理模型与模拟退火优化方法给出了以着陆倾角、结构过载、缓冲行程、支柱载荷及反弹高度为指标的七种极限着陆工况,分析了各工况下的缓冲性能及着陆稳定性能,得到了不同冲击条件对运载器着陆动力学行为的影响规律。研究表明：在四腿同时触地时运载器过载峰值大,在2-2着陆模式下运载器姿态易倾斜,在1-2-1着陆模式下先触地支腿受载恶劣且主体易反弹。     

月球软着陆系统关键技术研究与发展综述

介绍了月球探测器软着陆缓冲领域国内外研究现状及发展趋势,针对探测器着陆稳定性及防止反弹与翻滚控制技术领域所面临的主要问题进行阐述,结合先进飞机起落架技术介绍了新一轮月球探测器缓冲系统的发展方向及有待于解决的问题,研究工作对于我国开展二期探月工程具有参考意义。     

月球软着陆系统关键技术研究与发展综述

介绍了月球探测器软着陆缓冲领域国内外研究现状及发展趋势,针对探测器着陆稳定性及防止反弹与翻滚控制技术领域所面临的主要问题进行阐述,结合先进飞机起落架技术介绍了新一轮月球探测器缓冲系统的发展方向及有待于解决的问题,研究工作对于我国开展二期探月工程具有参考意义.     

大视场双目立体视觉柔性标定

为了实现双目立体视觉系统大范围高精度三维测量,提出了一种大视场双目立体视觉系统柔性标定方法,该方法将系统中各相机内部参数标定与相机间的姿态标定进行分离,标定内部参数时,只需要令标靶相对于相机任意摆放至少三个姿态,对标靶上的编码标志点进行识别,根据标靶上编码标志点信息,建立各姿态下视图的对应关系,粗略计算标志点的初始三维坐标;建立多姿态下逆向投影误差最小的目标函数,采用非线性最小二乘优化获取精确的相机内部参数和标志点三维坐标;最后,建立基于双相机逆向投影误差最小的目标函数,优化得到精确的相机间姿态的外部参数。实验结果表明:当测量空间为1 200mm×1 000mm×1 000mm时,立体视觉系统的测量精度优于0.1mm,满足大范围双目立体视觉系统的高精度测量需求。     

飞机着陆试验中起落架缓冲功能检查方法

着陆试验中飞机以起落架最严重的受载状态着陆,需要加强起落架结构、强度和缓冲功能的检查。目前,起落架结构和强度均有合适的检查方法,但其缓冲功能的检查还没有合适的方法。基于此,探索了一种基于飞行实测载荷和缓冲器行程等数据检查起落架缓冲功能的方法。首先分析了起落架缓冲系统的受力,介绍了起落架载荷实测的原理;然后推导了根据实测载荷、缓冲器行程等数据,检查起落架缓冲功能的方法;最后,将该方法应用于某型飞机着陆试验中。结果表明,该方法检查出了起落架缓冲功能异常,确定了功能异常时的起落架状态,为起落架缓冲功能异常分析提供了重要的数据,并为起落架缓冲系统完善和优化设计提供了依据。     

基于双目视觉的高精度摄影系统测量精度模型分析

分析了摄像机投影模型和影响摄影测量精度的内外因素,针对固定视场双目视觉摄影测量应用,建立了目标特征标志提取误差、时间同步误差、安装平台形变、目标控制点特征及多帧平滑滤波算法对位置及姿态测量误差的影响模型,通过数据仿真对影响摄影测量精度的因素进行了讨论,可为靶场目标起落运动参数测量系统及其它高精度摄像测量系统设备选型、设计论证及测量精度分析验证等提供参考。     

基于彩色图像的高速目标单目位姿测量方法

针对风洞分离实验对于视觉测量系统的高精度、大视场、高速的测量要求,提出一种基于单目摄像机的风洞运动目标位姿测量方法。该方法利用单目摄像机进行运动目标位姿信息测量,相比于双目测量方法具有设备简单、视场大的优点。首先提出一种基于靶标特征点相互约束关系的参数优化方法,采用复合式靶标实现摄像机的快速高精度标定;针对目标运动图像处理,提出一种基于图像差叠法和标记点位置估计的图像快速分割与目标定位方法,实现图像特征的快速准确定位;针对单目测量要求及目标运动特性,提出一种基于方向估计标记点布局方式,实现合作标记点的快速识别和提取;最后利用单目视觉原理求解运动目标的位置和姿态信息,通过实验室模拟实验完成了测量系统的精度验证,在1 m×1 m视场范围内,其位移测量精度可达到0.19 mm,俯仰和偏航角测量精度可达到0.18°。     

基于机器视觉的叶型孔测量技术研究

为了充分应对涡轴发动机中的叶型孔测量难题,基于机器视觉原理研制了非接触式四坐标测量系统,主要由三维运动机构、气浮回转工作台、工业视觉测头和照明光源构成。系统采用背向照明方式,并基于模板匹配的图像拼接方法获取被测叶型孔的全景图像。在测量过程中,通过三维运动机构与气浮回转工作台的配合运动,使工业视觉测头采集到目标叶型孔的多幅局部图像,通过图像拼接得到其全景图像,而后由图像处理和叶型参数分析获得被测叶型孔的几何尺寸和轮廓度等型面参数。为了验证该系统的功能,选取某个静子组件外环作为被测零件,应用该系统对零件上分布的某个叶型孔特征进行测量,获取到相应的型面轮廓数据,从而验证了机器视觉测量方法在叶型孔测量方面的可行性和有效性。     

窗口玻璃畸变校正下的自由飞模型姿态测量技术研究

高超声速风洞试验中,模型的姿态信息是试验数据是否可靠的重要判断依据,其测量精度对试验结果有着重要影响.双目视觉测量系统能测量高超声速风洞自由飞试验模型的姿态参数,通常将其放在风洞试验段外,通过试验段壁上窗口玻璃观测试验段内部的模型.然而,窗口玻璃产生的成像畸变将降低系统的测量精度.为此,本文提出了窗口玻璃成像畸变校正下...     

基于深空探测器的在轨天体合影成像及应用

提出了基于深空探测器对太空中的目标天体合影成像的新策略。首先,基于相机的性能参数建立视场模型,然后对天体和探测器轨道动力学模型、探测器姿态数据以及光照条件进行综合分析,最终确定了拍摄用相机以及成像时刻与成像姿态等成像策略。以探月三期月地高速再入返回飞行任务的设计为例,研究计算了对地月合影的拍摄相机、成像时刻与成像姿态,并利用在轨探测效果仿真系统进行了仿真验证。结果表明:该成像策略能够根据预定的天体合影的构图要求便捷地计算出拍摄条件,结果准确、角度偏差在1°范围内。该成像策略还成功应用于探月三期月地高速再入返回飞行器的实际任务中,在距离月球1.40×104 km和距离地球3.91×105 km处,获得了我国航天史上首张地月合影图像,为后续深空探测器在轨天体合影提供了参考依据。     

接触式交互感知的人体三维坐姿姿态估计

针对视觉姿态估计方法受覆盖遮挡等干扰,提出一种基于座椅面压力图像的人体三维坐姿姿态估计方法,建立坐姿时 座椅面体压分布与人体三维姿态之间的跨域联系。 设计了一套基于压力-视觉的坐姿训练系统,将阵列式压力传感器嵌入在座 椅面中感知坐姿变换,利用时间戳实现压力图像和双目视觉图像的同步匹配。 采取双边滤波消除压力图像的尖峰噪声;依靠 OpenPose 姿态估计、三角测量等手段从双目视觉图像中提出 19 个三维关键点;为提高姿态估计精度,提出随机梯度下降最小化 损失函数的方法来优化三维关键点坐标,并利用 3D 高斯滤波器进一步生成 3D 关键点置信度图。 设计一个基于多层卷积神经 网络的压力-视觉跨域深度学习模型,以连续的多帧压力图像作为模型输入,包含三维关键点坐标及其置信度图的 3D 姿态估计 结果作为监督对模型进行训练。 算法依靠椅面上的阵列传感器接触感知坐姿时的压力分布,就能够准确的估计包含 19 个人体 关键点的三维坐姿姿态,在验证集上测试,19 个关键点平均误差 9. 7 cm。     

智能三坐标测量机中零件位置自动识别系统

提出了一种基于机器视觉和CAD三维模型的零件自动定位方案，利用虚拟图像匹配的方法确定零件在工作台上的位置和方向。在CAD三维模型中，针对零件的可能放置方式通过透视成像的方法形成多幅虚拟图像。CCD产生的实际图像与各幅虚拟图像进行匹配。确定零件坐标系与机器坐标系的关系，达到定位目的。最后在三坐标测量机平台上实现了该方法，并给出了定位定向实验误差分析。     

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。     

一种六自由度工业机器人运动学分析及三维可视化仿真

针对Motoman-HP20机器人的构型特点,采用D-H坐标变换法建立其运动学坐标系,将机器人分解为位置结构和姿态结构,得到以位置矢量和欧拉角表示的完备广义坐标,利用位姿分离法对机器人进行逆运动学求解,求得各个关键转角。构建了三维可视化仿真环境,验证所提出的运动学算法的正确性。该仿真环境可以直观地观察机器人各部分的运动情况。     

CMOS图像传感器中卷帘式快门特性及其应用技术研究

为了研究CMOS图像传感器卷帘式快门的具体应用,结合具体的CMOS图像传感器进行研究。首先,本文介绍了卷帘式快门的特点和工作原理,对具有卷帘式快门的CMOS图像传感器成像特性进行了分析,并对采用卷帘式快门工作方式的CMOS图像传感器进行了成像实验研究。其次,本文还对一种利用卷帘式快门相机拍摄的单精度视图来计算高速物体在三维空间中的位移和速度的新方法进行了探讨,最后,提出了建立一个运动目标的透视投影模型,讨论了估计目标位姿和速度的方法。实验结果表明,具有卷帘式快门的CMOS图像传感器对运动物体成像时会产生一定程度的畸变,畸变的程度与积分时间等传感器参数的设置有关。经过实验可以在误差最小化的情况下得到运动物体的位姿和速度参数,经过计算误差在2.5%以内。对实验结果的分析已经证明了其可行性。这种计算方法能够使得低价格,低耗能的CMOS相机转化为一种新的速度传感器。     

基于视觉的机动目标定位跟踪的滤波算法

在视觉定位系统中，由于各种噪声的影响，运动目标的三维位置和姿态的计算精度受到一定限制。为了提高运动物体的定位跟踪精度，提出了一种有效的滤波算法。和已有的方法相比，这种算法具有以下两个特点：第一，不再局限于平缓运动的物体，它对于未知运动规律的机动目标同样有效，第二，由于避免了扩展卡尔曼滤波器的使用，滤波复杂度有所下降。通过分析噪声对位姿计算误差的影响，建立了一组描述位姿测量值和真实值关系的线性测量方程。然后，分别给出了两种滤波算法：基于有限记忆的检测自适应滤波和基于数值微分模型的卡尔曼滤波。在检测自适应滤波算法中，给出了分别适用于快机动和慢机动的最优机动检测函数。一旦检测出机动发生，系统采用有限记忆滤波进行矫正。在第二种滤波算法中，系统采用数值微分技术构造出了描述机动目标运动行为的鲁棒估计模型。并且，引入了衰减因子，以防止滤波器的发散现象。该衰减因子可以根据位姿计算值自适应估计。最后，通过伪贝叶斯估计算法，将两种滤波器进行数据融合，有效的降低了机动时刻位姿估值的误差抖动，进一步提高了定位跟踪精度。仿真结果验证了本算法的有效性。     

大刚体姿态计算及多轴同步协调控制技术

大刚体的姿态计算及其高精度控制是飞机、舰船等大型机器总装生产线的关键技术。针对一种六自由度的大刚体的姿态控制系统提出一种快速的姿态计算方法和高精度的多轴协调控制方法。以基础平台建立固定坐标系,以大刚体的中心建立连体坐标系,在此基础上建立大刚体姿态计算数学模型,通过测量大刚体上4个靶标的初始位置和目标位置,就可计算出大刚体4个支撑柱的三坐标的位移增量;在多轴同步控制技术中,引入同步误差积分补偿方法(CSEI),通过同步误差在相反方向的控制作用,可显著提高大刚体姿态调整的速度和精度。仿真表明,所提出的姿态计算方法和CSEI控制方法快速有效,对工程应用具有指导意义。     

Virtual simulation system with path-following control for lunar rovers moving on rough terrain

Virtual simulation technology is of great importance for the teleoperation of lunar rovers during the exploration phase,as well as the design of locomotion systems,performance evaluation,and control strategy verification during the R&D phase.The currently used simulation methods for lunar rovers have several disadvantages such as poor fidelity for wheel-soil interaction mechanics,difficulty in simulating rough terrains,and high complexity making it difficult to realize mobility control in simulation systems.This paper presents an approach for the construction of a virtual simulation system that integrates the features of 3D modeling,wheel-soil interaction mechanics,dynamics analysis,mobility control,and visualization for lunar rovers.Wheel-soil interaction experiments are carried out to test the forces and moments acted on a lunar rover’s wheel by the soil with a vertical load of 80 N and slip ratios of 0,0.03,0.05,0.1,0.2,0.3,0.4,and 0.6.The experimental results are referenced in order to set the parameters’ values for the PAC2002 tire model of the ADAMS/Tire module.In addition,the rough lunar terrain is simulated with 3DS Max software after analyzing its characteristics,and a data-transfer program is developed with Matlab to simulate the 3D reappearance of a lunar environment in ADAMS.The 3D model of a lunar rover is developed by using Pro/E software and is then imported into ADAMS.Finally,a virtual simulation system for lunar rovers is developed.A path-following control strategy based on slip compensation for a six-wheeled lunar rover prototype is researched.The controller is implemented by using Matlab/Simulink to carry out joint simulations with ADAMS.The designed virtual lunar rover could follow the planned path on a rough terrain.This paper can also provide a reference scheme for virtual simulation and performance analysis of rovers moving on rough lunar terrains.     

Lagrangian turbulence statistics using 3D-PTV: Realistic virtual experiment assessment

The outcome of a three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) experiment can be significantly improved if the influence of the camera locations, calibration, and light volume can be determined before conducting the experiment. Such a-priory assessment will also reduce the time for troubleshooting a 3D-PTV experiment. In this paper, we report a “virtual experiment” approach. Multiple frames of synthetic particle images are generated using triangulation and optical spread functions based on the Lagrangian trajectories in 3D velocity fields with known spatio-temporal characteristics. We use an analytical 3D Burger’s vortex, and the homogeneous isotropic turbulence (HIT) data-set from the turbulence database hosted by Johns Hopkins University (JHU). The 3D particle positions are projected on two-dimensional (2D) images using artificial extrinsic and intrinsic camera matrices, depth of field, and volume illumination. These 2D images served as images taken by a four-camera 3D-PTV system in a virtual experiment. Blind test calibration using OpenPTV, an open source software, reconstructs the camera positions for a simulated experimental set-up and the calibrated set-up is used to create Lagrangian trajectories from the particle image sequences. Finally, we compare the turbulent statistics reconstructed from the virtual experiment with that of the ground truth data. We show that reconstruction from a virtual 3D-PTV experiment reproduces the mean flow and turbulent statistics faithfully; however, the disparity increases for higher order and multi-point statistics. The proposed approach can be used to fine-tune the camera parameters and the light volume in order to increase the fidelity of turbulent flow measurements using 3D-PTV.