飞机大部件位姿调整的关键测量特征点误差控制权值计算方法

为了实现飞机大部件的最佳位姿调整,基于层次分析-误差评定组合方法,研究了一种应用于综合评估数字化装配中关键测量特征点的误差控制权值的计算方法。采用引入权值的最小二乘法求解大部件位姿调整量,提高装配精度。通过层次分析(AHP)方法确定关键测量特征点主观权值,误差评定法确定关键测量特征点客观权值,两者结合综合评定关键测量特征点权值。以最小装配误差为优化目标,利用权值实现多个关键测量特征点的误差分配优化。实例分析中,将超差的对接交点误差由1.23 mm降低到了0.72 mm,满足各个测量点的容差要求。以奇异值分解算法求解目标优化初值,采用牛顿法迭代求解,得到部件的最优位姿,并以中后机身对接为对象分析验证权值分配的合理性。     

油井套管中测斜仪方位角精确解算方法

本文提出了一种基于牛顿迭代法的方位角解算方法,该方法解决了钻井姿态测量过程中铁磁性套管的磁化作用导致方位角解算不准确的问题.在分析了磁测斜仪环境磁场和建立磁性套管磁干扰模型的基础上提出了利用牛顿迭代法解算钻具方位角和套管干扰磁场模型参数.同时利用误差传递原理对影响方位角解算精度的因素进行了分析.最后针对该方法进行了一系列的仿真验证,仿真结果表明:相比于传统解算算法,该方法能够更准确地解算出钻井的方位角.同时,当外界条件一定时,方位角误差主要受顶角θ的影响,当θ=arctan(tanIcosφ)时,误差最大,所以在实际测量过程中可以通过尽量避免θ=arctan(tanIcosφ)来减小误差.     

激光标靶位姿测量系统的建模与误差分析

针对大尺寸组合精密测量的需求,提出一种新型激光标靶位姿测量方法.首先介绍了其测量原理,并采用基于插值的非参数模型标定方法建立了入射光线姿态和相机靶面光斑的位置关系,通过基于参考棱镜的反向解算方法求解相机坐标系和激光标靶坐标系的位姿关系,构建了该测量系统的数学模型.基于此模型分析了测量系统的误差源,并对模型中影响测量结果的因素进行了仿真分析.最后通过实验进一步验证了模型的可行性和有效性.     

多传感信息融合机器人标定方法

该文提出一种基于多传感信息融合技术进行机器人运动学标定的方法。首先通过对机器人的指数积(POE)正向运动学模型取微分的方式建立末端执行器的误差模型,利用ROMER-RA7520绝对关节臂测量机和安装在末端工具上的多个传感器分别采集末端执行器的位置和姿态信息;随后根据坐标统一原理将测量机的位置测量数据和多传感器的姿态量测数据转换到机器人基础坐标系下,实现位姿数据的空间配准;接着运用自适应加权融合算法融合处理经过空间配准后的位姿数据,得到末端执行器位姿测量值;最后应用迭代最小二乘法求解出参数偏差。KR5arc机器人标定仿真实验表明:该方法可大幅度提升机器人在任意位姿下的定位、定姿精度。     

复杂光照环境下空间目标相对位姿测量方法研究

为解决空间复杂光照环境下可见光相机获取的图像照度不一、信息失真、特征不完整导致的目标 航天器相对位姿求解困难的问题,提出了一种基于图像增强和弧段特征的双目视觉相对位姿测量方法。首先通 过基于带色彩保留的多尺度Retinex（Multi?scale Retinex with Chromaticity Preservation, MSRCP）自适应图像预处理 方法提升空间暗弱光、局部强曝光环境下的图像质量;然后利用基于边缘弧支撑线段的椭圆检测算法提取目标 航天器表面星箭对接环的弧段特征,并拟合得到椭圆轮廓;最后利用双目相机搭建了空间相对位姿测量物理仿 真实验平台,建立双目空间椭圆锥测量模型解算目标的六自由度相对位姿,实现了近距离正常光照和暗弱光照 场景下目标航天器相对位姿求解。实验结果显示：在正常光照场景下,相对位置平均误差优于20 mm,相对姿 态平均误差优于0. 3°;在暗弱光照场景下,相对位置平均误差优于30 mm,相对姿态平均误差优于1°。研究成 果为近距离空间交会对接等在轨服务任务中的目标识别与测量提供了参考,具有技术借鉴价值。     

多边法位姿测量系统中跟踪方式对测量精度的影响研究

为了精确测量大尺寸位姿,建立了一种由7台激光跟踪干涉仪组成的大尺寸位姿测量装置。根据测量各反射镜的激光跟踪干涉仪数量的不同,采用322和331两种跟踪方式对位姿测量精度的影响进行仿真实验,从而发现被测点位置与基站构成平面的距离相关,由坐标解算公式推导被测点坐标值与测量基站之间的相对位置与测量误差间的误差模型,通过分析x、y、z 方向上误差对距离变化的敏感程度,发现z方向距离变化引起的误差最为敏感。当被测点与测量基站的距离由1300.8mm减小到0mm时,测量误差由2.2μm增大到2626.1μm。实际姿态测量结果表明:当采用一种跟踪方式时可以避免被测点与测站点平面过近,有利于提高系统测量精度,所提出的误差模型可为多边法位姿测量系统的优化布局提供一种量化的理论分析方法。     

三轴地磁传感器参数的在线校正算法

针对复杂磁环境下传统的地磁传感器误差补偿算法效果不理想的问题,分析了地磁传感器各种误差来源,建立了完整的地磁传感器误差模型,提出了基于递推最小二乘的在线校正方法,实时求取椭球模型系数.利用椭球系数推导地磁传感器误差补偿系数.利用补偿系数对姿态测量系统输出的地磁矢量进行校正.实验结果表明,校正后的磁场强度和实际磁场强度基本一致,非盲区位置的滚转角误差减小到5°以内,基本可以满足简易制导弹药对姿态角解算的精度要求.     

用光栅测长机测量拉绳位移传感器示值误差的方法探讨

本文探讨了将光栅测长机作为标准器，为拉绳位移传感器提供位移输入，直接读取拉绳位移传感器长度尺寸输出量，测量示值误差的具体方法，并对该测量方法进行了不确定度评定，验证了可行性。     

基于视觉的内窥镜端部位姿模型分析

针对在假设内窥镜端部固定不变的条件下进行基于光纤光栅传感阵列的内窥镜柔性杆的三维重建存在的问题,提出了基于标志点的内窥镜端部位姿视觉检测模型;利用视觉技术和通过标志点的空间位置信息来获取内窥镜端部位姿的方法,建立了基于主元分析方法及最小二乘法分析标志点位置信息误差对内窥镜端部姿态的影响的方法.模拟分析结果表明,当三个标志点的位置信息误差满足高斯分布且方差在0～3mm之间时,其姿态的最大误差角度为0.59°.通过实验证实了理论计算方法能够有效地利用带有误差的位置信息求解内窥镜端部位姿及误差的大小,为微创手术器具的位姿检测提供了理论和实验基础.     

大部件对接中基于单位四元数的iGPS测量位姿比对研究

在大尺寸飞机部件数字化对接过程中,iGPS的应用越来越广泛.本文在研究iGPS测量数据结构与形式的基础上,提出了基于单位四元数的iGPS测量位姿比对算法.与目前常用的一些位姿比对方法相比,该算法具有计算简洁明了、编程实现便捷的优点,尤其适用于大旋转角、多点实时测量的情形.验证实验结果表明,在不同旋转角和平移量的情况下,该算法均具有很高的转换精度,可有效适用于iGPS的测量位姿比对.     

基于MEMS传感器的高精度姿态角测量研究

针对传统姿态参考系统姿态解算容易受到载体运动加速度的干扰,导致系统精度变低、稳定性变差等问题,提出一种改进的卡尔曼滤波算法。该算法建立基于四元数的惯性系统姿态解算数学模型,并根据载体运动加速度的大小,适时调整卡尔曼滤波器的量测噪声方差的大小,以此减弱卡尔曼滤波过程中运动加速度对姿态角解算精度的影响。采用MEMS三轴陀螺仪、加速度计和磁阻传感器完成载体在电梯升降过程中的测量,对实验测量数据进行姿态解算,结果表明改进后的卡尔曼滤波算法能够有效减小运动加速度对姿态解算的影响,姿态角的均方根误差相对于传统的姿态参考系统降低约40%。     

基于对偶四元数的单目视觉目标位姿测量

目的在机器人视觉应用领域中,为控制机器人能够完成焊接、搬运、跟踪等任务,需要确定摄像机与目标之间的相对位姿关系,提出一种目标位姿测量方法。方法利用单摄像机获取目标特征,坐标变换参数表示为对偶四元数的形式,同时计算旋转矩阵和平移向量,构建位置向量和方向向量的测量值与模型值之间的误差方程,利用Hopfield神经网络实现拉格朗日乘子法,求解目标位姿最优解。结果利用Matlab软件平台,选择SVD,DQ以及文中算法进行比较,仿真实验结果表明,基于Hopfield神经网络和对偶四元数的位姿测量算法计算出的位姿参数误差最小。随着测量点数量的增大,文中提出的算法精度更高。结论对偶四元数同时求解位姿变换矩阵的旋转分量和平移分量,可消除计算误差,基于Hopfield神经网络和拉格朗日乘子法,可快速准确地计算,并收敛至目标位姿最优解。     

基于PSO优化神经网络和空间网格的机器人位姿标定方法

该文提出一种将机器人的位置和姿态拆分开,分别进行标定的机器人位姿标定方法。采用空间精度控制网格标定机器人定位误差,粒子群优化算法(particle swarm optimization,PSO)优化神经网络标定机器人定姿误差。该方法以指数积公式(product of exponentials,POE)为基础建立机器人正向运动学模型,用映射法建立空间网格,用三坐标测量臂测量机器人位姿,用空间网格精度标定定位误差,用PSO优化的神经网络标定定姿误差。其优点在于既标定机器人工具中心点(TCP)的定位误差,又标定机器人工具坐标系的姿态误差,使得机器人定位、定姿误差都得到补偿。实验结果表明机器人的定位、定姿均方根误差减小接近一个数量级。     

质量特性测量系统的运动学标定

质量特性测量过程中测量位姿的定位精度直接影响测量结果的精度。针对该问题利用D-H参数建立了系统机械结构的运动学方程,进而得到了终端产品坐标系的位置误差模型。利用激光跟踪仪测量产品坐标系上一点在不同位姿下的坐标,通过测量点的位置误差和D-H参数的雅克比矩阵建立标定方程,并求解得到系统实际的运动学参数。最后通过实验,对标定方法进行了验证,结果表明经过标定后的系统定位精度较标定前有明显的提高。     

基于三维空间的刚体位姿测量分析与仿真研究

本文针对刚体在三维空间中的位姿测量问题及数据可靠性的需求,提出一种基于三维空间的刚体位姿测量分析方法。首先,对位姿测量装置的结构进行分析,采用基于3-2-1六点定位原理的位姿测量算法,对刚体位姿坐标系建模,并求解相应的位姿关系式,利用实体设备,对位姿测量装置进行测量精度分析。结果表明：该方法在位置和姿态上符合实际情况,满足工业生产的测量精度要求,具有较好的稳定性和准确性。     

能量天平悬挂线圈姿态调整方法研究北大核心CSCD

能量天平悬挂线圈初始位姿不理想会引入准直误差,线圈中心水平位置的精密控制可以借助两轴高精度位移平台实现;但调整线圈姿态的3路连杆调整机构之间存在的相互耦合,使得对姿态的精确调整难以实现。基于能量天平悬挂系统初始位姿与寄生位移之间的数学模型,确定线圈绝对水平位置。在线圈绝对水平位置附近进行姿态控制实验,利用递推最小二乘法得到悬挂线圈姿态控制系统的离散状态空间模型。在此基础上,建立基于状态空间的模型预测控制策略,将悬挂线圈姿态调整逼近至绝对水平,其3路连杆控制准确度优于0.25μm,姿态控制准确度优于1μrad。     

采用标记约束实现三维图像拼接新方法

该方法的特点在于利用相邻图像块中3组重叠标记约束信息,完成传感器测量位置相互关系参数的标定,根据相互位置关系标定参数实现坐标系的统一和三维图像数据的拼接。同时,在标定参数解算过程中,引入旋动理论,利用空间向量分步求解12个位姿参数,使求解过程简单易行。通过对一自由曲面分块测量及数据拼接实验表明,这种方法参数求解简单,空间距离拼接相对误差优于0．56％。     

基于组合方式的掘进机导航系统研究

掘进机时走时停的迈步式工作特点导致其难以实现定向掘进,这一直是国内外面临的技术难题。为实现煤矿巷道掘进机的位姿测量,提出一种基于组合方式的掘进机导航系统（即组合导航系统）。首先,以十字激光指向仪的激光束为识别特征,结合自主研制的激光接收标靶,组建光电传感器导航系统,并构建掘进机机身位姿解算模型;然后,通过递推最小二乘（recursive least square, RLS）算法将光电传感器导航系统和光纤惯性导航系统的测量数据融合,解算出掘进机机身的位姿;最后,根据掘进机机身位姿的测量结果,通过PLC(programmable logic controller,可编程逻辑控制器)实现掘进机的纠偏控制,以有效解决其定向掘进问题。以MB670型掘锚一体机为实验对象,通过现场实验对所设计的组合导航系统进行测量误差分析。结果表明：该组合导航系统可以有效实现煤矿巷道掘进机机身的位姿测量;掘进机机身的位置测量误差在±20 mm以内,姿态角测量误差在±0.15°以内,满足煤矿巷道施工精度要求。基于组合方式的掘进机导航系统具有精度高、可靠性好的优点,弥补了单一导航系统的测量缺陷,可为掘进机的定向掘进智能...     

基于EKF的地磁/陀螺信息融合姿态测量算法研究

针对智能弹药机动飞行中仅利用地磁信息制导时无法实现全姿态角解算的问题,提出一种采用三轴陀螺仪角速率信息辅助三轴磁传感器信息进行弹体姿态角解算的EKF融合算法。算法利用磁传感器测量模型和四元数微分方程建立观测方程和状态方程,并分别对非线性的系统进行线性化得到卡尔曼滤波方程。通过在高速飞行仿真转台上进行半物理仿真试验,最终全姿态角的解算实现对地磁/陀螺信息的融合。经过对仿真信号的处理,在弹体俯仰角±30°变化的情况下,该EKF融合算法解算滚转角和俯仰角比传统单纯依靠地磁信息进行滚转角和俯仰角解算的精度提高近一个数量级,并且解算偏航角误差在1°以内。     

一种新型非接触位姿检测系统研究

提出一种基于位置敏感探测器(简称PSD)多光束同步检测技术的位姿检测新方法,采用两个二维PSD从不同角度同时测量出目标物体上多个特征点的二维坐标,然后通过坐标变换计算得到各点的三维空间坐标;根据位姿变化前后的各点空间坐标,采用比较简单的算法计算出目标物体的位姿参数.通过算例验证该方法是可行的;由初步的实验获得目标物体的位姿参数,最大平移误差为1.0574mm,最大旋转误差为0.2851rad,需要通过多种途径进一步提高系统的检测精度.