太阳同步轨道二维变姿态空间相机的外热流计算

为了得到准确的二维变姿态空间相机外热流数据,提出了一种在J2000坐标系下进行二维变姿态空间相机的外热流算法。首先,在J2000坐标系下确定了相机的位置、太阳的位置及其辐射强度;其次,根据空间相机的视轴始终指向太阳的工作特点及太阳的位置,计算出其在极端情况下的二维姿态角;然后,根据得到的姿态角计算出姿态变换矩阵。最后,利用Matlab编程计算出一个轨道周期内的不变姿态以及二维变姿态条件下的复杂外热流。该方法计算得到的不变姿态外热流与I-deas/TMG软件得到的结果能够很好地吻合。与姿态不变的相机相比,相机二维姿态的变化会导致其外热流发生较大的变化,尤其是入光口所在的-Y面,其太阳直射热流的波动范围为0~1 394 W/m2。得到的姿态角为热仿真模型姿态的调整提供了重要参考。由变姿态外热流数据可以看出,-Z面的外热流最小,其最大平均外热流小于4 W/m2。另外X面和+Y面的外热流也较小,X面最大平均外热流小于80 W/m2,+Y面最大平均外热流小于110 W/m2。在实际应用中,由于卫星平台的遮挡,X面和+Y面的外热流会更小,因此可以将-Z面,X面和+Y面作为散热面,为热设计工作提拱了很好的指导。     

多传感器滤波算法下的两轮自平衡机器人控制

文中旨在实现两轮自平衡机器人更加稳定的姿态控制的研究,选择STM32作为开发平台,针对在对两轮平衡车姿态检测过程中存在一定的噪声干扰和测量误差的问题,设计了一种基于卡尔曼滤波的由多个传感器数据融合的方法。在更好地融合了多组陀螺仪与加速度计的数据,同时减少了存储量,得到更准确更稳定的角度值。控制结果表明,卡尔曼滤波方法下的多组传感器数据融合的姿态检测方案,能够更好地有助于系统抑制噪声,使得自平衡机器人的姿态调节更加稳定,更有利于机器人系统的控制。     

双足机器人RCG姿态控制算法的研究

稳定步行是仿人双足机器人开展实际作业的基础,也是研究的难点和热点.为了提高对仿人机器人步行失稳的响应速率和控制准确性,克服利用陀螺仪进行姿态测量及控制无法完整表述机器人运动状态,从而造成控制滞后的缺点.本文提出了RCG姿态控制算法,在以角速度和角度作为控制参量的模型基础上,引入机器人运动过程中的加速度作为姿态判断和调整的影响因子,实现对机器人行走过程的反馈控制,提高了双足机器人对失稳状态的响应速率和响应的准确性.通过对自主搭建的机器人样机进行测试,结果表明：当双足机器人步行失稳时,RCG姿态控制算法比以角速度和角度作为参量的控制算法能够更快速、准确的修正姿态偏差,保持姿态稳定.     

仿生蝴蝶飞行器设计分析

面向仿生飞行器未来在地外探测上的潜在应用,提出了一种仿蝴蝶扑翼飞行器的整体设计与制造方案。构思并设计了一款结构相对简单的舵机驱动式双驱扑翼飞行器,并对其做出一系列优化。首先对研究对象进行了概念设计。为了方便实验探究,基于自由度理论设计了一种结构简单,自由度高的仿蝴蝶扑翼微飞行器,并基于飞行器的飞行原理设计了姿态控制方案。利用一系列自行设计的加工工艺,制造组装出整机后,通过实验平台对扑翼微飞行器的飞行状态进行测试,并结合高速摄像机对比观察升力与翅膀运动规律的关系。该仿蝴蝶扑翼飞行器由舵机直驱,翼展为49.8 cm,机身总长37.9 cm,整机重量为32.2 g。测得该飞行器的升力为0.272 N,拍打频率在1.1 Hz左右,最大拍打角为136°。     

一种基于机器视觉的高炉铁口深度检测方法

维持稳定的高炉铁口深度对高炉安全生产以及高炉长寿具有重要意义。目前,高炉铁口深度检测是利用开铁口机的行程标尺或速度编码器,而铁口环境恶劣,具有高温、强腐蚀、多尘、多振动等特点,难以实现低成本、高效率测量。对此,提出了一种基于ArUco标记的机器视觉测距技术,针对ArUco标记,研究了快速、准确提取ArUco标记特征点的方法;针对铁口打开时机难以人工判断的情况,提出基于图像颜色变化的铁口打开判据,实现铁口深度的自动测量。实验表明,在实验室景深5 m、量程4.3 m的条件下,移动距离的测量相对误差小于1%;在现场环境下,该方法可以实时有效提取标记区域,检测速度可以达到20 fps,满足炉前区域高炉铁口深度的持续、准确测量需求。     

两足步行机器人动态步行姿态稳定性及姿态控制

本文提出了一种新型两足步行机器人动态步行实时控制方法，引入了姿态稳定性和步态稳定性的概念，把两足动态步行控制分为姿态稳定性控制和步态稳定性控制两个相互联系的子系统，并从姿态稳定性分析出发，重点研究了各关节轨迹跟踪控制和系统整体动态平衡等问题，提出了姿态控制器的结构及设计方法．     

允许姿态变化的快速人脸特征检测

本文提出一种在允许姿态显著变化的人脸图象上快速检测眼睛和嘴角的方法。该方法仅仅合理地假设人脸图象要以通过值分割将头发和眼睛与脸部明显分开。首先采用Ｈｏｕｇｈ变换并利用有脸的相似性和对称性约束确定两个瞳孔的位置，然后根据人体测量关系初略估计嘴部区域，最事利用积分投影方法得到嘴角的精确位置。     

基于视觉误差反馈的自主对接研究

本文提出了一种基于视觉误差反馈的自主对接方法，传统的视觉姿态估计方法是依靠先看后动一步完成的，没有利用视的误差反馈信息，而本文提出的方法根据目标器特征点的相机成像位置与理想位置的差来调整目标器的位置和姿态，它可根据误差大小情况进行多步调整，能实现六个自由度的自主对接，实验证明了该方法的有效性。     

引力引起的空间站轨道与姿态耦合动力学方程的建立和计算

在重力作为耦合源的情况下,本文建立了适合于数值计算的空间站轨道与姿态耦合动力学方程,摄动因素计及了J_2、J_3、J_4、J_5、J_6球带调谐项的影响,姿态运动的参考轨道取为空间站的有摄轨道。计算结果表明了所建耦合动力学模型的数值实用性。     

星敏感器支架的指向性标定及校正

为保证星敏感器支架安装后具有高精度的指向性,提出了一种星敏感器支架定量修研的技术方法,首先通过构造虚拟水平轴建立星敏感器支架坐标系,然后利用经纬仪交互测量和逐级求解方法获得星敏感器支架和相机任意两坐标轴的夹角关系。根据该结果进行了星敏感器支架实际坐标系与相机坐标系姿态变换矩阵的求解,利用星敏感器支架与相机坐标系的技术指标要求,进行了星敏感器支架理论坐标系与航天相机坐标系的姿态变换矩阵求解。然后以相机坐标系进行中间传递,获得了星敏感器支架实际坐标系到理论坐标系的姿态变换矩阵。根据该结果精确求解了星敏感器支架的修调量。通过试验研究表明利用该方法装调完成的星敏感器支架,经过两次修研迭代,其指向精度由最初的760″提升至10″以内。证明了该方法的有效性,同时星敏感器支架的指向性标定及校正也可指导其他有空间自由角度关系的两部件的精密装调。