基于光栅投射的机器人导航视觉传感器研究

为了实现暗环境下移动机器人导航中障碍物的检测与运动机器人的定位,采用了一种组合式光栅投射立体视觉传感器研究方法,首先通过光栅投射和立体视觉相融合的方法,建立光栅投射立体视觉传感器几何和数学模型,然后利用空间设备位置约束原理和投影平面相交的方法,进行了机器人视场内空间物体的3维坐标计算,建立了可靠真实的障碍物检测和分析方法,并进行了理论分析和实验验证,取得了距离计算精度0.8mm的数据。结果表明,该方法对于图像计算的精度在亚像素级。该方法有利于目前黑暗环境中机器人无法自主导航难题的突破,为黑暗环境中无全球定位系统支持的机器人导航提供了基础探索。     

基于光栅投射与立体视觉融合的障碍物检测技术

为实现智能车辆前方障碍物的快速准确检测,将光栅投射引入到双目立体视觉系统中,建立激光和视觉传感器融合的障碍物检测系统,将两种传感器的优势结合起来并填补单一传感器检测的不足。用双目立体视觉系统捕捉障碍物的轮廓信息,同时利用光栅投射技术对障碍物的局部信息进行调制,利用光栅投射出来的固定相位图像,可以快速实现立体视觉匹配中同名点的识别,能够较好解决立体视觉中图像配准的难题。     

一种矢量传感器耦合误差的校正方法

该文根据电磁学理论给出了电磁矢量传感器的耦合误差矩阵数学模型。利用一个辅助校正源,根据子空间理论得到存在耦合误差的导向矢量。利用理想的和存在耦合误差的导向矢量之间的关系,通过矩阵运算得到归一化误差的最小二乘解,并对各个阵元逐一校正,从而实现整个阵列耦合误差的校正;最后的数值仿真结果表明了该方法的有效性。     

矢量传感器误差校正与补偿

当阵列模型存在误差时,子空间类方法的高分辨性能会显著下降,因此必须进行有效的校正。由于矢量天线本身的复杂性,其相位误差很难精确校准且原有的基于标量天线相位误差的估计方法已经不再适应于矢量天线。该文在到达角已知情况下,给出了一种估计矢量天线阵列相位误差的新方法,并导出了各通道相位误差的计算公式。最后的数值模拟结果说明了本文方法是简单有效的。     

光栅拼接旋转误差检测系统

拼接光栅技术是提高高功率激光器输出能量的一条可能途径,为保障高功率激光器光束时空光束质量,拼接光栅角度误差必须小于0.4μrad,位移偏差小于20 nm。为了满足光栅拼接调整系统的高精度高稳定性要求,设计了光栅拼接旋转角度偏差检测方案用于测量两块相邻光栅之间的相对空间姿态。测量系统测量光束与压缩器主光束同轴,利用相移式干涉仪测量待测光,得到若干干涉图样,通过快速傅里叶变换还原波前得到相邻两块光栅相对空间角度偏差。通过实验验证了检测系统的理论可行性,目前在小口径光束下精度达到0.45μrad。测量方案结合拼接光栅只需要测量波面倾斜误差的要求,简化了干涉测量光路及图像分析流程,有利于光栅拼接技术的工程化应用。     

基于机器视觉的运动误差自动校正系统设计

为提高运动误差检测精度,设计一种基于机器视觉的运动误差自动校正系统。利用微误差机构调节机器视觉模块、运动误差校正模块间的配置紧密程度,实现运动误差自动校正系统的硬件运行环境搭建。在此基础上,对运动点目标进行极化定标处理,再利用此结果计算目标点的相位误差,并对误差结果进行耦合校正,实现系统的软件运行环境搭建,结合硬件设备条件,完成基于机器视觉的运动误差自动校正系统设计。对比实验结果表明,随着自动校正系统的应用,目标误差动作捕捉的灵活性、运动误差校正精度均得到大幅提升,其应用优越性明显高于常规运动误差校正系统。     

基于虚拟相位靶标的光栅投射三维测量系统标定

采用虚拟相位靶标方法实现光栅投射轮廓测量中三维空间坐标的标定,探讨了X、Y方向和高度Z方向标定的原理与关键技术,并对虚拟相位靶标进行了试验研究。实验结果表明：采用该方法只需要1个参考面图像序列就可实现X、Y方向坐标标定,简化了现有标定方法中至少需要采集2个图像序列的繁琐过程,而且标定后X、Y方向误差仅为0．1mm和0．2mm,高度Z方向的误差最大不超过0．2mm,标准偏差不超过0．040mm。     

相位去包裹误差校正算法

实际干涉计量中各种干扰因素的存在,使得包裹相位图中可能存在噪声、低调制点或散斑等误差点.在用逐行逐列扫描法进行去包裹时,当碰到这些误差点时,误差就会沿着去包裹方向扩散,在去包裹相位图上形成"拉线"现象.针对去包裹误差扩散的原因,结合对相位图的预处理,提出了简单有效的相位去包裹误差校正算法,用这种方法去包裹时并不用避开误差点,而是在去包裹后进行误差校正,可以有效地解决去包裹误差扩散问题,消除"拉线"现象.计算机仿真和实验结果证明了该算法可以快速、准确地进行去包裹操作.     

电磁矢量传感器原位误差校正方法

 现有基于电磁矢量传感器阵列的信号DOA和极化参数联合估计算法,大都假设电磁矢量传感器的三个电偶极子和三个磁偶极子严格指向参考坐标系的三个坐标轴,即不存在原位误差.然而在实际应用场合,电磁矢量传感器是存在原位误差的,因此其实际极化-角度域导向矢量与理想情况下的极化-角度域导向矢量有一定的偏差,导致现有方法的估计性能显著下降,因此必须对原位误差进行校正.通过对存在偏差的极化-角度域导向矢量进行一阶Taylor近似展开,并利用一个辅助校正源,提出了电磁矢量传感器原位误差校正方法,给出了原位误差估计的CRB界.仿真结果验证了该方法的有效性.     

光盘读写头光栅纵向和横向加工误差数值分析

基于标量衍射理论给出了矩形光栅衍射效率的一般表达式,数值分析了VCD、DVD和CD-ROM光盘读写头(光学头)分束光栅纵向和横向加工误差对辅助光束与读写主光束强度之比以及对透过率的影响.结果表明,对辅助光束与读写主光束强度之比,纵向加工误差与横向加工误差可以互补,但是,要以损失部分透过率为代价;对光学头分束光栅,其纵向加工误差与横向加工误差间存在的互补性,对光栅的具体制作有着实际的参考价值.     

双光纤点衍射干涉投影系统误差校正及优化

条纹投影测量技术为复杂曲面提供了一种大动态范围的非接触式三维形貌检测方式。在基于双光纤点衍射干涉的条纹投影检测系统中,系统结构参数对最终面形检测精度影响较大。通过建立系统结构几何分析模型,对系统结构参数进行了优化。针对双光纤点衍射探头投射角标定误差的影响,传统基于零级亮条纹定位的投射端投射角标定方法由于临近级次条纹光强较为接近难以区分而导致存在较大误差,为此提出了一种基于基准平面的投射角迭代校正方法,在原标定方法的基础上进一步提高了其标定精度,进而有效提高了面形检测精度。为验证所提出方法的可行性,搭建实验系统对不同斜率动态范围的待测物测量比对,结果表明校正前后的测量系统与三坐标测量机的测量结果偏差从0.418 2 mm减小至0.021 1 mm,实现了微米级的检测精度,为各类复杂曲面的高精度检测提供了一种可行的方法。     

移动机器人结构光视觉

提出并实现了一种用于移动机器人实时自主导航系统的结构光视觉传感器.详细介绍了该视觉传感器的工作原理、数学模型、标定方法以及视觉图像的处理方法.这种主动式方法避开了立体匹配过程,实现了障碍物位置信息的快速探测.利用传感器几何约束,有效地剔除了的视觉图像中干扰的信息.该视觉传感器已成功应用于室内移动机器人避障与导航,说明该视觉方法是有效、可靠的.     

基于同步协调控制的机器人倾斜误差轨迹纠正系统设计

现有的机器人倾斜误差轨迹纠正系统存在着纠正精准度差、残余振动强的缺陷,为了解决这些问题,引入同步协调控制技术对机器人倾斜误差轨迹纠正系统进行设计。机器人倾斜误差轨迹纠正系统硬件设计主要包括机器人倾斜误差测量设备、上位机与下位机设计,软件设计主要包括机器人倾斜误差轨迹模型构建、实时定距插补策略设计与实现机器人倾斜误差轨迹的纠正三部分。通过系统硬件与软件的设计实现了机器人倾斜误差轨迹纠正系统的运行。通过仿真对比实验发现,与现有的机器人倾斜误差轨迹纠正系统相比较,设计的机器人倾斜误差轨迹纠正系统极大地提升了纠正精准度,降低了残余振动,充分说明设计的机器人倾斜误差轨迹纠正系统具备更好的倾斜误差轨迹纠正性能。     

基于视觉检测与自主导航的轮式机器人平台

近年来,机器人产业发展迅速,为适应社会发展需求,构建了基于机器人系统ROS,以Kinect2为核心的轮式机器人平台,其涵盖了机器人运动、视觉检测与导航、机械臂控制等多学科知识的运用,并具有较好的功能扩展性。实践表明,该平台能够较好地实现机器人视觉检测与导航、机械臂抓取等功能,并可基于该平台开发如巡检机器人、餐厅服务机器人等具有特定功能的机器人平台。     

用于组合导航系统的三轴地磁导航传感器设计

文章针对仿生偏振光/地磁/惯导多源信息组合导航系统中的地磁导航需求,设计了一种三轴地磁导航传感器。介绍了应用背景、设计需求与实现方法,进行了系统的误差分析,并针对不同误差来源,进行了标定测量与补偿,实现了三轴姿态角的动态测量,为多信息源融合下的导航系统提供了一种获取地磁导航信息的有效手段。     

基于序列检测的行人导航航向误差修正算法研究

针对行人自主定位MEMS惯性器件存在随时间累积的漂移误差导致航向发散的问题,提出一种有步态约束(转弯0°,90°或180°)的序列检测方法。通过训练行人不同的步行行为数据得到步态序列模板,根据所匹配模板下的航向约束实时地修正航向漂移误差。为了验证算法的有效性,在室内结构规则化的走廊进行多次行走实验,行走路程为500 m,实验结果表明,所提方法可以有效地抑制行人导航航向发散的现象,定位误差约为总路程的0.7%。     

惯性/景象匹配组合导航系统的误差校正研究

惯性/景象匹配组合导航系统(INS/SMNS)的组合方式,实际上是一种不等间距、非实时性的有限点校正。为了提高景象匹配和惯导系统的组合精度,进一步达到子像素级的水平,完成景象匹配对惯导系统累积误差的校正,提出了多点连续校正的方法。分析了进行校正的具体前提条件,推导了不同数目匹配点时,对应的简化惯性导航系统输出误差校正方程。根据简化的误差方程和惯性导航系统的输出值,求解出位置误差和速度误差。比较了单点、两点、三点、四点以及五点校正的结果。仿真结果表明:当匹配点个数越多,求解出的位置误差、速度误差精度越高。从而得出景象匹配误差校正精度主要取决于两个因素即匹配点的个数和校正的实时性的结论。     

基于单目视觉的工业机器人定位系统设计

在工业化生产流程中,工业机器人能准确识别并抓取目标工件的状态、位置信息,收集反馈给控制系统处理以修正加工程序参量,从而实现制造工艺的高度自动化及精加工。以视觉定位和图像信息收集、处理的工业机器人为对象基准,设计了一套单目视觉定位系统。系统引入了静态图像收集算法、图像信息模块测量和三维空间匹配测量算法,通过工业试验得出测量数据。误差分析结果表明,基于单目视觉的机器人定位系统符合加工自动化的信息数据要求,能实现工件参数和空间姿态间的匹配,辅助提升生产的自动化程度。