FPSO监测中系泊姿态传感器的动态校准方法

针对浮式生产储油船(FPSO)单点系泊姿态传感器的初始安装误差无法消除,其误差会严重影响系泊力计算精度的问题,提出了一种基于系泊结构运动特性和实测数据的动态校准方法.该方法基于安装在FPSO船体上的高精度GPS实测信息,和软刚臂系泊系统的运动关系方程,采用多样本组合优化法来校准姿态传感器安装误差.在“海洋石油102”FPSO的原型测量数据集上进行验证,结果表明,该方法可以有效地补偿软刚臂系泊姿态传感器的安装误差,为今后海洋平台传感器安装误差的研究提供了新的思路和方法.     

面向机器人遥操作的数据手套设计及仿真验证

针对面向机器人遥操作的数据手套精度低、成本高以及惯性测量单元校正难、校正不完全等问题,基于9轴惯性测量单元设计了一款数据手套,对传感器数据进行了校正、融合,并在Simulink中搭建了仿真系统。采用LM算法校正加速度计和陀螺仪数据,椭球拟合算法校正磁力计数据;采用扩展卡尔曼滤波算法融合校正后的9轴数据,得到传感器的实时姿态。实验结果表明：经校正、融合得到的传感器三轴动态角度,其均方根误差小于1.5°,最大误差绝对值小于3°,计算得到的手指关节静态角度误差小于1°。该数据手套系统可以较准确地检测手指的姿态,并能实时控制虚拟灵巧手的运动,同时也能获得手指关节运动的角度、角速度等信息。     

基于北斗卫星的海洋水文实时监测系统

文中研究基于北斗卫星的海洋水文实时监测系统,以海洋浮标为平台,实现布放海区温、盐、深剖面的长期、实时监测,通过北斗卫星数据通信链路,岸基中心站对浮标系统进行遥测和监控,实现可控的数据采集和实时传输以及对浮标工作状态的监测和遥控。中心站实时获取浮标传回的水文数据,对数据进行处理后提供给数据库和有关应用系统的接口,为海洋观测和海洋技术装备的研制提供了有效的科学数据和有力支持。     

旋转导向钻井工具近垂直姿态校正矩阵 误差的等角距均衡校正

旋转导向钻井工具中姿态校正方法的校正点本身包含各种系统误差,会引入校正矩阵误差,是近垂直姿态下姿态角解算精度低的原因之一.平均均衡校正方法(ABC)可补偿校正矩阵误差,但整体误差并不均匀.以等分角度间距设计校正点,建立一种等角距均衡校正(EABC)模型,推导校正矩阵误差表达式,研究其引起的姿态角误差特征.对多组近垂直姿态的测试数据分别进行传统校正、平均均衡校正和等角距均衡校正,结果表明：等角距均衡校正后,井斜角误差平均值均小于0.012°,井斜角误差峰峰值均小于0.027°;工具面角误差平均值均小于0.008°,工具面角误差的峰峰值和标准差分别降低到平均均衡校正的54%～95%和40%～63%,进一步提高垂直小井斜井段的姿态解算整体精度。     

用于动态测量的一种新的惯性传感系统

针对各种动态测量系统和技术的不足,以及机床工作环境对测量过程的影响,提出一种新的惯性传感系统,用于并联机床各杆件(腿)长度、姿态(位姿)变化的精确测量。系统运用数据融合的方法,对测量中出现的惯性误差作出修正,抑制误差的漂移,并预估系统的位置和速度状态变量。通过对300 mm全程运动的实验测量和对实验结果的分析表明,应用新的系统,能改善并联机床和机器人的动态定位,使位置精度和运动精度得到明显的提高。并随着低成本固态加速度计技术的进一步完善,使测量成本降低的同时,新系统能为并联机床和机器人提供更高的位置与速度的动态测量精度。     

基于MEMS的海洋浮标云台稳定控制算法

针对海洋浮标上成像系统受其载体姿态的变化和海浪等因素的影响导致获得的图像信息不稳定或模糊这一现状,设计一套基于ARM11的云台稳定控制系统,即利用陀螺传感器MPU6050和磁力计HMC5883l对海洋浮标的运动姿态进行感应,通过姿态解算单元计算出载体的航向角和俯仰角,实现云台摄像机姿态的反向调整,从而使得云台摄像机输出稳定的图像。在姿态解算过程中将四元数和卡尔曼滤波结合起来对陀螺仪进行补偿,并利用基于椭球拟合的方法对磁力计进行补偿。实验结果表明该算法在静止情况下,俯仰角精度±0.1o,航向角±0.2o。     

人体运动跟踪中MEMS姿态测量单元设计与测试

人体运动姿态的实时跟踪在运动员辅助训练和康复医学中有广泛应用.设计了应用于人体运动姿态测量的MEMS姿态测量单元.该姿态测量单元包含三轴正交的MEMS加速度计、磁强计和角速率陀螺,集成微控制器以及扩展数据存储的FLASH芯片,单元大小为38 mm×28 mm×13 mm.姿态角解算采用基于四元数的扩展卡尔曼滤波算法.提出了一种利用单轴转台和楔角器进行姿态测量单元3个姿态角误差测试的新方法.测试结果表明:3个姿态角测量误差均小于2°,满足人体运动姿态测量的精度要求.     

双目视觉三维测量技术在地形测量中的应用

从测量系统组成、测量方法步骤等方面详细介绍一种双目视觉三维测量方法,并举例说明如何应用这种方法进行地形侦测以获取地形和距离信息.实验结果显示,该方法具有操作简单、测量精度高(误差基本小于1％)等优点.     

基于Kalman滤波算法的姿态传感器运动补偿方法研究

为了消除姿态传感器在检测过程中可能会出现随着运动加速度的变化而产生测量误差的现象,提出了基于Kalman滤波算法的姿态传感器加速度补偿方法。详细介绍了传感器工作原理以及运动状态下的误差分析及补偿。该方法通过将姿态传感器在运动过程中出现的角速度进行误差处理,建立传感器运动线性方程,在此基础上,采用Kalman滤波算法,通过对传感器测量输入的姿态角进行修正,从而达到姿态角准确测量的目的。通过实验数据及仿真分析表明,经过Kalman滤波算法对姿态传感器的运动进行误差补偿后的运动特性输出精度,相比补偿前有了很明显的提高,达到所需精度要求。     

双目光学跟踪器姿态精度的预测和估计研究

研究了增强现实系统中双目光学跟踪器姿态精度的预测和估计方法.利用高斯分布误差协方差矩阵传播模型推导了双目跟踪器图像噪声误差到输出姿态误差的传播公式,通过实验分析了静态和动态跟踪条件下输出姿态精度的变化规律.实验获得了与预测数据一致的实测结果,证实了摄像机外参误差对跟踪器姿态精度的主导影响,验证了所提出的姿态精度预测方法的有效性.     

直升机桨叶摆振量的全场景视觉测量及分析

直升机旋翼桨叶在高速旋转时，进行全场景桨叶摆振测量和分析，对直升机桨叶载荷设计和旋翼结构设计具有重要意义。本文设计了桨叶摆振量立体视觉测量系统，并进行摆振模式拟合分析。首先，对课题组已有立体视觉测量系统进行改进，并在风洞试验中完成不同总距及周期变距下的旋转桨叶标记点三维坐标测量；其次，解算桨毂坐标系下的桨叶摆振量；最后，采用一阶多项式对桨叶在特定时刻下的摆振模式进行拟合分析，采用复合正弦函数对桨叶旋转过程中的摆振规律进行拟合分析。风洞测量实验结果表明，在4.6 m×4.6 m场景中测量的摆振量均方根误差小于1 mm;桨叶摆振模式和规律模型拟合度好，其均方根误差小于1 mm,为直升机桨叶设计提供了数据支撑。     

基于改进 ESKF 的植保无人机时延位姿补偿算法

为解决全球导航卫星系统和惯性测量单元融合时间不同步问题,提高植保无人机位姿估计精度,本文根据植保无人机 大惯性、强振动的特性提出一种基于改进误差状态卡尔曼的时延位姿补偿算法。 首先对名义状态变量线性预测,引入渐消因子 提高强振动环境下的系统稳定性;接着采用互补滤波对角速度补偿,对姿态误差状态变量修正;最后结合测量的延迟时间,使用 互补滤波外推数据,提高大惯性特性下的速度位置精度。 实验结果表明,相较于误差状态卡尔曼算法,横滚角和俯仰角均方根 误差减少 0. 266 9°和 0. 241 4°,偏航角均方根误差减少 0. 076 4°;正常航迹植保作业下,东北天方向速度均方根误差减少 0. 210 5、0. 184 9、0. 238 8 m/ s;东北天方向位置均方根误差分别减少 0. 21、0. 19、0. 23 m,有效提高位姿估计精度。     

基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代(WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了一种WAOI算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于WAOI的姿态角测量进行精度评定。结果表明,在-20°～20°角度范围内,3～15 m测量范围内,方位角精度可达0.11°,俯仰角精度可达0.26°。相较比例正交投影迭代变化(POSIT),方位角和俯仰角测角精度均提升75%以上。本文提出的WAOI算法有效提升了激光跟踪姿态测量系统的精度。     

基于共面点的多视觉测量系统的全局标定方法

本文提出了一种基于共面点的世界坐标唯一全局标定方法,利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系,通过拟合基准面来设置共面标定点,系统中各摄像机传感器直接获得标定点的图像,从而实现了各局部相机的全局标定,不需要中间坐标系的转换,避免了多次坐标转换带来的精度损失,标定过程简单。通过在实际的由多个高速视觉传感器组成的飞行器外部姿态测量系统中进行标定实验,在测量范围较大的情况下,系统精度的均方根误差不超过0.8mm。 关键词：全局标定 视觉测量 激光跟踪仪 共面点     

Triaxial joint moment estimation using a wearable three-dimensional gait analysis system

We developed a wireless sensor system composed of a mobile force plate system, three-dimensional (3D) motion sensor units and a wireless data logger. Triaxial joint moments of the ankle, knee and hip joints were calculated using measurements of the sensor system. The accuracy of the joint moment estimation is validated against results obtained from the reference measurement system composed of a camera based motion analysis system and force plates. Triaxial joint moments measured by the sensor system showed normalized root mean square error (NRMSE) and correlation coefficient (R) of less than 22% and more than 0.80 in comparison with the stationary system.     

采煤机截割高度测量模型与测量误差分析

采煤机截割高度的测量及其误差分析是实现综采工作面自动化的一项重要研究内容.本文针对机身姿态传感器和摇臂摆角传感器测量方案、机身姿态传感器和调高油缸位移传感器测量方案,分别建立了采煤机截割高度测量模型.利用函数误差公式,推导了测量误差模型.以MG1000/2660-WD型采煤机为例,分析了截割高度测量误差分别随俯仰角、摇...     

直升机桨叶挥舞量的全场景视觉测量及分析

桨叶旋转时的挥舞状态反映了直升机旋翼的性能。旋转桨叶的全场景挥舞测量和分析,是直升机旋翼试验研究的热点和难点。本文提出了一种基于大视场立体视觉的桨叶挥舞量测量和挥舞模式回归分析方法。首先,构建大视场立体视觉系统并测量桨叶标记点的三维坐标;其次,在桨毂坐标系下计算桨叶标记点的挥舞量;最后,对桨叶在不同总距和周期变距下的挥舞量进行回归分析。包括,利用四阶多项式拟合分析桨叶在特定时刻的挥舞模式;利用复合正弦函数拟合桨叶旋转过程中的挥舞规律。直升机悬停状态下的桨叶挥舞测量结果验证了本文方法的有效性,在4.6 m×4.6 m场景中测量的挥舞量均方根误差小于1 mm;挥舞模式和规律回归分析的模型拟合度好,其均方根误差小于1 mm。     

高强钢薄板高温焊接变形的视觉测量

为了实现高强钢薄板高温焊接条件下屈曲变形的准确测量,基于数字图像处理技术、立体视觉原理及数字图像相关法,提出一种高强钢薄板全场动态焊接变形的视觉测量技术,并以规则散斑图像的高精度匹配方法研究为基础,将其应用到焊接图像中。针对焊接高温导致的散斑纹理的变色或脱落,采用高温漆与高温胶混合涂布的方式,获得了低成本、高稳定性的散斑纹理。选择薄板背侧进行测量以及在相机镜头前加装滤光片组的方法,抑制焊接过程中的强光、火花及烟雾的干扰。采用高斯平滑的数字图像处理技术,寻找最佳滤波参数并应用到焊接图像中,在保证测量精度的前提下提高了图像匹配的成功率及精度。实验结果表明,该方法能够有效地降低焊接图像匹配的均值误差、均方根误差及Z向静态均值误差,均值误差最大降幅为78.6%,均方误差最大降幅为47.7%,Z向静态均值误差降幅为37.9%。本文的方法和系统可以满足焊接高温条件下薄板屈曲变形的全场应变测量要求,散斑纹理稳定,散斑图像匹配成功率高、稳定性好,是薄板全场动态焊接变形检测的有效途径。     

Design and analysis of wave energy converter for a buoy

This paper introduces the design method for the practical use of a wave energy converter (WEC), and the associated results are application to the commercially available WEC for buoys. Peak performance of WEC occurs at resonance with driving waves. This type of resonance occurs when one of the parameters in an oscillator varies periodically. The water column in a WEC oscillates under the effect of gravity and the compression of an air chamber. The analysis of WEC is developed by assuming independence of the buoy heaving motion and the motion of the water column within the center cylinder. Results of analysis are then compared with simulation data, and applied to designing a WEC for buoys. Also, the effect of the various parameters such as cylinder length, period, mass and wave height is analyzed for the optimum design of a WEC. Finally, the research results are applied to a wave simulator with operating LabView, and some ideas are presented to the design method of WEC for buoy with simulation experiment.