基于双目立体视觉的列车目标识别和测距技术

随着近几年铁路运输量的大幅度提升,铁路运输自动化被提上了日程,现如今火车的调车与编组的效率都有了大幅度提高,但是,火车的摘钩分解操作依旧是需要人工完成.针对摘钩作业时间短,需要在机器人和车厢同步时准确识别目标把手和测距的问题,提出使用双目立体视觉技术配合机械臂自动摘取车钩的方法并对视觉部分进行深入研究:通过图像预处理和模板匹配技术识别目标把手,在利用特征检测和匹配算法恢复双目摄像机间的位姿信息,并对双目摄像机的位姿信息进行校正.为了克服立体匹配时光照不均的影响,提出了基于局部融合的立体匹配算法获取视差图,最后使用三角测量计算列车分解区域中目标把手的深度信息,实现三维重建.此方法可以在识别把手位置后,测量把手距双目视觉系统的物理距离,为机器人自动摘钩提供数据基础.     

关于机车手动提钩装置的改进

结合DF4型内燃机车车钩装置的特点,阐明对机车手动提钩装置的改进,在列车不停车的情况下,可以进行机车补机的摘解,使列车与补机成功分离。     

浅谈铁路货物列车车钩分离的原因及控制措施

本文通过对铁路货物列车13号车钩钩腔内部配件配合不良、车钩外部附件不良及两车钩连接状态不良所引起的车钩自动分离的原因作以分析,并依此提出控制措施和改进建议.13号车钩钩腔内部配件配合不良主要是因车钩使用年限长钩腔内部磨耗严重与钩腔内部配件配合不良、钩舌钩镇坐入量小于45mm、车钩假落锁、13号下作用式车钩二次防跳性能不良而引起的车钩自动分离;车钩外部附件不良主要是钩提杆横向移动量过大,钩提链过短以及钩提杆弯曲变形未落槽和钩提杆与座槽间隙超限、钩托板及螺栓或钩尾扁销及螺栓不良等车钩外部附件所引起的车钩自动分离;两车钩连接状态不良主要是两连接车钩中心高度差过大、钩舌外胀而引起的车钩自动分离.本文结论部分就定检和列检防止列车分离的控制措施及改进建议进行了阐述.     

基于双目立体视觉技术的驼峰自动摘钩设备研究

在驼峰解体作业中,国内外均采用人工摘钩的作业方式,本文主要针对驼峰自动摘钩设备,提出了用计算机视觉技术解决目标车钩捕捉的问题。根据双目视觉原理,选取两个摄像机从不同角度拍摄的图像,通过对图像的预处理得到能表现图像特征的角点,然后对两幅图像中的特征点进行特征匹配,根据视差原理,得出目标物体的深度信息,完成物体三维立体坐标的计算,设备能以此信息为依据完成自动摘钩作业。     

重载列车E级钢钩舌疲劳裂纹扩展条件及寿命预测

对重载列车E级钢钩舌进行了应力分析,导出了钩腕面裂纹的应力强度因子表达式.采用我国20 000 t列车车钩载荷谱,对钩腕面疲劳裂纹扩展的条件及扩展寿命进行了预测,并确定钩腕面裂纹的临界断裂尺寸,计算所得钩舌寿命与列车实际运行年限相一致.     

H型车钩在铁路客车上的应用

该文先对我国铁路15号车钩结构进行了简单介绍;对客车15号车钩常见问题进行了介绍,15号车钩有自身的弱点。对15号H型车钩特点进行了简单的介绍,同时与15号车钩进行了对比,说明15号H型车钩性能要比15号车钩优良。对H型车钩结构及每部分功能进行了详细介绍;列出了H型车钩的主要技术参数;对H型车钩的工作原理进行了详细论述;对钩高的调整方法进行了详细论述。     

2万t组合列车制动稳钩能力分析

为了研究重载机车制动安全性问题,以大秦线上运行的2万t级组合列车为例,对其采用的LAF车钩受纵向制动压钩力作用下的复位原理进行分析．在充分考虑钩缓装置的各种位移、刚度特性的基础上,建立了钩缓装置的动力学模型,并将其应用到以HXD2机车牵引万t级列车模型中．对承受纵向压钩力时重载机车的动力学问题,尤其是安全性问题进行了研究．分析表明,HXD2机车上所采用的2种车钩均采用钩肩稳钩与车体稳钩相结合的方式提供车钩的复位力矩．通过动力学仿真研究了不同车钩自由偏转角时,机车所能承受的最大纵向压钩力,结果表明,随着自由偏振角的增大,机车所能承受的最大纵向压钩力不断降低．当机车具有的自动复位力矩可以满足直线运行安全性时,其曲线上制动的安全性也能得到保证．指出车钩纵向压钩力的存在与机车轮缘磨耗有很大关系,钩缓装置的复位能力不足会显著增大轮缘的偏磨．     

密接式车钩及缓冲器综合性能测试试验台的研制

本文介绍了对检修后的密接式车钩和缓冲器进行各项功能检查和试验的试验台研制。该试验台能在不同工况下进行车钩的挂钩、解钩试验,检验被试车钩及缓冲器的性能。钩、缓装置状态及各种试验数据能在控制台面板上显示。     

压钩力下重载机车关键参数对其动力学性能的影响

采用某2(B0-B0)轴式机车动力学模型研究了纵向压钩力作用下,重载机车关键二系悬挂参数对机车运行动力学性能和车钩水平偏转行为的影响.动力学模型包括两节B0-B0机车和考虑缓冲器非线性迟滞特性、钩尾与前从板圆弧面间摩擦特性和钩尾扁销止挡特性的扁销钩缓装置.计算结果表明:机车二系横向止挡自由间隙和纵向间距、二系弹簧横向刚度对机车运行安全性指标有较大影响,随着二系横向止挡间隙和纵向间距的增大,当钩尾止挡不发挥作用时,机车轮轴横向力和车钩转角会逐渐增大,当钩尾止挡发挥作用后,钩尾止挡分担偏转力矩,机车轮轴横向力会逐渐减小;随着二系弹簧横向刚度的增大,机车自身稳钩能力增强,轮轴横向力和车钩转角逐渐减小.     

重载列车电控空气制动系统纵向冲动影响分析

应用电控空气(ECP)制动系统与纵向动力学联合仿真系统研究制动初速度、车钩间隙以及坡道坡度等对列车纵向冲动的影响规律,并分析纵向冲动与车辆速度差之间的内在联系.结果表明:制动初速度对列车纵向冲动无明显影响,而坡道坡度影响最显著,其次是车钩间隙;列车最危险的制动位置是列车前3/8处于坡道上、其余在平直道上,并且该制动位置不随制动初速度、坡道坡度以及车钩间隙的变化而变化;当压(拉)钩力超过2 000kN时,最大压(拉)钩力与该车钩所对应的最小(大)速度差呈线性相关;一阶滤波后的速度差控制在-0.25~0.25 m·s~(-1)时最大压(拉)钩力大于2 000kN的概率不足5%.     

卡尔曼状态观测器在机器人力控制中的应用

为解决机器人与环境间接触力控制性能受机器人本身动力学参数时变、接触环境变化以及力测量信号干扰噪声影响的问题,设计了基于卡尔曼状态观测器的机器人力控制方案,采用递归最小二乘法来实时估计环境刚度矩阵,引入系统状态误差反馈和卡尔曼滤波算法实现机器人力控制系统对外界干扰及系统模型误差的补偿．实验结果表明：在环境刚度未知的条件下,采用该控制方法可使机器人末端与环境间接触力的误差控制在10％左右．     

基于智能预测的力/位混合控制方法

针对机器人在形状未知接触环境表面上进行柔顺力控制问题,在传统的力/位混合控制模型中采用一种智能预测算法,此算法通过三种预测因子预测并调整未来采样时刻的力/位混合控制模型中的期望轨迹,并考虑环境曲率和刚度变化的特点.为了验证预测算法的有效性,构建了开放式的机器人力控制系统,在不同期望力、不同跟踪速度下对非规则受限表面进行了力控制实验研究,分析了受限系统中未知环境参数对接触力的影响.实验结果证明该方法对未知接触环境的变化具有较强的适应能力.在实验条件下,稳定状态下的力控制误差可以控制在3%之内.     

位置/力的自学习混合控制及其应用

综合了Raibert和Craig提出的机器人位置/力的Hybrid Control及Yoshikawa提出的机器人动态混合控制算法的基本思想,针对作业环境及其力学扰动难以辨识及机构振动等问题,提出了基于机器人装配作业的PI自学习混合控制方法,并根据此方法实现了三自由度机器人的圆柱二维插入作业。实验结果表明,该方法可以有效地实现机器人的销孔装配作业并抑制或缓冲机构的振动现象。     

时延力觉临场感遥操作机器人系统预测控制研究

通讯时延是造成力觉临场感遥操作机器人系统不稳定和操作性能下降的关键因素 ,针对时延问题 ,提出了一种适用于时延力觉临场感遥操作机器人系统的广义预测控制方法 ,该方法通过预测控制器产成实时的预测力反馈以消除时延的影响 .此外 ,为使该方法应用于遥操作机器人未知环境作业 ,本文采用AUDI辨识算法对环境模型进行辨识 .构造实验系统 ,通过实验验证了该方法的有效性 .     

基于无源观测器的机器人笛卡尔空间力/阻抗控制方法研究

许多由机器人完成的任务都需要机器人与外部环境接触。在如抛光、去毛刺和装配作业中都需要执行精确的力控制。由于环境模型的不准确在力控制过程中当机器人与环境脱离接触时可能与周围环境发生激烈碰撞。针对此问题提出了基于无源观测器的力控算法。通过分析系统无源性, 研究了笛卡尔空间力/阻抗控制的稳定条件。发现只有力控制器的输出会破坏系统的无源性,根据系统无源性的分析结果设计了使用无源性观测器的力/阻抗控制器。在MATLAB仿真环境中对力/阻抗控制控制算法和基于无源性观测器的力/阻抗控制进行仿真验证。仿真结果表明基于无源性观测器的力/阻抗控制器在机器人末端工具与环境脱离接触时能够有效降低机械臂移动速度,减小对周围环境的冲击力。     

Adaptive hybrid force/position control for an industrial robot: theory and experiments

This paper proposes a feasible force/position control method for industrial robots utilized for such tasks as grinding, polishing, deburring, and so on. Specifically, an adaptive force/position control strategy is designed in this paper which regulates the contact force between a robot and a workpiece to reach any given set-point exponentially fast, and enables the robot to follow a chosen trajectory simultaneously without requiring prior knowledge of the system parameters. The stability of the closed-loop system is analyzed by Lyapunov techniques. To test the validity of the force/position control method, some simulation results are first collected for the closed-loop system. Furthermore, some experiments are implemented on a 5DOF (degree of freedom) industrial robot for the constructed adaptive force controller. Both simulation and experiment results demonstrate the superior performance of the designed adaptive force/position control strategy.     

轿车闭锁器性能检测中模拟负载装置结构设计

闭锁器是轿车电动门锁的一个重要组成部件,在闭锁器性能检测中测量冲击力和脱滑力时,模拟负载装置要实时地提供给闭锁器拉压双向的50N被动负载。本文针对闭锁器驱动杆做20°左右的往复摆动和挂钩挂轴与锁舌孔联接的要求,提岀一种电动随动模拟负载机构,通过对挂钩和挂钩挂轴的有限元分析确定结构尺寸,设计的电动随动模拟负载装置实现了...     

基于虚拟斥力的多机器人遥操作算法的研究

针对多机器人遥操作系统多机器人协作中易于发生碰撞的问题,提出基于虚拟斥力的方法实现实时避碰.在每个机器人的周围预先设定安全区域,当有障碍侵入安全区域时,机器人与障碍之间产生虚拟斥力,迫使机器人的轨迹发生调整远离障碍.基于弹簧、阻尼系统建立虚拟斥力模型,将虚拟斥力作为机器人的扰动力,根据障碍类型给出机器人的避障调整函数.利用Rx60、Rx90两个机器人进行遥操作协作实验,实验结果表明基于虚拟斥力的实时避碰算法能够简单而高效地保证协作作业的安全性.     

串联弹性驱动器的控制策略应用于工业机器人

为提高工业机器人的控制及示教水平,首先设计串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统和比例-积分-微分(proportion integration differentiation, PID)位置控制系统,然后搭建MATLAB仿真系统,最后采用串联弹性驱动器力跟踪实验的方法,研究了串联弹性驱动器关节机械臂零力控制系统的正确性和控制算法的可行性。结果表明:设计的机器人零力控制系统和控制策略能够提高机器人的柔顺性和控制效率。可见,基于力/位置混合的驱动控制方法,在实现机器人在到达指定位置的同时,能够提高机器人示教水平。     

Movemaster-EX机器人零力跟踪控制

用六维腕力传感器(HUST-FS6)检测力信号,并通过将力信号转变成机械手的位置调整量的方法,在五关节机器手Movemaster-EX上实现了顺应性跟踪控制(零力跟踪).实验结果表明,所采用的控制算法简单实用,控制效果良好,且无需测量机械手的开环刚度.对控制参数稍加改变,便可以完成插轴入孔的装配作业.本控制系统用一台386微型机作为控制主机,并采用C语言编制控制程序.