视觉测量中光学测头姿态估计方法

基于光学测头特征点成像的单机视觉坐标测量系统具有测量空间大、测量精度高及可进行现场测量等优点,是替代传统的大型坐标测量机的最有发展前途的技术方案之一.为实现该测量方法,必须先解决光学测头姿态估计问题,为此,提取一种利用SVD与矢量观测值的姿态确定方法.首先,通过基于SVD的5点优化算法确定特征点的空间坐标;然后,利用特征点的测头坐标和空间坐标建立关于测头坐标矢量、像机坐标矢量的矩阵方程,优化求解矩阵方程确定光学测头(测头坐标系)相对于像机坐标系的姿态.该算法利用所有数据冗余信息,提高了测量系统的精度和稳定性.实验证明,该算法切实可行,系统的单点重复性及测量不确定度<0.1 mm.     

焊接机器人工具坐标系标定的研究与实现

采用六点标定法对工具坐标系进行标定. 首先标定工具参数的位置向量,其次标定工具坐标系的姿态矩阵,其中工具中心点位置标定采用线性最小二乘法的矩阵形式进行求解,工具坐标系姿态采用向量和矩阵的基本运算进行求解. 针对RB 1400六自由度焊接机器人,基于开放式软件平台CODESYS开发了工具坐标系标定算法模块和焊枪位姿变换模块,最后以此为基础移动机器人对准基准点,测试分别绕x、y、z轴旋转检查TCP点的位置是否符合要求. 结果表明:该方法确实可行,并且可以适用于其他类型机器人的工具坐标系标定.     

新型可重构机器人逆运动学的研究

提出新的模块建模方法,通过新的建模方法,可快速搭建机器人的运动学模型．将机器人在目标点的工作位形分解成有限个构形平面的方法,通过对分解的平面构形的工作空间描述,进行构形平面间的姿态和位置匹配,从而找到机器人的数值逆解．通过对采用基本模块搭建的八自由度机器人构形的运动学实例仿真,验证了该方法的可行性．     

一种工业机器人柔性在线坐标测量系统

结合白车身焊装过程尺寸监控的实际需要,设计了一种基于机器人和视觉测量的在线坐标测量系统,提出利用机器人运动学模型计算坐标后进行坐标平移修正的方法,有效消除运动学模型与参数误差,充分利用机器人较高的重复定位能力,提高了测量系统精度,并且测量系统具有较高柔性,可以测量空间任意点,快速计算修正值,保证被测点的坐标精度,全面满足柔性生产线的测量需要。与三坐标测量机的比对实验证明,本系统99%测量点的测量误差小于0.4mm。     

基于实时位置反馈的模块化机器人轨迹跟踪控制

为了提高机器人末端的位置控制精度,以Power Cube模块化机器人为研究对象,采用一种基于Optotrak3020运动测量系统的实时位置反馈控制方法,进行机器人复杂的轨迹跟踪控制研究.分析Power Cube模块机器人的系统结构,关节角度偏差测量,实时位置反馈控制方法的概念及控制结构,然后以模块机器人跟踪一平面圆弧轨迹为例进行三维仿真和实验,验证了该控制方法及实验系统的有效性和可靠性.     

基于特征线重合的测量系统与机器人坐标系对齐方法

为了提高测量过程中测量系统与机器人之间坐标系转换的精度,结合机器人的结构特点,提出了一种基于特征线重合的坐标转换方法。针对激光跟踪仪测量的坐标数据,求解坐标点云最小闭包球,同时在两个不同的坐标系下的点云中提取对应的特征线。根据空间几何关系,通过一系列的旋转和平移变换使特征线对应重合。利用矩阵变换理论得到变换矩阵,实现坐标系的转换。实验结果表明：相对于一些随机点多点拟合坐标系转换方法,该方法X、Y、Z方向的综合e_RMS误差仅为0.282 9 mm,综合误差降低超过了10%。该坐标系转换方法可有效提高坐标系转换精度,提升工业机器人测量过程中坐标系的转换精度。     

基于模型预测控制的四足机器人斜坡自适应调整算法与实现

为了实现四足机器人在有斜坡地形下的自适应稳定行走,在模型预测控制基础上进行扩展,设计四足机器人在斜坡上的足端位置调整与躯干姿态自适应调整策略。由惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)测得机器人运动时的姿态参数,通过推导的足端轨迹算法,得到足端位置的坐标映射,调整机器人在斜坡上的重心位置;通过设计的“虚拟斜坡”躯干姿态调整算法,实现机器人在上坡过程中躯干姿态的自适应调整。利用实验室的四足机器人物理平台和搭建的实际斜坡地形环境,验证了所提算法的可行性和有效性。机器人平台验证结果表明,所提出的斜坡自适应控制方法提高了机器人在坡面上的稳定裕度,优化了足端运动空间,实现了四足机器人的自适应爬坡调整。     

三维视觉传感系统的研究及仿真计算

三维视觉传感系统在机器人视觉领域有着重要的意义和实用价值。本文采用单摄像机与３－Ｄ示教器组成的仿真三维视觉传感器装置来完成空间坐标系中物体的空间位置和姿太的测量。将３－Ｄ示教器坐标,机器人坐标及摄像机坐标用透视变换坐标变换及ＬＥＤ的几何关系来求取被测对象的空间位置和姿态。本方案具有简单,快速,可靠的特点,为机器人视觉,形及最小一乘法来实现视点的标定,其算法结构优于非迭代矩阵分解算法。     

引入倾斜等效观测值的盾构姿态解算方法

提出了一种新的盾构姿态解算方法,该方法能够对盾构姿态测量中全站仪获取的控制点三维坐标,以及倾斜传感器获取的水平倾角数据进行联合解算.采用适用于大角度空间坐标转换的十三参数模型,在原有坐标观测值误差方程基础上,引入水平倾角对应的等效观测值,建立联合误差方程,在合理定权的基础上建立平差模型,该方法适用于棱镜-倾斜仪联合盾构自动导向系统.在宁波地铁2号线工程中,由Trimble5600全站仪在始发井对盾构机上焊接的3个棱镜进行标定测量,获取一组标定坐标.在盾构掘进过程中进行自动化跟踪观测,获取至少2个棱镜点实测坐标,结合双轴电子倾斜仪实时返回的角度数据解算包含滚动角、俯仰角、偏转角在内的坐标转换参数,在此基础上计算盾构首尾中心点坐标.以上实例验证了该方法的可靠性和实用性.     

模块化机器人双臂协调操作的实验研究

提出了利用optotrak3020三维测量系统获得精确位置信息来进行双臂机器人协调操作的方法。通过对双臂协调操作的运动约束进行分析,确定双臂协调运动的约束条件,同时将三维测量系统获得的空间三维坐标信息反馈到控制计算机,调整机器人末端的位置和姿态,以装配螺栓为例从运动学角度完成协调操作的实验。实验证明,利用optotrak3020三维测量系统获得精确位置信息对双臂机器人进行协调操作是有效的。     

采用结构光的大跨度销孔加工精度在线测量

设计采用十字线结构光的双相机视觉测量系统,构建由2个高精度工业相机、2个十字激光器和环形光源等组成的图像采集装置. 在传动箱加工现场获取端面销孔图像,提取图像感兴趣区域(ROI),采用双边滤波进行降噪预处理、二值化和边缘检测;基于改进方向模板法提取2个十字线结构光的中心线. 依据测量系统的设计原理分别测出2个销孔的孔径及其位置度. 结果表明：对于孔径,机器视觉在线测量装置与电子塞规的测量结果的偏差平均值为0.001 mm;对于孔组位置度,机器视觉在线测量装置与三坐标测量仪的测量结果的最大偏差为0.02 mm. 这表明机器视觉在线测量装置能满足加工精度要求和在线实时测量需求.     

Method of Improving the Navigation Accuracy of SINS by Continuous Rotation

A method of improving the navigation accuracy of strapdown inertial navigation system (SINS) is studied. The particular technique discussed involves the continuous rotation of gyros and accelerometers cluster about the vertical axis of the vehicle. Then the errors of these sensors will have periodic variation corresponding to components along the body frame. Under this condition, the modulated sensor errors produce reduced system errors.Theoretical analysis based on a new coordinate system defined as sensing frame and test results are presented, and they indicate the method attenuates the navigation errors brought by the gyros‘ random constant drift and the accelerometer‘s bias and their white noise compared to the conventional method.     

噪声测试系统精度有源-无源联合测量评估方法

通过在无源器件后置有源增益器件提高被测件整体的增益,抑制系统中非零误差对噪声测试结果的影响;结合单一有源器件及级联有源-无源器件的2次噪声测试结果,采用噪声系数直减法,将系统测量评估精度的表征参数由噪声系数转化为级联无源器件的插损值;并以具有更高插损测量精度的矢量网络分析仪插损测试结果作为参考基准,定量评估噪声测试系统的精度. 经与传统无源测量评估方法的实测对比验证得,在2~40 GHz频段内,所提方法对基于Y因子法的噪声测试系统的评估精度为–0.5~0.5 dB,对基于矢量冷源法的噪声测试系统的评估精度为–0.3~0.3 dB,评估精度波动范围均小于被测系统的2倍测试不确定度,较传统无源测量评估方法评估精度提升了3倍以上.     

Kalman滤波用于舰船运动姿态估计的研究

讨论了 Kalman 滤波用于舰船横摇运动姿态估计的应用方法与应用效果针对海浪干扰及测量噪声均为有色噪声的情况下,提出了如何使用 Kalman 次优滤波器和最优滤波器进行舰船横摇运动姿态的估计和预报的理论基础与方法.在IBM 计算机上进行了数字仿真,并给出了仿真的统计结果与仿真曲线.结果表明,采用本文研究的方法进行舰船横摇运动姿态的估计,可获得令人满意的结果。     

大型齿轮齿形误差在位测量新方法探讨

大模数、大直径齿轮的齿形误差临床检测是目前国内外有待解决的问题。本文提出了用测量头的直线运动轨迹作基准来测量大型齿轮渐开线齿形误差的新方法。从理论上对新方法的测量原理加以论证，建立了在统一坐标系中完整的理论渐开线数学模型和测量头坐标计算模型，以及经原理误差补偿和转换后的齿形误差计算模型，巧妙地解决了定位精度问题     

坐标转换在机载预警雷达情报关联中的应用

为正确地对机载预警雷达情报与地面雷达情报关联,提出一种坐标转换模型.该模型分3个步骤将机载预警雷达情报数据从载机坐标系转换到北京54坐标系.相对于通常坐标转换方法,该模型能够有效减小地球曲面误差的影响,使得计算结果具有较高的精度,从而有效地提高情报关联的正确率.     

基于卷积姿态机的潜航员作业姿态识别方法

针对现有潜航员作业姿态识别分析方法中识别过程繁琐、识别精度低的问题,提出基于卷积姿态机的潜航员作业姿态识别分析方法. 对人体姿态特征进行结构化编码,构建空间及投影坐标系进行解析,定义肢体角度计算公式与肢体特殊状态判断流程. 通过搭建潜航员作业姿态识别算法,实现作业姿态RGB图像空间特征与纹理特征的提取,输出潜航员作业姿态关节点、肢体角度与状态数据. 通过采集潜航员作业姿态图像构建潜航员作业姿态样本数据集,对所提方法进行应用验证. 在算法测试中,识别算法的PCK指标值达到81.2%. 在应用验证实验中,算法识别关节点的平均准确率达到87.7%. 该方法在潜航员作业姿态识别分析上是可靠的,可以有效地识别与分析潜航员作业姿态中的危险因素.     

高灵敏度GNSS接收机频率合成器设计

为了提高全球卫星导航定位系统(GNSS)接收机的灵敏度,设计低相位噪声的小数频率合成器.通过分析灵敏度与相位噪声的关系,提出新的实现方案.该方案利用品质因数增强型可变电容减小压控振荡器(VCO)相位噪声,基于CMOS双D触发器单元的多模分频器和尾电流滤波的预分频降低带内相位噪声,充、放电流自校正且互补开关切换的电荷泵和带随机化抖动的Σ Δ调制器抑制杂散.该电路在0-18 μm CMOS工艺上实现.测试结果表明：提出的频率合成器能够接收所有的GNSS信号,输出的频率调谐范围达到58%,VCO增益变化小于±21%,当偏移频率为1 MHz时, 本振(LO)相位噪声低于-121 dB,最大功耗为117 mW.提出的小数频率合成器,已成功应用于高灵敏度GNSS接收机中,在GPS模式下灵敏度达到-157 dBm.     

New autonomous celestial navigation method for lunar satellite

Celestial navigation system is an important autonomous navigation system widely used for deep space exploration missions, in which extended Kalman filter and the measurement of angle between celestial bodies are used to estimate the position and velocity of explorer. In a conventional cartesian coordinate, this navigation system can not be used to achieve accurate determination of position for linearization errors of nonlinear spacecraft motion equation. A new autonomous celestial navigation method has been proposed for lunar satellite using classical orbital parameters. The error of linearizafion is reduced because orbit parameters change much more slowly than the position and velocity used in the cartesian coordinate. Simulations were made with both the cartesiane system and a system based on classical orbital parameters using extended Kalman filter under the same conditions for comparison. The results of comparison demonstrated high precision position determination of lunar satellite using this new m     

一种基于校验块的三维人体测量校验法

三维人体测量技术已经成为制衣工业中解决合体度问题的一种重要手段。提出了一种使用校验块的新方法,用来校验基于结构光条纹投射的三维人体测量仪的系统误差。该方法仅利用一张条纹图像就可得到世界空间中六条线上的恢复误差。