喷印机器人工具坐标系标定

提出一种利用激光跟踪仪标定机器人工具坐标系的方法。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,将机器人基坐标系与激光跟踪仪的测量坐标系统一。通过机器人运动学方程获得机器人末端连杆坐标系相对基坐标系的变换关系,利用激光跟踪仪测量拟合得到机器人工具坐标系,利用坐标变换初步确定机器人工具参数。通过机器人单轴旋转运动对工具坐标系原点进行修正,最终确定工具参数。最后通过机器人重定位运动对误差进行计算。实验结果表明,修正后x,y,z坐标的RMS(root mean square,均方根)误差分别为0.127 1,0.141 3和0.117 4mm,精度是修正前的2.5倍。     

惯性测量单元全自动简易标定台设计

针对传统惯性器件标定台价格昂贵且体积庞大的问题,该文提出了一种全自动简易标定平台.以传统“三轴嵌套”模式为基础,设计了标定台的机械结构;考虑惯性传感器中的误差因素,建立了相应的线性误差模型,通过拟合载体坐标系下的输出和IMU传感器的输出获取误差参数,得到IMU在载体坐标系下的输出;以MPU9250芯片为基础,根据六位置标定法,得出芯片中陀螺仪与加速度计的标定结果.将标定后的MPU9250与高精度的MTI-300进行了对比分析,并结合人体行走定位实验,检验了标定效果.结果表明：该文设计的简易标定台能够有效提高IMU的测量精度,与商用系统相比整个系统欧拉角测量误差均方根降低至3.5以下.     

太阳敏感器输出误差测量装置研究

设计完成了一种太阳敏感器输出误差测量装置,其原理简单、成本较低,可以满足大部分太阳敏感器地面测试测量精度的需求。太阳敏感器是卫星动态模拟器敏感器部件的重要组件之一。太阳敏感器输出误差测量是卫星动态模拟器研制和实验操作的一项重要的前期工作,精确测量太阳敏感器误差对以后的理论计算和仿真实验有重要意义。太阳敏感器主要通过测量太阳光线与卫星某一体轴之间的夹角,确定太阳在敏感器本体坐标系中的位置,通过坐标矩阵变换得到太阳在卫星本体坐标系中的位置,最终在卫星的姿态控制系统中求出卫星姿态,即卫星的空间方位。提出了一种新的基于ARM7单片机的数字太阳敏感期输出误差测量装置设计方法。采用高精度数字式二自由度电动转台作为测量装置的基台,用于改变输入角度。采用ARM单片机控制器控制转台的转动角度和转动速度;采用专用的太阳模拟器作为太阳敏感器的输入光源;太阳敏感器的输出角度通过无线模块传送至PC机进行输出处理操作。对比转台角度和太阳敏感器的输出实测角度,可以得到太阳敏感器的输出误差曲线。本测试系统误差来源较少,主要为动力学转台的运动误差和太阳模拟器光源误差。转台的运动控制精度为0.00125mm/(°)。理想情形本装置的测量精度为角...     

基于支持向量机回归的曲面零件涡流测距标定方法

以燃料贮箱筒段外表面聚氨酯泡沫层厚度测量精度要求为例,开展4种常见曲率筒段试件标定试验;提出基于支持向量机回归的涡流测距标定方法,建立提离距离预测模型(LDPM),用于曲面零件涡流测距;研究曲率对涡流测距测量误差的影响规律.根据测量误差产生的原因将测量误差分为两部分:表面曲率误差和其他误差,分析误差分量在传感器量程范围内相对大小的变化规律,为曲面测量误差补偿提供参考依据.此外,对比分析LDPM与常用标定方法获得的标定函数在测量精度、计算速率方面的优劣,为曲面零件涡流测距选用何种标定方法提供建议.研究结果表明:LDPM在传感器量程初始阶段,表面曲率误差对曲率不敏感;在量程中点附近,表面曲率误差绝对值随着曲率的增加,先减小后上升;在终点区域,表面曲率误差绝对值随着曲率的增加而上升.在整个量程范围内的不同测量区间,其他误差保持不变.此外,LDPM可以将测量误差控制在[-0.5, 0.5] mm,精度与5项多峰高斯拟合相当,高于4次多项式拟合,能够满足厚度测量精度要求,无损检测操作方便.     

基于三维点云的隧道全局中线提取方法及应用

提取隧道横断面通常是基于隧道中线,而隧道中线提取是最困难的一个环节.本文提出了一种有效的隧道全局中线自动提取算法:通过从隧道的点云水平投影中提取边界点,并利用随机采样一致性算法提取边界点中用于多模型拟合的内点,最终的隧道中线基于再次随机采样的全局优化算法确定.所提出的算法被应用于位于四川的写字岩隧道,结果表明:全局中线提取达到了较高的精度,其均方根误差为16.5mm;与全站仪测量的隧道中线点相比,偏差的均方根误差为10.3mm.     

基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法

快速准确测量运动目标的姿态,在航天航空、机器人等领域应用广泛.针对惯性姿态测量速度快但精度不足而视觉姿态测量精度高但速度慢的特点,提出了一种基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法.IMU姿态测量时,使用欧拉角迭代公式解算运动目标的姿态;单目视觉姿态测量时,使用POSIT算法求解被测目标的姿态;再使用H?滤波器融合两者的测量结果;用融合结果与惯性测量结果的差值修正并更新漂移误差曲线.根据被测目标的两组匀速转动信息,提出了双矢量正交化标定法标定IMU坐标系到目标坐标系的旋转矩阵;根据单目视觉采集的3幅图像信息,提出了三图快速标定法标定靶标坐标系到目标坐标系的旋转矩阵.实验表明,提出的姿态测量方法能实现快速姿态测量,测量精度高.     

直升机旋翼共锥度测量系统的设计与实现

基于视觉技术提出了一种应用高速摄像机测量直升机旋翼共锥度的新方法,给出了系统总体的设计方案并对成像误差进行了分析.基于相似性准则,讨论了直升机动平衡旋翼台模型中关键部件参数的计算方法.提供一种简洁快速的摄像机内部参数标定方法.通过相关实验验证了标定算法的精度.围绕滤波与边缘检测技术设计了图像处理软件,实验结果表明测量系统误差精度在1.5mm内.     

臂载线结构激光手眼矩阵的精确标定——多坐标系转换法

针对臂载线结构激光手眼结构的标定问题,提出一种多坐标系转换法.该方法借助激光跟踪仪和标定物,测量末端连杆和线激光坐标系相对于激光跟踪仪的齐次变换矩阵,从而快速计算线激光坐标系相对于机械臂末端连杆坐标系的手眼矩阵.该方法具有操作简便、误差小、精度高、对实验器材没有严格要求等优点.使用移动-转动-移动(PRP)三自由度机械臂进行手眼矩阵标定实验.实验结果表明:手眼矩阵旋转轴测量误差小于0.001,旋转角度误差小于0.07°,位移矩阵误差小于0.25 mm.该方法适用于任意二自由度及以上的机械臂与二维或三维传感器形成手眼结构的手眼矩阵标定.     

椭圆形构件变形测量的数据处理

椭圆形构件由多个刚体管片组成，其变形量可表示为单个管片两端点相对椭圆的位移量．定义仪器中心为测量坐标系原点，椭圆圆心为椭圆坐标系原点．在测量坐标系内，根据多个观测点坐标拟合椭圆方程，得到椭圆相对测量系统的平移旋转参数．将观测点坐标由测量系转换为椭圆坐标．在椭圆系中，求解各管片相对拟合椭圆的平移和旋转参数．最后，通过计算管片端点相对拟合椭圆的位移量得到管片变形量．实际数据处理结果表明，本方法可行．     

CCD太阳敏感器精度标定方法

介绍了CCD太阳敏感器的工作原理,对CCD太阳敏感器的误差进行分析,采用分段拟合的方法进行CCD太阳敏感器的精度标定.     

基于鱼眼镜头的树高测量方法

为解决当前测量树高方法中存在测量误差大、测量不便等问题,提出一种基于鱼眼镜头的树高测量方法.该方法首先利用鱼眼镜头成像模型确立世界坐标系到图像像素坐标系的变换关系;然后以畸变系数的等距投影模型为基础,利用Scar-amuzza鱼眼相机标定方法求解参数并建立测量系统模型;最后利用图像处理技术对实验图像进行轮廓提取、分割及极值点提取,实现对树高的测量.通过所提出的测量方法对树高进行测量,实验结果表明:测量方法的测量误差在-0.196～0.195m,树高测量最高相对误差为2.75％,平均相对误差为1.505％,说明该方法有效减小了测量误差,具有很高的精确性,同时测量方法简便,可操作性强.     

基于电磁定位仪的超声图像中穿刺针实时跟踪软件开发

文中利用高精度电磁定位仪实时跟踪超声探头和穿刺针，开发用于穿刺导引的实时跟踪软件.文中使用NDI Aurora电磁定位仪实时获取穿刺针针尖的三维空间坐标，用PLUS toolkit从电磁定位仪和超声机采集数据，在完成时间以及空间校准（针尖校准、体模校准、探头校准）的基础上，得到从电磁定位坐标系到超声图像坐标系的转换矩阵，进而将由电磁定位器获得的针尖坐标转换到超声图像中，并标注出针尖的位置.为了衡量算法的精确度，文中用人工的方法在图像中选取针尖坐标，多次取样做平均，然后以该坐标作为衡量的标准.文中采集多组数据，计算由转换矩阵得到的针尖坐标与标准之间的均方误差.结果表明，该方法的均方误差MSE为2.456 mm，在可接受范围内.     

基于混合优化算法的关节臂式测量机参数标定

为进一步提高关节臂式坐标测量机等高机动性精密测量设备的测量精度,使用D-H矩阵法建立其关节坐标转换数学模型并据此推导出参数误差模型.针对非线性多参数标定问题,通过变换分析消除了最小二乘法求解时矩阵中的冗余参数,降低了计算的复杂性.设定判定准则并实现最小二乘法和模拟退火算法的混合,提出了一种基于混合优化算法的参数标定方法,解决了LM算法的初值设定和SA算法的搜索效率逐步降低的问题.实验结果表明:关节臂式测量机参数经混合优化算法标定后,参数的误差范围有了显著的缩小,单点重复性误差的平均值减小了1.746 mm,长度误差的平均值减小了0.941 mm,测量误差得到了进一步的抑制.     

多视域下基于机器视觉的索力测试

拉索是缆索承重体系桥梁的关键承力或传力构件,在体系构成中的地位至关重要。为解决现有非接触视觉测量存在的测试视场不足、应用场景复杂多变,致使其测试精度与视域范围相互矛盾无法协调统一的技术难题,提出了多视域下基于机器视觉的索力测试新方法。以全息视觉传感器系统获取斜拉索全视域-多视域下的空间几何构型数据,建立了像素映射及图像增强算法计算模型;通过数字空间基准平面的信息转化,对复杂测试场景下视觉传感器光轴射线与被测物体所在承影面非正交情况进行测试参数修正。为避免实测拉索全息性态特征因偏离标准悬链线所导致的索力测量误差,以单一视域下的几何构型拟合降噪后的全息曲线并精确定拉索上下锚固点坐标,进而可由拉索全息性态特征参数精确测算斜拉索索力。试验结果表明：本文方法可在复杂测试场景下量化分析拉索索力计算参数,相较于常规索力测试方法,最大相对误差为9.2%,均方根误差为2.79%,满足工程实践测试精度及稳定性要求,为复杂测试场景下斜拉桥索力监测提供了一种新途径。     

基于双目立体视觉系统的测量研究

为了实现摄像机与目标物体之间距离的信息,由双目测量原理,采取结合OpenCV与Matlab的方式,设计出一套关于双目测距的立体视觉系统;系统首先对双目摄像机的内外参数进行标定,从黑白格组成的标定板中获得角点信息,使用亚像素角点检测法对角点坐标信息进行更精确检测,在黑白格组成的标定板分别距离双目摄像机300、400、500、600、700mm处获取不同位置的标定图像,经过张正友标定法最终可以得到双目摄像机所需内外参数;其次通过BM(Block Matching)立体匹配算法在VS2017坏境与opencv3.4.7库配合下完成了摄像机的立体校正、立体匹配进而得到视差图;最后在实验中使用了双目摄像头,并编写了代码通过鼠标点击所得到的视差图获取对应的世界坐标来实现物距的测量;实验结果表明:被测物距离摄像头光心500~700mm这一范围时,实测距离和实际距离相对误差百分比在0.171% ~0.192%之间,且实测距离在2 950mm内实验误差小于5%满足实验精度要求。     

基于立体视觉的机器人位姿标定技术研究

针对机器人位姿的测量,建立双目立体视觉传感器三坐标的数学模型。匹配相关的特征点,采用最小二乘法得到空间特征点的三维坐标。利用外部位姿线性方程的建立与求解确立机器人基坐标与工件坐标的矩阵关系。通过靶标法来确定机器人在某一位姿时工件坐标系和视觉传感器坐标系之间的齐次坐标变换矩阵的关系。实验结果显示,在没有噪声因素情况下,利用线性方法求解机器人外部位姿是可行的,能够满足系统精度要求。     

超薄六维力/力矩传感器优化设计及其解耦

为降低六维力/力矩传感器的高度尺寸对基座和驱动部件引起的附加力矩,结合有限元分析法、SDO方法和神经网络方法,设计了一种新型的基于应变检测原理的超薄六维力/力矩传感器,其高度尺寸可控制在15mm以内.为进一步提高设计的六维力/力矩传感器的精度,对其进行非线性维间解耦和标定,实验结果表明,传感器精度性能优良,最大线性度误差为0.15%F.S.,其设计和优化过程正确合理,最大耦合误差为1.6%F.S.,各维在满量程时的输出相等,具有各维同性.     

一种新型地下管线方位测量与重建方法

在非开挖管道的探测中,由于管线的绝对位置难以测量,管道中心线的形状重建是一个关键性问题.提出了一种根据管道中心线在离散点上切线的空间方向角进行平面和空间形状重建的方法,通过两相邻离散点之间的空间位置关系,建立递推方程,以此将管道中心线形状重建出来.通过仿真算例验证该方法的重建误差在2%以内.同时也介绍了基于此测量方法的地下管线检测系统中传感头的设计,并进行了相应的实验,获得了良好的效果.