基于MIMU和磁力计的姿态更新算法研究

针对传统人体姿态解算算法中存在MEMS陀螺误差发散快的问题,提出一种基于微惯性测量单元( MIMU)及磁力计信息融合的姿态解算算法。该算法利用互补滤波结合PI调节控制完成陀螺零偏校正,然后在加速度计和磁强计的辅助校正下,通过EKF( Expand Kalman Filter)滤波器更新四元数法实现陀螺姿态解算。本算法采用MPU9150传感器模块完成测试实验,实验中对比分析了单独扩展卡尔曼滤波算法与本算法的滤波效果。实验结果表明,本算法能够有效地抑制陀螺的发散,实现稳定地输出高精度姿态数据。     

基于四元数的低成本姿态测量系统设计

针对运动载体姿态测量的需求,以MEMS惯性测量器件MPU6050为核心,设计了一种低成本姿态测量系统.系统采用四元数作为姿态解算的基础,融合陀螺仪和加速度计数据以修正陀螺仪累积误差引起的姿态漂移.为了降低MCU负担提高系统实时性,数据融合采用运算量较小的梯度下降和互补滤波相结合的方法.实验结果表面:此测量系统实时性好,输出姿态角稳定,且成本低,具有一定的实用价值.     

微型航姿系统抗加速度干扰姿态估计研究

基于加速度计、陀螺仪和磁强计的航姿参考系统(AHRS)可提供航向角、俯仰角和横滚角等信息,但加速度计读数中包含的载体运动加速度会影响AHRS航姿精度.针对常用的基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的姿态估计算法,讨论了对运动加速度进行估计和补偿的两种不同方法,即内部估计法和外部估计法.仿真和实验结果表明,加速度外部估计法比内部估计法计算量小且补偿效果好,在动态环境下能获得较高的航姿精度.     

基于四元数解算陀螺仪姿态角算法的实现

采用四元数将三轴陀螺仪以及三轴加速度计的数据进行互补融合,讨论了四元数解算的设计过程,给出了相应步骤的详细代码.实验证明,该算法有效抑制陀螺仪的误差发散,并提高了系统的测量精度.     

预置旋转正交坐标系测量精度分布解析

预置旋转正交坐标系在姿态测量时可增强原始信号幅度,较大地提高了姿态测量的总体精度.通过解算传感器三轴相对误差公式的方法,对预置旋转正交坐标系测量精度分布进行深入分析,研究了预置旋转正交坐标系姿态测量各区域的精度分布特征.图例表明,三轴相对误差在大角度井斜均存在极值点,并且三轴传感器输出相对误差随井斜和工具面角变化而变化.在小角度姿态测量时利用预置旋转的正交坐标系是比较理想的.     

基于RGB-D深度相机的室内场景重建

目的 重建包含真实纹理的彩色场景3维模型是计算机视觉领域重要的研究课题之一,由于室内场景复杂、采样图像序列长且运动无规则,现有的3维重建算法存在重建尺度受限、局部细节重建效果差的等问题。方法 以RGBD-SLAM 算法为基础并提出了两方面的改进,一是将深度图中的平面信息加入帧间配准算法,提高了帧间配准算法的鲁棒性与精度;二是在截断符号距离函数(TSDF)体重建过程中,提出了一种指数权重函数,相比普通的权重函数能更好地减少相机深度畸变对重建的影响。结果 本文方法在相机姿态估计中带来了比RGBD-SLAM方法更好的结果,平均绝对路径误差减少1.3 cm,能取得到更好的重建效果。结论 本文方法有效地提高了相机姿态估计精度,可以应用于室内场景重建中。     

关节式爬管机器人的运动稳定性研究

在爬管机器人的运动稳定性问题的研究中,设计了一种应用关节式机器人运动原理的爬管机器人.为提高机器人运动的稳定性,提出以关节翻转力矩和手爪夹持力来评判运动姿态的稳定性,以躯干质心位移和速度的变化规律来评判运动轨迹的稳定性.利用ADAMS软件建立了在一个运动周期内,各关节驱动电机的输出转矩、手爪与管道之间的接触力,以及躯干质心的位移、速度等随时间的变化规律模型.结果表明所设计的爬管机器人的关节翻转力矩和手爪夹持力能满足运动姿态稳定性的要求,且能够以约1.11 m/min的速度沿着垂直管道平稳地爬行,不偏离爬行方向,保证了机器人运动轨迹的稳定性.仿真结果为下一步研制关节式爬管机器人的物理样机提供了理论指导,也为其它类型的爬管机器人研究提供了参考.     

空间太阳能电站的轨道、姿态和结构振动的耦合动力学建模及辛求解

作为一种从太空获得清洁能源的系统,空间太阳能电站(SPS)吸引着许多国家和科研机构的关注.由于其超大、超轻的柔性结构特点,研究其在轨动力学行为时需要考虑轨道、姿态和结构振动的耦合作用.本文在考虑地球的非球形摄动影响下,建立了集成对称聚光系统(ISC)的动力学模型.通过Legendre变换引入广义动量,在Hamilton体系下建立了其轨道、姿态、轴向振动耦合的动力学方程.采用辛Runge-Kutta方法对耦合动力学方程进行数值求解.根据数值结果,分别研究了其在地球同步轨道下二阶摄动项对轨道、姿态和结构振动的影响,并分析了总能量的变化情况.     

基于动作捕捉技术的数字化舞蹈教学方法研究

本文针对舞蹈学习的复杂性,提出基于动作捕捉技术的舞蹈教学方法,利用动作捕捉技术将一整段复杂的舞蹈动作分解成很多小段,建立舞蹈教学姿态数据库,制成教学动画,指导学生根据小段舞蹈动作进行学习模仿,从而重构出整套舞蹈动作,实现教学。     

矿用随钻轨迹测量系统误差补偿方法

介绍了随钻轨迹测量系统构成和测量原理,从传感器自身误差、工况环境误差、传感器安装误差3个方面详细阐述系统误差来源及其补偿方法。通过模拟水平定向钻进物理场景并分析比较误差补偿前后的姿态角可知,对不同误差源作出相应的误差补偿可以提高姿态角测量精度。