多关节坐标测量机的误差模型

按Denavit-Hartenberg方法,建立了多关节坐标测量机末端测头中心相对于机座参考坐标系的测量运动的数学模型。在此基础上,运用矩阵函数的全微分方法,建立起末端测头中心坐标误差与测量运动模型参数误差之间的传递关系。为进一步研究多关节坐标测量机的标定和补偿奠定了理论基础。     

基于内点法实现关节式坐标测量机参数标定

提出一种基于内点法的关节式坐标测量机参数自标定方法。首先,基于D-H方法,建立关节式坐标测量机的运动学模型,在此基础上建立参数误差模型。利用自制标定块,采用多位姿测量多点的方法获得标定用数据,从而使该标定方法能够在现场应用;以测量机的长度测量精度为基础建立目标函数,利用内点法进行参数辨识,该算法对迭代初值无要求,可有效提高参数标定成功率。通过标定实验得到坐标测量机的运动学参数,验证了该方法的可行性。经过标定后,关节式坐标测量机的单点重复性精度和长度测量精度分别提高了93.65倍和100.13倍。     

柔性关节机器人参数分步辨识策略研究

针对具有柔性关节的机器人,建立包含重力补偿的机器人动力学模型.对模型线性化处理与提取最小参数集,确定激励轨迹方程形式,并从矩阵秩和条件数两个方面对各辨识矩阵的观测矩阵进行分析,提出相应的参数分步辨识策略,进而确定各参数的辨识顺序以及提高辨识精度的方法.该策略对线性方程组形式的参数辨识具有普适性.通过对二自由度机器人模型条件数的计算,验证了策略的有效性.     

柔性关节机器人参数分步辨识策略研究

针对具有柔性关节的机器人,建立包含重力补偿的机器人动力学模型.对模型线性化处理与提取最小参数集,确定激励轨迹方程形式,并从矩阵秩和条件数两个方面对各辨识矩阵的观测矩阵进行分析,提出相应的参数分步辨识策略,进而确定各参数的辨识顺序以及提高辨识精度的方法.该策略对线性方程组形式的参数辨识具有普适性.通过对二自由度机器人模型条件数的计算,验证了策略的有效性.     

高精密转台标定方法研究

针对特定情况下高精密大型转台定位精度的标定问题,提出了一种采用激光跟踪仪标定的方法,首先分析影响标定方法精度的因素,通过优化测量参数及采样策略,建立基于激光跟踪仪的最优标定系统,拟合激光跟踪仪测得点所在的三维平面,通过坐标变换将测量点转换到二维平面上,拟合转换后的数据得到圆心坐标,最后计算相邻测量点与圆心连线的夹角,与理论值进行比较,从而确定转台的定位精度。实验表明,标定系统的精度满足要求。该标定方法简单可靠,提高了高精密大型转台的标定效率。     

多关节机械臂的坐标模型和参数标定

对多关节机械臂式三维坐标采集系统中使用的空间坐标模型和参数标定方法进行了研究.首先提出了具有普适性的杆件单元模型,并基于此建立了多关节机械臂式三维坐标测量机构的坐标模型.继而讨论了模型中各系统参数的标定问题,在研究基于最小二乘法和迭代的标定方法之后提出了一种基于实数编码型遗传算法的标定方法,它具有定标点数不受限制,精度高等优点.实验结果证明这种标定方法有较好的实用性和鲁棒性.     

一种模块化机器人的标定方法研究

对一种可重构模块化机器人系统进行定位精度标定方法研究。采用装配映射矩阵描述任意给定的模块化机械臂组成模块间的装配关系,并根据装配信息自动生成指数积形式的运动学模型。根据指数积公式中关节旋量坐标的理论值和实际值之间的伴随变换关系将运动学模型改写成包含关节约束条件的等价形式。对运动学方程取微分得到机械臂末端定位误差与关节旋量误差及零位位置误差间的线性化模型。给出了一种基于最小二乘法的运动学参数标定模型及其生成方法。通过程序生成一种5自由度模块化机械臂的标定模型并采用激光跟踪仪作为测量设备进行运动学参数标定试验。试验结果表明标定过程能够快速收敛到稳定值。测试结果表明经参数标定机器人的平均定位精度提高了近4倍。     

基于单目摄像机的光学立体标定技术

为了构建一种基于单摄像机的三维视觉系统,提出了重构光学标定点三维坐标、计算重构误差和优化标定参数的方法。通过移动高精度位移平台,构建三维视觉系统,计算左右摄像机位的初始参数,引入质心坐标法计算两摄像机位间的旋转平移矩阵,利用最优三角剖分法重构光学标定点的三维坐标,计算并最小化重构误差,对标定参数进行优化。实验表明：重构误差直接反映了三维重建的效率,该方法的精度和鲁棒性得到了显著的提高;实物外形测量的误差从0.1123 mm减小到0.0191 mm,标准差从0.1838减小到0.1275。该方法适合应用于三维视觉系统标定质量的评估。     

投影仪内参数的标定新方法

基于编码结构光的自标定三维重构技术中需将投影仪视为一个逆向的摄像机,而且需要标定其在针孔模型下的内参数矩阵。本文提出的投影仪内参数新标定方法,不需要精密移动的机械装置或精密标定模块就可以实现投影仪内参数的标定。该方法首先提取图像中的特征点坐标,依据伪随机编码原理求出特征点在投影平面上的坐标,利用几何原理求得特征点在靶标平面上的二维坐标,再通过张氏标定法完成对投影仪的内参数标定。实验表明该方法可操作性好,结果准确可靠。     

基于自由运动的刚性球棒的像机内外参数标定

制作一种两端及中间各安装一个红外反光标志球的刚性球棒,不需要其它复杂标定装置,只要将这种特制的刚性球棒在测量空间内多次随意移动并摄取其图像,即可实现双像机标定。标定算法首先假定主点位于像面中心附近的某个位置,通过Hartley改进八点法求出基本矩阵,继而求出半标定矩阵并对其奇异值分解,再线性地求出焦距。接着求出本质矩阵,奇异值分解后得到旋转矩阵和比例因子意义下的平移向量。利用三角法确定刚性球棒两端点的重建坐标和距离,与标准距离对比确定比例因子。通过评价函数将像机标定转换成寻找两像机最佳主点配对的非线性最小化问题。运用改进的模拟退火进化策略算法迭代优化求解出最佳主点配对,继而求解出像机其它内外参数。与传统方法相比,本文方法不需要对球棒的运动做任何限制,并且能够同时求解出像机内、外参数,改进的模拟退火进化策略算法改善了全局收敛性能并加快了收敛速度。     

基于虚拟仪器技术的分布式机器人视觉伺服系统

研究一种构造分布式机器人视觉伺服系统的方法。在分布式机器人视觉伺服系统的基础上,运用NI公司(美国国家仪器公司)的LabVIEW,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统连接起来,构成了基于LabVIEW的分布式机器人视觉伺服系统。推导了视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵,用LabVIEW语言编写了基于逆模型的控制算法,给出了实验结果。     

基于虚拟仪器技术的机器人视觉伺服研究

以分布式系统的原理为结构框架,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统有机结合,构成了基于虚拟仪器技术的分布式机器人视觉伺服系统。在推导视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵的基础上,用LabVIEW语言编写了基于逆模型的控制算法等软件模块,实现了对目标二维运动的跟踪,最后给出了实验结果:采用简单的模糊控制算法,对于100个像素的阶跃激励,系统可在3 s内实现跟踪。     

3PSS-S型并联机构的奇异轨迹研究

针对一种3PSS-S球面并联机构,建立了该并联机构的位置反解数学模型,推导了并联机构速度方程和雅可比矩阵的解析表达式。基于机构的雅可比矩阵,应用等高线方法绘制了并联机构的奇异轨迹曲线,并讨论了固定平台结构参数对并联机构奇异轨迹的影响。     

Self-calibration method for vision-guided cell micromanipulation systems

A new self-calibration method for a piezoelectric actuator-based vision-guided cell micromanipulation system is proposed. This method consolidates all the system parameters' uncertainties into a matrix instead of classifying into intrinsic and extrinsic. The position difference of the micromanipulator tip in the image plane between the measured and estimated output which is based on estimations of relevant parameters is assumed to be caused by the matrix. This matrix is estimated by means of collecting several pairs of known input and the corresponding output differences. Matrix standard deviation and gray-value based matching are applied to identify the output differences. Biological contamination is reduced since a calibration template is not required. This self-calibration is particularly suitable for cell micromanipulation systems where the micromanipulator is frequently dismounted and mounted.     

非对称球面五杆机构的奇异轨迹与灵巧度分析

针对非对称球面五杆机构,研究了机构的奇异轨迹曲线和灵巧度.首先建立了球面五杆机构的运动学正、反解模型,并导出了机构的速度方程和雅可比矩阵.基于机构的雅可比矩阵,对机构的奇异位形和灵活度进行了计算分析,绘制了机构的奇异轨迹和灵巧度分布曲线,并讨论了球面五杆机构的结构参数对机构全条件指标的影响.     

一种基于平面精度的机器人标定方法及仿真

研究了一种测量简便、成本较低的基于平面精度的机器人标定方法,该方法限定了机器人末端手爪在其工作空间的平面内运动。在机器人的平面运动过程中,由关节驱动器记录平面上各采样点处的关节值并将这些值作为标定数据,避免了使用其他测量工具的复杂测量过程。建立了相应的评价方程以描述机器人所得位姿数据对该平面的逼近程度;给出了对应具体误差参数的辨识雅可比矩阵的求解方法,得出基于该雅可比矩阵的参数误差,并将该误差反向代回机器人运动学求解过程;最后使用MATLAB下的机器人工具箱建立了两连杆机器人模型,对该方法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法将机器人绝对定位精度提高了50倍。     

基于行驶工况的插电式混合动力公交车控制参数自动化标定方法

为解决行驶工况下插电式混合动力汽车控制参数仿真标定过程中标定参数选取缺少科学性和人工实时在线标定效率较低等问题,提出一种面向任意行驶工况的控制参数自动化标定方法。基于实际公交行驶工况,设计了正交试验对控制策略参数的油耗影响度进行分析,选取5个影响度较大的控制参数作为标定参数。利用优化算法自主寻优特性代替人工分析结果和调整参数,构建控制参数优化模型。利用Cruise、MicroAutoBox、Isight等工具开发出控制参数自动化标定的实时仿真平台。仿真结果表明：与人工标定相比,相同标定次数下自动化标定的时间缩短了75.51%,通过合理的转矩分配,减小了超级电容SOC的波动,标定后控制策略百公里燃油消耗降低了12.30％,从而验证了该标定方法的可行性。     

Comparison of quantification strategies for one-point standard addition calibration: The heteroscedastic case

Two quantification strategies for one-point standard addition calibration have been compared mathematically. One strategy involved the extrapolation of measurement points to their intercept with the x-axis to determine the analyte content in the unknown sample, and the other strategy is based upon direct calculation of the analyte content in the unknown sample using the instrumental responses obtained during measurement. The cases of both conventional standard addition calibration (C-SAC) and sequential standard addition calibration (S-SAC) have been considered. The heteroscedastic situation has been considered, where the relative precision of instrumental responses is constant.     

单颗粒气溶胶质谱仪自动粒径校正方法

单颗粒气溶胶质谱仪通常采用空气动力学透镜进样,通过测量透镜出口每一个颗粒物的速度来推算颗粒物的空气动力学直径。然而,颗粒物速度受透镜前端压力的影响较大,该压力发生微小变化就会导致颗粒物粒径检测发生偏差。本研究提出一种适用于单颗粒气溶胶质谱仪的自动粒径校正方法,预先记录几组一定透镜前端压力范围内的粒径校准参数,然后根据进样压力的变化,使软件自动通过插值算法拟合相应的粒径校正方程对颗粒物粒径测量值进行校正,从而保证在指定的压力波动范围内粒径测量结果的准确性。实验结果表明,当透镜前端压力在164.92~352.45 Pa范围变化时,该方法对于152~3100 nm颗粒物的测径偏差大部分都在10 nm以内。模拟结果表明,该方法能够保证仪器在海拔8 km范围内粒径测量的准确性,可以应用到所有采用空气动力学进样及激光颗粒物粒径测量的仪器中,能够极大地增加仪器对外界环境的适应性并提高数据结果的可靠性。