基于电磁跟踪系统的人体上肢运动测量

根据人体上肢的特点将其运动简化为7自由度的刚体运动，利用电磁跟踪系统对人体上肢的运动进行测量。建立了固连在上肢上的关节坐标系，提出了通过电磁跟踪系统各个传感器得到的数据计算关节旋转矩阵的算法，从而可以计算出上肢运动时的关节运动数据。     

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.     

南宋后期部授书院山长制度考略

为解决工业结构中大型法兰对接装配存在的低精度、低效率等问题,提出一种基于姿态矢量及LD-PSD在线反馈的对装方法.首先,以关节臂测量机获取标定块测量点的实际坐标值,与理论坐标值对比形成拟合误差矩阵,以该矩阵2范数最小为优化目标,利用奇异值分解法（SVD）建立全局坐标系与测量坐标系映射关系,并获取全局坐标系下待装配件若干点空间坐标,结合最小二乘法及随机霍夫变换（RHT）建立待装配体当前位姿数学模型.设计六自由度位姿调整装置,以静法兰为目标位姿,依据关键姿态矢量信息解算动法兰位姿调整参量,实现位姿预调整. LD-PSD在线反馈系统检测并反馈装配质量评价指标,规划微转动及微平动路径,对静法兰位姿多次纠偏以满足对接装配精度.试验结果表明：装配过程高效,装配精度高,能够实现法兰连接结构的精确对装.设计的LD-PSD在线反馈系统可实现位姿的调整、检测、反馈再调整的闭环装配操作.     

光电子封装超精密运动平台末端姿态调整

针对光电子封装中超精密平台运动控制困难,末端坐标系与各轴运动关系复杂等问题,对串联机构的几何结构以及单自由度运动轴与末端姿态变换的关系进行研究.其步骤是:首先,基于串联机构的D-H方程,分析运动轴与其位姿的坐标变换并建立各运动轴和末端阵列光纤的位姿运动方程;然后,以末端点为原点,由位姿运动方程导出保持末端点不动的轴运动约束方程;最后,由约束方程导出旋转轴运动条件下移动轴的运动补偿方程.研究结果表明:在微小行程下,通过旋转轴行程的均匀细分和移动轴的运动补偿,末端原点的运动范围大大减少,减少的比例与细分系数近似呈正比.     

基于无线传感器的机器人运动控制模型

针对无线传感器的机器人运动控制精度不高的问题,提出基于稳态误差跟踪修正的无线传感器的机器人运动控制模型.通过构建无线传感器的机器人分层子维空间运动规划方法,采用末端效应器对机器人的位姿和运动控制约束参量进行分析,采用稳态误差跟踪自适应修正算法对目标位姿的误差进行补偿和修正,实现对控制模型的改进.实验结果表明,该控制模型的控制精度高,位姿参量的跟踪性能好.     

基于位姿在线反馈调整的大型法兰对装

为解决工业结构中大型法兰对接装配存在的低精度、低效率等问题,提出一种基于姿态矢量及LD-PSD在线反馈的对装方法.首先,以关节臂测量机获取标定块测量点的实际坐标值,与理论坐标值对比形成拟合误差矩阵,以该矩阵2范数最小为优化目标,利用奇异值分解法(SVD)建立全局坐标系与测量坐标系映射关系,并获取全局坐标系下待装配件若干点空间坐标,结合最小二乘法及随机霍夫变换(RHT)建立待装配体当前位姿数学模型.设计六自由度位姿调整装置,以静法兰为目标位姿,依据关键姿态矢量信息解算动法兰位姿调整参量,实现位姿预调整.LD-PSD在线反馈系统检测并反馈装配质量评价指标,规划微转动及微平动路径,对静法兰位姿多次纠偏以满足对接装配精度.试验结果表明:装配过程高效,装配精度高,能够实现法兰连接结构的精确对装.设计的LD-PSD在线反馈系统可实现位姿的调整、检测、反馈再调整的闭环装配操作.     

基于变异粒子群优化的在线手眼标定算法

为满足机械臂手眼标定过程中不依赖人工提供固定机械臂路径的要求,提出一种基于变异粒子群优化的在线手眼标定算法.通过分析特征点在机械臂极坐标系与深度相机坐标系下的坐标转换关系,建立了基于深度相机的手眼模型;采用基于变异粒子群的在线优化算法,实时估计手眼关系参数;建立机械臂运动能量函数,给出了机械臂位姿补偿方法,满足特征点视野约束的同时保证运动能量最小.实验结果表明:所提方法能较为精确地估计手眼关系参数,并且能实时补偿机械臂位姿,实现自动手眼标定功能.     

7-DOF外骨骼式上肢康复机器人整机静态误差分析

静态误差分析在7-DOF外骨骼式上肢康复机器人的设计、制造、装配中起着关键的作用,其结果影响着尺寸参数的选择和优化.对7-DOF外骨骼式上肢康复机器人末端运动规律进行了探究,通过理论计算得到末端位姿误差表达式,然后利用控制变量法来研究长度误差和角度误差对位姿的影响.借助MATLAB绘制出末端位姿误差曲线.经过比较分析发现角度误差比长度误差对康复机器人末端的位姿精度影响更大,所以在保证长度精度的同时尽可能提高角度的精度,从而减少加工成本和降低造成二次伤害的风险.     

大型筒体-尾喷管位姿建模与精确装配方法

针对大型筒体-尾喷管对接装配的现场特点及安全性要求，为提高其装配精度及效率，提出一种基于关键位姿矢量及LD－PSD多参量在线检测反馈的精确装配新方法.利用跟踪仪获取标定块上标记点的实际坐标，依据其理论坐标和实测坐标的偏差建立最小二乘矩阵模型， 利用SVD法实现测量坐标系与全局坐标系空间配准.跟踪仪获取喷管、筒体关键点坐标，利用最小二乘及霍夫变换建立喷管、筒体当前位姿模型.研制六自由度装配设备，基于位姿矢量反解喷管位姿调整参量，完成姿态预调整.启动LD－PSD在线反馈系统，规划微调整路径，对喷管位姿多次纠偏以满足给定装配精度要求.在某动力厂的试验表明:装配过程平稳、高效，实现了筒体-尾喷管的精准对接.     

单张大角度影像后方交会初值确定方法

为建立一种确定单张大角度影像位姿初值的计算机视觉方法,将共线方程描述为矩阵形式,在齐次坐标系下将像方坐标与物方坐标分别做归一化处理;通过加权直接线性变换方法估计得到物像间的投影矩阵,将其奇异值分解得到旋转矩阵和平移向量,经转化得到摄影测量中的外方位元素.研究结果表明:该方法确定的位姿初值模型形式简洁,容易收敛,精度能够满足影像量测对位姿初值的需要.     

Self-Collimation for Two-Dimensional Micro-Angle Measurement in Space

How to measure the two-dimensional attitude angle of space target and achieve stable tracking and aiming has become an important problem. The self-collimation is often measured via one-dimensional motion of the object in space. This paper proposes a micro-angle measurement system based on self-collimation to obtain the two-dimensional angle information of moving objects in space, and a thrice reflecting optical path structure is built to improve the compactness of the system. First, by establishing a posture angle measurement and decomposition model, the two-dimensional deflection angle value of the reflecting mirror is derived from the rotation angle equation; Second, the self-collimating measurement process is simulated to show the relationship between the reflecting mirror rotation angle and the imaging spot distortion of detector; Third, a two-dimensional micro-angle experimental platform is established based on the Position Sensitive Detector(PSD). Finally, nonlinear error of PSD is improved by the cubic spline interpolation method. The case results show a 15% reduction in the angle error.     

存在视场丢失的机器视觉精度补偿方法

无论Eye-in-Hand或Eye-to-Hand型式的机器视觉控制系统,均存在视场受限、丢失等情况,从而无法在一定距离、角度内对目标进行在线视觉测量,进而无法建立全闭环的伺服控制.基于Eye-in-Hand型式的机器视觉控制系统,以及最短测量距离Lmin,提出一种闭环与开环相结合的伺服控制系统:即测量距离大于Lmin时为位置反馈型闭环控制的原位调姿,在测量距离小于Lmin时为位置给定型开环控制,机器人以相对线性运动进给到目标位置.针对该过程中的偏移问题,提出了前馈补偿模型,即利用前期运动数据对运动误差进行估计.实验证明,该方法能有效地补偿定位误差.     

一种冗余配置的MEMS单轴旋转式惯导系统设计

针对载体运动削弱旋转调制效果这一问题,提出了一种在旋转轴向冗余配置一枚与载体捷联的轴向陀螺,利用其敏感信息为电机提供反旋信息,从而隔离载体轴向运动的方法。利用中低精度MEMS器件,从惯性测量系统结构入手,突破传统旋转调制系统结构限制,设计了可自由旋转的单轴旋转式微惯导系统,并且解决了数据不同步的问题,实现了MIMU的自由旋转,补偿了系统安装误差角,进行了静态与动态导航试验,结果表明,该系统可有效实现旋转调制,在减小微惯导系统测量误差的同时,为后续深入开展旋转调制研究工作提供了硬件基础,具有一定的工程应用价值。     

基于曲率跟踪方法的轴上拖挂轮式移动机器人的运动控制设计

目的 针对轴上拖挂轮式移动机器人中的挂车对目标轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种能够跟踪挂车理想运动轨迹曲线相对曲率的双环控制方法。方法 首先通过梳理轴上拖挂轮式移动机器人受到的非完整约束建立出运动学模型,并通过欧拉-拉格朗日方程建立其动力学模型;然后利用运动学方程推导出挂车的理想运动轨迹曲线的相对曲率和拖车与挂车理想偏航角之差之间满足的重要函数关系式;最后基于该核心关系式,利用姿态误差系统的外环速度控制器和动力学模型的内环比例积分反馈控制器组成的双环控制方法来实现给定的跟踪任务。结果 仿真结果表明,对于外环系统,外环速度控制器使得姿态跟踪误差在经过一段时间的变化后全都趋近于零,实际的姿态变量最终稳定地趋近于目标姿态变量;对于内环系统,内环比例积分反馈控制器使得速度跟踪误差经过短暂的调整后趋近于零,实际速度值最终稳定地趋近于参考的速度值。结论 设计的双环控制器可以有效地实现姿态跟踪和速度跟踪,能够使挂车精确地跟踪理想运动轨迹曲线,由于在姿态跟踪过程中引入了挂车运动轨迹曲线的相对曲率,该方法可以极大地提高轨迹跟踪的精确度。     

基于尺度自适应和跟踪框自转的视频目标跟踪

在高空运动变焦摄像机视频监控目标的自动识别跟踪中,跟踪目标背景、跟踪目标尺寸和跟踪目标相对背景运动的方位角都在实时变化,为解决常规Mean Shift目标跟踪算法在面临上述快速变化时容易出现的目标跟踪丢失问题,在Mean Shift目标跟踪算法的基础上,考虑跟踪目标的变尺度、长宽比和方位角等因素,提出了改进的基于尺度自适应和自转跟踪框策略的视频目标跟踪算法,实际场景下的实验结果表明:该算法具有较好的准确性和实时性,满足视频目标实时跟踪的应用需求。     

弱电网下模型预测并网逆变器控制策略

针对有限控制集模型预测控制系统在弱电网并网时存在电网阻抗无法忽略、电网电压突变、系统有延时、电流跟踪精度低的问题,提出了利用参考电流矢量角补偿的方法加以开关权重系数约束方式。首先搭建传统三相并网逆变器有限控制集模型预测电流控制模型;其次运用参考电流矢量角补偿方法,对预测电流参考值存在误差进行补偿来弥补因电网阻抗与系统电流波动产生的误差,并加入开关函数优化权重系数,使得系统具备两目标兼顾优化的特点,同时在电网电压发生突变时,系统符合并网要求,动态电流跟踪精度准确;最后通过Matlab/Simulink仿真验证了方法的合理性以及有效性。     

机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法

机械臂刚体运动防冲突角度输出方法存在防冲突角度控制精度低、易出现碰撞的弊端;因此,提出一种机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法。利用拉格朗日法获取机械臂被动关节动力学方程式,通过振幅控制方法控制机械臂被动关节位置,实现对机械臂刚体运动防冲突角度的最优输出。实验结果表明,相对于传统方法,控制下的机械臂刚体运动防冲突角度输出值较优,控制过程中位置误差与稳态误差较小,有效实现了机械臂运动的防碰控制。     

方位保持仪姿态误差补偿技术

给出了陆用惯性导航系统方位保持仪的误差补偿方法.在方位保持仪纵轴和横轴方向安装2个互相垂直的加速度计,测量载体的俯仰角和横滚角,采用多组坐标变换将姿态角、地球自转角速度和重力分别投影到陀螺坐标系,结合动力调谐陀螺仪漂移与重力相关的特性,分析了与重力一次项相关的漂移分量,分别从支架误差、地球自转分量和陀螺仪与重力相关漂移3个方面对方位保持仪进行误差补偿.实验结果表明,采用上述方法进行误差补偿的方位保持仪,漂移小于0.06°/h.     

凸轮磨削的仿形跟踪误差补偿

为提高凸轮磨削的加工精度, 减小凸轮的轮廓误差, 并进一步提高磨削系统的鲁棒性, 采用了新的误差补偿方法--仿形跟踪误差补偿, 将实际的仿形跟踪误差值补偿到X 轴的给定数值序列。运用Matlab 搭建了两轴联动反馈系统, 并设计模糊PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器以实现对系统的在线补偿。采用一种形状较难加工的凸轮片作为实验对象验证补偿效果和控制器的性能。仿真实验结果表明, 该方法不仅能有效减小凸轮的轮廓误差, 简化了计算过程, 并且使系统的响应速度加快, 与传统PID 控制器相比还具有较好的鲁棒性。