基于末端杆件姿态约束的串联机器臂避碰策略

根据双臂凿岩台车上六自由度串联机械臂的工作特点,为减小机械臂运动干涉的可能性,提出了该机械臂在运动过程中保持末端杆件垂直于工作断面的姿态约束条件,并给出实现这一约束条件的运动学方法和空间杆件发生干涉的判断式.针对某隧道断面64个炮孔设计,对机械臂运动进行了仿真,结果表明文中所提方法具有良好的避碰效果.     

一种基于逆向求解的双机吊装动作规划方法

两台起重机协同吊装中由于起重机间的协同关系增加了其动作规划的复杂度,特别是起重机与被吊物间位置关系(即单封闭链结构)及起重机行走转弯时的非完整运动学约束易导致规划效率低、规划动作序列不优等问题.针对双机吊装系统中的单封闭链及非完整运动学约束问题,采用逆向求解的思路,以被吊物及起重机下车为驱动的构建方法,从被吊物的角度来建立双机吊装系统模型,并将位姿变量分为主动、被动变量,对于主动变量采用改进RRT-Connect++算法规划得到,再求解封闭链方程得到被动变量.最后用两个案例分析验证了该求解思路的可行性和规划的高效性.     

面向虚拟装配操作的交与辅助技术

针对虚拟装配系统中装配操作精度和效率低的问题,本文提出了基于约束元素包围盒的装配意图捕捉方法,根据约束元素的特征参数和配合类型,将位姿变换分解为点到线上、点到面上和直线平行三种位姿变换情况,提出基于位姿变换元素分解的约束精确定位求解算法,并通过对零件自由度的求解和目标约束方向上的运动分量映射,实现了零件的装配运动引导。最后通过一个典型装配结构的实例给出了装配操作的交互辅助流程,验证了算法的有效性。该算法已应用到面向航天产品的桌面虚拟装配系统中。     

面向虚拟装配操作的交互辅助技术研究

针对虚拟装配系统中装配操作精度和效率低的问题,本文提出了基于约束元素包围盒的装配意图捕捉方法,根据约束元素的特征参数和配合类型,将位姿变换分解为点到线上、点到面上和直线平行三种位姿变换情况,提出基于位姿变换元素分解的约束精确定位求解算法,并通过对零件自由度的求解和目标约束方向上的运动分量映射,实现了零件的装配运动引导。最后通过一个典型装配结构的实例给出了装配操作的交互辅助流程,验证了算法的有效性。该算法已应用到面向航天产品的桌面虚拟装配系统中。     

高阶非完整系统运动方程的统一形式

基于万有 D’Alembert 原理得到了高阶非完整系统几类运动微分方程,包括Appell 方程、方程、Nielsen方程、Mangeron 方程和Miceic Dusan-Rusov Lazar 方程的统一形式、给出了相应公式的准座标表述和带乘子的形式。     

积分二阶线性非完整力学系统的最终乘子方法

研究二阶线性非完整力学系统的积分方法。建立了相空间中二阶线性非完整力学系统的运动微分方程,给出了系统的Jacobi最终乘子的定义,研究了系统的第一积分与Jacobi最终乘子的关系。研究表明：由n个广义坐标确定的受有g个二阶非完整约束的力学系统,如果已知系统（2n-1）个第一积分,则可利用Jacobi最终乘子给出系统的解。文末举例说明结果的应用。     

基于改进快速行进树的自主代客泊车路径规划

为了加速自主代客泊车系统落地，基于改进快速行进树算法提出了一种自主代客泊车路径规划方法.首先，采用类广度优先搜索策略建立环境地图的“路径场”，并提出一种高计算效率的避障检测策略，基于环境地图“路径场”提出一种符合汽车非完整约束的远端参考点和近端参考点选取原则与路径节点更新原则，通过使路径节点逐渐靠近目标节点来完成自主代客泊车引导路径规划任务. 其次，基于Dubins曲线规划满足初始泊车方位角任意性要求和泊车位方位角的非唯一性要求的泊车路径，引导汽车安全驶入泊车位.最后，仿真验证所提方法的可行性.结果表明：相对于传统的快速行进算法，所提方法规划的自主代客泊车路径满足汽车非完整约束要求，可以安全引导汽车完成自主代客泊车任务.     

Noether定理的推广

加速参考系中的非线性完整系统,在空时坐标作无穷小变换下引起拉格朗日函数和约束方程的变化,导致了普遍的变换结果;给出了约束系统在变换下导致守恒定律的条件;在特殊情况下,变换性质方程可化为经典的Noether定理.     

关于有约束的受迫运动的控制问题

研究有约束的受迫运动的控制问题,由这类问题的D′Alembert-Lagrange原理导出有完整约束和非完整约束系统的动力学方程,举例说明新方程的应用。     

基于关节自由度约束的上臂轴旋转跟踪误差补偿

针对外敷跟踪器下皮肤组织滑移(Soft Tissue Artifact,STA)引起的人体运动跟踪中上臂轴旋转角位移跟踪误差问题,基于关节自由度约束,提出一种利用相连肢体相对位姿矩阵分解的在线STA误差补偿角度计算方法.首先,利用一组不包含上臂轴旋转的上肢运动轨迹跟踪信息,基于关节点位置连续和旋转自由度约束,通过优化方法计算各肢体分段坐标系到相应跟踪器坐标系的位姿变换矩阵;然后,上肢实时运动跟踪时,对上臂和小臂相对姿态矩阵引入上臂轴旋转STA误差补偿运动,在肘关节两旋转自由度的基础上进行3自由度的旋转矩阵分解,得到STA误差补偿角度.4人上肢运动跟踪实验表明:在不同肘关节内曲角度条件下,均能有效在线修正上臂轴旋转STA跟踪误差,且在旋转角度较大时,补偿精度优于线性STA误差补偿方法.     

机构公共约束辨识及自由度计算“拆闭副法”

本文论证了闭环机构公共约束m_i与开环机构末杆约束m′_i的差异,提出关系式:m_i=m′_i f′_i。澄清长期以来在机构自由度计算中关于公共约束的疑难。指出И·И·Артоболевский统一结构公式中的m_i,若定义为开环末杆约束m′_i,则在自由度计算中,运动副的级有确定的统一定义。阿氏公式与F·Freudenstein公式等效。作者建议取А·П·Мальищев型修正公式:W=6n-sum from k=1kp_k sum from i=1 m_i作为统一结构公式;并提出确定末杆约束的拆闭副法;指出应用刚体运动分解原理考察各运动副对末杆产生的独立运动时,必须考虑末杆的约束条件。文中列举若干计算例题,并与常用计算方法进行对比分析。     

从动轮式溜冰机器人原理与直线溜冰时的动力学性能分析

综合轮式和腿式机器人的优点,提出基于溜冰原理的从动轮式溜冰机器人概念。讨论了大腿运动型和小腿运动型溜冰机器人的结构图。以小腿运动型溜冰机器人为例,运用非完整约束存在时的广义Lagrange-Routh方程推导了机器人直线溜冰时的运动微分方程,并讨论了机器人在各步态时的位姿,利用EXCE97进行了运动仿真。     

基于机器视觉的婴儿全身运动质量智能评估

针对婴儿全身运动质量评估问题,本文基于姿势识别对婴儿运动特征进行提取与分析,提出基于ResNet和反卷积层的婴儿姿势热力图识别模型,平均识别率达到86.9%;利用婴儿的二维姿势坐标,建立基于DenseNet的3D人体姿势识别模型,使用1D卷积网络及1D连接层,实现婴儿的2D姿势坐标到3D姿势坐标的升维推算;使用四元数作为空间向量表示方式,对婴儿主要肢体运动的角度、角速度、角加速度进行提取,并提出基于SVM的由婴儿肢体运动角度特征进行判定的婴儿异常行为识别模型。针对模型参数过多的问题,在保证模型整体识别率的情况下,使用主成分分析的方式对模型进行特征降维,提高整体识别速度,将维度由18维度降低至8维度后,整体运行时间减少近50%,且对于不同的视频样品均能正确分类。     

Tzenoff方程的推广

本文由适用于任何阶非完整系统的变分原理出发,在非稳定约束条件下,将 Tzenoff方程推广到一般非完整系统.     

含有非理想完整约束的非完整系统的打击问题

研究了当非完整系统中含有非理想的完整约束时的打击问题的拉格朗日方法。针对一阶线性非完整系统, 得到了含有多余广义坐标的非完整系统带乘子的拉格朗日方程, 在此基础上推导了系统受到打击时, 打击前后系统状态之间的关系及打击期间的约束反力冲量。在算例中, 详细描述了当打击冲量未知时该方法的实现过程。     

基于约束Laplacian分值的半监督特征选择算法

针对Laplacian分值法进行特征选择时过分依赖样本局部结构信息的不足，提出一种改进的基于约束Laplacian分值的半监督特征选择算法。该算法利用样本之间的cannot-link成对约束关系作为全局结构信息，在进行特征选择时，不仅能尽量保持局部结构信息，而且还尽量保持了全局的cannot-link约束关系。基于Yale和PIE(Fave pose,Illamination,Expression dadbase)人脸数据库的实验表明，该算法性能显著优于Laplacian分值法，与Fisher分值法和最新的约束分值法相当，且在稳定性方面优于后者。     

基于RGB-D的室内场景实时三维重建算法

针对基于视觉的室内场景三维重建过程中存在三维点云匹配不准确、过程耗时和深度信息部分缺失的问题,提出一种带有深度约束和局部近邻约束的基于RGB-D的室内场景实时三维重建算法.该算法首先利用RGB-D相机采集到的RGB图像做哈里斯角点检测,再用SURF特征点描述方法对检测到的特征点生成64维特征描述子.接着利用特征点集合的深度信息和局部近邻特征点信息作为约束,初步筛选出相邻帧间正确的匹配点对,再结合随机抽样一致性(RANSAC)算法去除外点,以此得到相机的姿态估计.最后利用RGB-D的深度图像,在图优化方法(g2o)的基础上生成三维点云,实现室内场景的三维重建.实验中,RGB-D摄像头装载在自主移动导航的小车上,实时重构的三维场景验证了所提算法的可行性和准确性.     

应用Udwadia-Kalaba理论对开普勒定律的研究

本文运用Udwadia-Kalaba理论对天体运动进行了研究(尤其针对开普勒定律和万有引力定律).我们用一种创新的方法表明天体的运行轨道可能是圆,椭圆,双曲线或抛物线.并且,在UdwadiaKalaba理论基础上,运用运行轨道约束(椭圆,圆环,双曲线或抛物线)以及角动量守恒约束核实了任何天体运动都遵从万有引力定律.基于Udwadia-Kalaba理论,我们首先考虑无约束离散动态系统,其运动方程可应用牛顿力学或拉格朗日力学以广义坐标形式写出.然后推导各类约束的二阶约束方程.最后将额外的广义力约束(从二阶约束方程获得)施加到无约束系统上.对多体系统使用此建模方法,我们总能推导出Udwadia-Kalaba方程的显式解析形式.Udwadia-Kalaba方程可用于解决完整或非完整约束问题以及理想或非理想约束问题.如果质量矩阵奇异,Udwadia-Kalaba方程也适用.     

Simultaneous Localization and Mapping Technology Based on Project Tango

Aiming at the problem of system error and noise in simultaneous localization and mapping(SLAM) technology, we propose a calibration model based on Project Tango device and a loop closure detection algorithm based on visual vocabulary with memory management. The graph optimization is also combined to achieve a running application. First, the color image and depth information of the environment are collected to establish the calibration model of system error and noise. Second, with constraint condition provided by loop closure detection algorithm, speed up robust feature is calculated and matched. Finally, the motion pose model is solved, and the optimal scene model is determined by graph optimization method. This method is compared with Open Constructor for reconstruction on several experimental scenarios. The results show the number of model's points and faces are larger than Open Constructor's, and the scanning time is less than Open Constructor's. The experimental results show the feasibility and efficiency of the proposed algorithm.     

具振荡边界的圆柱壳的动力稳定性

当一个壳体结构被安装到具有振动的结构物或基础时,由于必须满足位栘连续条件,因此壳体的边界运动引起了壳体本身的变形,当由此而产生的应力足够大时,壳体就会失去稳定。文献[1]证实了纵向相对于横向的边界振动对壳体的影响要明显得多。在本文里研究了具有纵向振动的边界条件下圆柱壳体的稳定性问题,本研究应用了Donnell方程及Galerkin方法。研究结果表明壳体的稳定与否取决于边界振荡的振幅与频率,以及与壳体的几何尺度和位移型式有关。本文最后提供了一个具体数值实例。