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.     

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.     

宏微结合的12自由度微装配系统精度分析

为了提高分立式宏微结合的12自由度微装配系统的整体位姿运动控制精度,提出误差矢量坐标变换合成法,建立了微装配系统基于刚体假设的误差传递模型,推导了装配零件与装配基体零件的位姿误差计算公式,提出了姿态误差灵敏度分析计算方法,根据分析结果采用微位姿检测装置测量获得了系统补偿向量,使微装配系统整体位姿运动控制精度提高至微米级.     

大型飞机机身壁板装配位姿调整系统的运动规划

为了解决大型飞机机身壁板数字化装配中的调姿与对接问题,设计了一种面向大型飞机机身部装的数字化柔性工装试验样机,提出了一种基于精密三坐标定位器四点支撑的大型飞机机身壁板的装配位姿调整方法.该方法不仅适合于调姿路径不确定的情况,而且还将装配位姿调整过程分解为位置与姿态2个调整阶段,从而降低了多轴协调控制的难度.由于装配件的位移、速度、加速度轨迹的理论计算与物理实验结果均是光滑连续的,而且满足各边界约束条件,因此该调姿系统及其运动规划方法可满足机身壁板装配调姿的精度、效率和稳定性要求,为装配件调姿运动的高效精确控制奠定了基础.     

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.     

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。     

基于双目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。     

可重构12自由度微装配技术及其实现

研究可重构微装配技术及功能构成. 以精密微小型机械系统为装配对象,提出了可重构12自由度微装配技术和实现方法,具体包括6自由度宏动机器人、6自由度精密微动工作台、集成微力检测与反馈的组合式微夹持器和位姿检测装置等可重构模块. 研究并开发出可重构12自由度微装配系统,根据系统所测得的位姿数据信息和夹持数据信息成功实现了微小型轴和齿轮孔的装配. 可重构12自由度微装配技术为实现精密微小型机械系统的装配提供了一种新的思路和方法.     

视觉-激光混合式3D测量方法及自动装配研究

自动化装配作业面临基座螺纹孔位置不固定和大臂工件在搬运过程中位姿变化的问题。该文采用激光测量与视觉检测相结合的方法,实现大臂工件三维位姿测量,解决了工件搬运过程中位姿变化的问题。采用动态阈值方法提取螺纹孔连通域,通过形态学处理,提取出螺纹孔的位置特征,以装配底座为基准确定Y、Z坐标值与R_X欧拉角。以基座螺纹孔轮廓作为特征模板,求取大臂与装配底座位姿的偏移量。激光传感器得到大臂工件的X方向信息,通过几何二面角求解与基准位姿的R_Y、R_Z欧拉角偏差。最后在机器人装配系统上进行30次实验,定位姿态误差小于0.1°,位置误差小于0.2 mm,验证了提出的工件位姿测量方法的有效性。     

基于全局优装法的共轴光学系统装调研究

以共轴光学系统中圆柱形零件圆环形装配平面为研究对象,研究了装调中多零件对接时基准轴的角偏误差传递与补偿原理.首先分析了共轴光学系统的实际装调方法和典型定中心基准轴传递路径.然后基于误差测量和最小二乘法,确定拟合圆环形装配平面方程.运用几何变换理论得到精确描述单个零件底面和顶面的角偏误差的变换矩阵,以及两零件装配时结合面上两坐标系间的变换矩阵,建立了多零件装配时始末法线角偏误差与相对装入角度的显式函数关系.针对不同类型的定中心基准轴传递路径,采用不同的遗传算法方案实现了对始末法线角的优化,提出了求解相对装入角度允许误差的方法.最后提出了一种基于全局优装法的共轴光学系统装调方法,并以某共轴光学系统为例,验证了本文方法的可行性与实用性.     

基于SINS/星敏感器的组合导航模式

针对利用捷联惯导系统导航的不足,提出了一种基于捷联惯导系统/星敏感器的新组合导航模式,来提高飞行器导航的精度和速度.利用星敏感器得到恒星星光矢量在星敏感器CCD光敏面上的星像点及其在导航星库中对应的坐标值,然后分别进行坐标变换得到星光矢量在数学平台坐标系和地理坐标系中的坐标角度值.以Kalman滤波为基础,将所得到的星光坐标角度值和姿态角速度进行数据融合,估计出组合导航系统的误差状态量,进而修正捷联惯导系统的位置、速度和姿态角参数.详细推导了SINS/星光的组合导航算法,并通过仿真证实了该方案可提高导航系统的精度和速度,有较好的容错性和环境适应性,具有实际使用价值.     

智能坐标测量系统中零件位姿自动识别

零件位姿自动识别是实现三坐标测量机智能化的关键技术．设计了基于图像不变矩和神经网络的图像匹配与识别算法，将被测零件的虚拟图像与实际图像进行匹配，实现了零件放置姿态的识别功能．由图像几何矩计算出零件在实际图像中的位置和方向，经过像平面坐标系至机器坐标系的转换，得到零件在机器坐标系中的位置和方向．实验结果表明，此零件位姿自动识别方法是智能且高效的，识别算法的重复精度小于0．1mm，识别系统的最大空间定位误差不大于0.6mm．     

Error Analysis of Robotic Assembly System Based on Screw Theory

Assembly errors have great Influence on assembly quality in robotic assembly systems. Error analysis is directed to the propagations and accumula-tions of various errors and their effect on assembly success. Using the screw coordinates, assembly errors are represented as "error twist", the extremely compact expression. According to the law of screw composition, relative position and orientation errors of mating parts are computed and the necessary condition of assembly success is concluded. A new simple method for measuring assembly errors is also proposed based on the transformation law of a screw. Because of the compact representation of error, the model presented for error analysis can be applied to various part-mating types and especially useful for error analysis of complexity assembly.     

CNC 系统中空间抛物线的五坐标迭代插补法

建立了任意空间抛物线的数学模型和五坐标的编程模型,提出了空间抛物线的迭代插补方法及旋转坐标和线性坐标的插补方法,推导出速度误差、弓高误差和旋转坐标误差的误差估计公式,实例分析表明,该方法具有较小的速度误差和轨迹误差．     

Revo测头的自适应测量算法及位置反解

为解决关节臂式三坐标测量机测量精度低的致命弊端,在三坐标测量系统中采用Revo测头.经分析系统的结构特点,确定了转动关节与测杆姿态的几何关系并构造测量时的接近矢量,实现测杆姿态的控制.在此基础上,提出一种基于初始姿态的自适应测量算法,根据数据点的坐标,求得测杆姿态最小变化量,结合位置方程求得该姿态下的位置反解.实验表明：该算法可实现测头姿态的精确控制和位置反解的计算,为具有Revo测头高自由度关节臂式三坐标测量系统的发展和运动学问题的深入研究奠定了理论基础.     

空间带端面圆的圆度误差评定方法

为实现平行双关节坐标测量机快速、准确的评定空间中任意位置带端面圆的圆度误差,基于最小二乘法原理,提出一种利用空间三维坐标信息进行圆度误差评定的算法。该算法可运用于坐标测量机软件中,并将传统三坐标测量机对特殊圆形工件的多步测量简化为一步测量。程序运行结果表明,该算法是准确可靠的。这为方便、快捷的评定特殊圆形工件提供了技术支持。     

针对射频相对测量敏感器的快速标定方法

在卫星编队飞行系统中,射频（radio frequency,RF）相对测量敏感器能够完成两颗卫星的相对位置和姿态的测量,为了验证其测量精度,提出了一种基于激光跟踪仪的快速标定方法.在标定过程中,针对拟合坐标原点和坐标轴产生误差较大的问题,提出了一种基于最小二乘拟合球体和圆的方法,分别确定坐标系的原点和坐标轴;利用坐标系间的固有关系设计了相对坐标系的快速转换方法.在飞行器模拟平台进行验证,实验结果表明,拟合坐标系原点均方根误差为0.120 764 mm,拟合坐标轴轴向的均方根误差为0.157 138 mm,坐标系转换误差的范围为0.30~0.75 mm,能够满足敏感器毫米级定位精度的标定要求.      

应用磁强计和加速度计的连杆运动角度计算

为解决多关节连杆连续变换中的运动姿态求解问题,研究通过磁感应强度和加速度测量并求解运动模型和姿态位置的方法,利用地球磁场和重力场在地理坐标系和基础坐标系之间的方向余弦转换进行绝对角度运算,得到姿态角(航向角、俯仰角和滚转角)的磁感应强度和加速度表示.分析了坐标系变换过程中的角度转换,推导出连续变换过程中连杆姿态角和连杆间夹角的关系式,并以一个实例作了验证分析.该模型能够解决姿态角和绝对运动角的转换,在连杆运动姿态表示中有较好的通用性.     

双馈异步风力发电机新型无位置传感器控制方法

为了解决风力发电机系统中位置传感器故障率高、维护困难的问题,提出了一种双馈异步风力发电机新型无位置传感器控制方法。该方案通过测量定子电压计算定子静止坐标下的定子磁链矢量,同时通过测量的转子电流和重构得到的转子电压计算转子坐标系的定子磁链矢量,根据定子磁链矢量在不同坐标系下的位置获得转子位置角度。和已有方法相比,该方法仅需测量定子电压和转子电流作为反馈量,计算量较小且不需要定子电流信息。实验表明,该控制算法具有良好的动态和稳态性能,达到了较高的转子位置和转速观测精度,适合双馈异步风力发电系统的变速恒频运行。