基于偏置正交测量臂逆解算法的构型位置精度预测研究

结构参数误差使得测量臂在不同位置、不同构型下的精度呈现一定的规律。以六关节测量臂为研究对象,采用定积分法分析末端执行器位置精度与结构参数误差之间的关系,构建测量臂位置精度预测模型;并提出一套偏置正交测量臂前四关节的逆解算法,用于确定特定工作点下测量臂各种构型的位置精度分布情况,并给出构型灵活性、构型位置精度权重等评价指标。验证试验包括:比较不同工作点下构型灵活度情况;统计工作点下构型位置精度分布状况;利用其分布特性,对不同工作点下不同构型进行单点测量。实验结果表明:本方法能更直观、全面地描述特定工作点下构型的位置精度分布情况,进而指导实际操作中对测量臂工作点以及测量构型的选择。     

仿人机械臂构型综合与臂姿规划

仿人机械臂是当今机器人研究的前沿课题。随着社会需求与科学技术的发展,特别是服务型人形机器人的商品化与市场化,仿人机械臂的拟人特性成了机器人研究的新要求。仿人机械臂的拟人特性主要包含两方面：结构拟人化和运动拟人化。结构拟人化使机械臂外观与结构更接近人臂,而当机械臂看起来与人自身形状—样时,它就很容易引起人类操作者的“共鸣”,从而增强其心理舒适度。运动拟人化使机械臂如同人臂—样工作,人类作为自然进化的高等生物,其运动机理必然有着独特的优越性,以人臂的运动机理控制机械臂的运动必然将提高其效率。     

基于测量构型周期性特性的多关节测量系统残差修正方法

不同构型下各种动态因素的影响使得多关节测量系统在不同位置、构型下的精度呈现一定的规律。掌握由各种动态因素综合引起的单点精度规律,有利于提高多关节测量系统的标定和测量效果。以六关节测量臂为研究对象,分析了测量臂构型对末端执行器位置误差影响的周期性特性,构建了一套构型关键参数(θ3,θ4,θlen)与末端执行器位置在柱坐标系下残差(Δs,Δh,Δz)之间的多项式残差修正方法。验证实验包括1)采用本文方法在不同位置下对测量臂进行多构型单点测量,获得测量臂在径向方向上的残差分布图谱,并以此结果拟合计算周期性多项式系数;2)与非周期性多项式修正方法进行单点、长度及形位公差精度对比测试。实验结果表明,本方法能更方便、快速地提高多关节测量系统单点、长度及形位公差精度,相比非周期性多项式修正方法,本方法精度更高,对多关节测量臂精度补偿具有一定参考意义。     

基于人体工程学的拟人机械臂构型综合及研究

以人体工程学为基础,对人体上肢进行运动机理分析和结构分析,结合人体解剖学和机器人学,构建12种不同的7自由度串联拟人机械臂构型。应用D-H法对筛选出的机械臂构型建立关节坐标系并确定杆系参数,建立机器人运动学模型,用Robotics Toolbox工具箱对机械臂正运动学进行仿真,对关节空间的运动轨迹进行规划,从而验证机械臂结构模型设计的合理性,为后续实现机器人动力学分析、轨迹规划和运动控制奠定了基础。     

基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿

运动学标定是提高关节臂式坐标测量机精度的主要方法,但运动学标定后的残余误差对其测量精度和稳定性仍有很大影响。本文提出一种基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿方法,以提高关节臂式坐标测量机的测量精度。首先,在关节臂式坐标测量机运动学建模和误差建模的基础上,建立了运动学参数辨识模型,并依次进行角度参数辨识、长度参数辨识和长度参数等比例缩放的复合辨识,完成了七自由度关节臂式坐标测量机的运动学标定。其次,通过对标定后残余误差图谱的分析,发现残余误差与测量构型有关联,进而构建了以测量摆角、仰角、距离和转角为变量的测量构型。由于测量构型变量与残余误差存在强非线性关系,提出一种基于极限学习机的残余误差预测和补偿方法。通过实验对本文所提模型及方法的有效性进行验证,结果表明：进行残差修正后关节臂式坐标测量机的单点测量误差最大值由0.061 mm下降到0.044 mm,误差均值由0.023 mm下降到0.017 mm,误差标准差由0.011mm下降到0.007 mm;长度测量误差最大值由0.137 mm下降到0.074 mm,误差均值由0.033 mm下降到0.021 mm、误差标准...     

可重构模块化空间机械臂的模块库与构型

面向我国空间站战略计划实施,为了满足航天器舱内外各种任务需求,尤其是解决空间站复杂多样的在轨维修维护以及舱外的运行监测等问题,根据空间站典型的任务需求,基于模块化可重构机器人的设计思想,研究空间机械臂的各个功能模块,建立完整的模块库,根据任务需求,搭建了三种机械臂构型,并仿真验证了直线模块对机械臂工作空间的影响。     

凸轮轴偏心的测量与修正方法研究

将实用谐波分析技术应用于凸轮轴两端主轴颈偏心修正中,建立了基于凸轮轴两端主轴颈的各凸轮偏心距和偏心角的计算模型并对其算法进行了分析,通过偏心修正减小了凸轮轴测量基准和设计基准不统一以及凸轮轴自身弯曲带来的系统误差,避免了传统修正偏心算法中的插值误差。搭建了测量凸轮轴的实验平台,对主轴颈和凸轮的实测数据进行了偏心修正。实验结果表明,该方法对主轴径和凸轮偏心量的修正效果明显,提高了仪器的测量精度。     

基于三坐标测量臂的大尺寸模板精度测量

本文重点研究工件尺寸大于其测量范围的零件测量方法,巧妙应用蛙跳算法实现了大尺寸凹凸模定位销、型腔孔柱定位尺寸及各型腔孔柱圆柱度、分形面的平面度等精度的综合测量。通过对凹凸模的测量结果进行形状和重合精度对比表明:凹凸模的定位销直径一致性较高,凹模的型腔孔直径较凸模柱的直径均匀,部分孔柱的重合精度较差,对中性最大偏差达到3.039mm。因此,需要改善该凸模的加工方法和夹具定位设计方案,提高其与凹模的重合精度。     

可重构机械臂构型自适应控制研究

针对可重构机械臂系统存在的不确定性及不同构型下的轨迹跟踪问题,提出了径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络鲁棒自适应补偿控制算法。设计了RBF神经网络补偿控制器自适应逼近补偿系统存在的未知项;为减小控制器逼近误差及适应构型变化时的鲁棒性,在控制律中引入了鲁棒项;基于李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论设计了构型自适应调节律和鲁棒项并证明了闭环控制系统的稳定性。最后,以两种典型的可重构机械臂构型进行研究,结果表明所提算法能够适应系统构型的改变,同时有效地补偿系统存在的不确定性。     

基于非刚体静力模型的微型机械臂姿态估计

提出了一种针对具有10个被动平面转动关节的微型化柔索驱动机械臂运动姿态的实时估计方法。通过建立该微型机械臂的非刚体静力模型,将10个平面自由度变量转化为1个位移变量和1个张力变量。用一个线型差动变压位移传感器(linear variable differential transformer,LVDT)和一个微型载荷传感器(load cell)测量该微型机械臂终端执行器的平面运动姿态。通过对测量结果的精度和误差进行分析,指出了该测量方法的优势与不足,并与其他几种可能的测量方法进行了比较和讨论。     

结合位姿约束与轨迹寻优的人体姿态估计

基于混合部件模型的人体姿态估计方法忽视了人体结构的对称位姿约束关系,从而导致对称部件容易被重复检测、人体姿态估计准确率较低,为此,提出一种基于位姿约束与轨迹寻优的姿态估计新方法。首先估计人体单部件和对称部件在单帧图像中的多个合理位置,利用对称部件之间的位姿约束关系构建标识部件。然后根据单部件和标识部件各自的目标优化函数,通过动态规划算法反复迭代获得初始轨迹候选集,再结合轨迹的全局特征剔除检测得分较低的运动轨迹。最后引入树形合约模型,联系时空上下文信息,准确求解出视频序列光滑且兼容的最优轨迹。在N-best、Outdoor Pose和Scene数据集中的实验结果表明,对于存在背景复杂、运动模糊、部件遮挡等问题的视频序列中,该方法平均姿态估计准确率达87%以上,有效减少了对称部件的误判,提高了视频中人体姿态估计的准确率。     

基于深度残差网络的多人姿态估计

为了提高人体姿态估计的准确度和检测速度,提出了一种基于深度残差网络的多人姿态估计算法。首先使用现有的先进目标检测算法检测出人体位置,再在人体边界框内作单人姿态估计。对现有模型的残差块进行改造, 降低了模型的参数量,加入多尺度监督模块和多尺度回归模块辅助训练,提高了模型的学习效率,并采用新的坐标提取方法进一步提高了模型的...     

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°。     

装船机伸缩臂主梁腹板变形分析与矫正

黄骅港SL5装船机在使用过程中伸缩臂架主梁腹板变形,通过对伸缩臂架结构受力的分析,探讨了主梁腹板变形的原因及解决方案。     

二维合作目标的单相机空间位姿测量方法

针对空间交会对接的近距离位姿测量要求,提出了一种基于单目视觉的二维合作目标位姿解算算法。为方便空中移动平台的调整以满足特定的位姿关系,引入了一种新的姿态角定义方法,此方法定义的三个姿态角可以作为平台姿态调整的反馈量且不受旋转顺序的限制。平面模型相对于相机坐标系的三个姿态角和位置向量可通过平面单应矩阵直接导出。在测量实验中,算法基于DSP平台实现,合作目标由4个共面LED光源构成,测量值基准由高精度倾角传感器和全站仪获得。对空间位置变化范围为2m×2m,姿态角变化范围为-30°~30°的目标平面进行测量,结果表明,本算法可实现0.88%的相对位置定位误差和最大为0.996°的姿态角测量误差,且单帧算法的解算速度仅为0.25ms。     

基于对称重复纹理的摄像机位姿测量方法

某些目标上具有对称重复的纹理,这些纹理的图像矩阵具有低秩特性。当摄像机在偏离对正方向拍摄纹理时,由于存在投影形变,该纹理图像在原有方向上的对称性和重复性不再保留,从而不再具备低秩特性。通过建立摄像机拍摄方向与纹理图像的秩之间的数学模型,将摄像机方向的求解问题等效为一定约束下纹理图像的秩最小化问题。求解该问题,可得到摄像机拍摄方向,进一步结合纹理上任意两点的成像关系求解摄像机的空间位置。该方法与传统的基于目标图像中点、线等局部特征的测量方法相比,具有更高的准确性和良好的抗噪性能。仿真实验和实际实验均证明了该方法的有效性。     

面向工件自动化装配的空间位姿柔性接触式测量方法研究

自动化装配精度极其依赖于自动化位姿测量精度。 目前常用的位姿测量方法基于非接触式测量方法,该方法随光照、 畸变等影响鲁棒性不高。 为提高位姿测量柔性和鲁棒性,本文提出一种基于接触式位姿测量方法,该方法基于多测针接触式测 量系统,通过解耦将位姿调节量转化为姿态、圆心、相位相互独立的测算量。 首先采用视觉引导方式构建视觉坐标系实现点位 测量路径自更新实现柔性测量,然后通过测量工件平面、圆周、孔位圆周获取坐标点位,最后采用最小二乘法拟合平面并将圆周 点位进行投影拟合圆心,求解定位孔圆心构成的向量空间夹角得到姿态、相位及圆心的调整量。 本文所述方法可以提高测量效 率,解耦调整方式大大降低了位姿联调的相互影响,提高了位姿测量的柔性和鲁棒性。 通过实验对本文所提方法的有效性进行 验证,实验结果表明:采用空间位姿柔性接触式测量方法进行测量后调整,其工件相对位置偏差在 0. 075 mm 以下,姿态角度偏 差在 0. 02°以下,相位角度偏差在 0. 055°以下。     

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。     

基于三维模型的空间目标视觉位姿测量

传统空间合作目标视觉测量技术的适用范围受合作标志安装情况的限制。以边缘轮廓为合作特征,通过三维结构模型建立合作关系,提出一种适用范围更广的空间合作目标视觉位姿测量方法。方法生成不同观察方位的二维目标特征模板与测量图像进行搜索匹配,采用轮廓方向特征对匹配度进行评价,从最优匹配结果中解算目标位姿参数。采用离线预处理策略和两阶段图像金字塔搜索优化方法对处理过程进行加速。通过数字仿真试验和半实物仿真试验对方法的准确性和稳定性进行了验证,垂直光轴方向位置测量绝对误差优于2 mm,沿光轴方向位置测量相对误差优于0. 7%,姿态测量绝对误差优于0. 2°,单次位姿测量用时小于0. 5 s,能够满足空间目标导航需求。