水平定向钻进随钻姿态测量及误差补偿

随钻测量单元是水平定向钻进导向系统的关键组成部分,解算出正确的姿态信息是实现导向的前提。描述了利用3轴加速度计和3轴磁阻传感器测量钻具倾角、方位角和工具面向角等姿态信息的方法,并推导出相应的计算公式。针对测量过程中存在的温度和正交误差源,给出了相应的误差补偿方法;针对钻具干扰磁场和地磁倾角、地磁偏角对方位角测量引入的误差,详细分析了补偿原理,建立了补偿模型。误差实验结果表明,该补偿方法可以提高姿态测量的精度。     

全磁传感器弹体定姿布阵与半实物仿真

针对三轴磁传感器无法求解弹体3个姿态角这一问题,改进了磁传感器的布阵方式,设计了全磁传感器组合的旋转弹体姿态测量方案。建立了磁传感器组合的数学模型,根据2个非正交安装的磁传感器输出的极值比值,采取在偏航角范围内列表的方法来求解俯仰角,根据正交的三轴磁传感器求解偏航角。通过三轴无磁转台对测量系统进行了半实物仿真实验,并对姿态角进行了解算。实验结果表明,姿态角误差基本控制在1°,而采用十二位置不对北算法对罗差进行补偿后,可得出正确的载体偏航角。     

三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数的关联式

对三分螺旋折流板换热器和对比方案弓形折流板换热器的传热和压降性能进行实验测试,其中,三分螺旋折流板换热器包括倾斜角分别为10,°15,°20°的扇形折流板,倾斜角为15°的椭圆折流板和倾斜角为20°的扇形搭接折流板5种方案.实验结果表明,20°倾斜角扇形折流板方案的壳侧换热系数最高且压降较低;折流板轴向搭接方案并不合理;当量螺旋角对换热器的性能起决定作用.根据实验数据拟合出含有倾斜角修正因子的三分螺旋折流板换热器壳侧换热系数的关联式,所计算的10,°15°和20°扇形折流板方案的数值与实验值相比误差大多小于±10%.     

垂钻系统单轴稳定平台测量算法

针对自动垂直钻井系统中采用的单轴稳定平台,在满足小井斜动态旋转条件下,提出一种新的以三轴加速度计和三轴磁通门测量信号为数据源的井斜方位动态测量算法,并考虑不同倾斜角和钻铤转速等因素的影响,对算法进行仿真研究.结果表明:小角度倾斜的方位角动态测量精度受倾斜角和真实方位角影响,在方位角相同的情况下,倾斜角越大,测量结果的误...     

空间移相干涉仪的移相误差分析和测试

分析研究了一种基于二维正交光栅分光的空间移相干涉仪的移相性能,指出移相器偏振片组中偏振单元的方位角偏差将直接产生2倍的移相误差,同时干涉图的空间一致性失调也会产生一定的移相误差.在根据原理方案搭建的实验系统中,分别采用测量4幅干涉图的对应消光位置法,以及作出干涉图同一行的光强拟合曲线之间的李萨茹图法,来测量出干涉图之间的实际移相量.结果表明,实验系统中经过空间一致性校准的干涉图之间的移相误差在±1.2°以内.     

基于单目视觉的工业机器人抓取系统设计

针对工业机器人在示教模式下上料无法对位姿出现偏差的工件完成抓取的问题,设计了一种基于单目视觉的工业机器人抓取系统。系统使用单目视觉采集工件图像,利用九点标定法将图像中的工件形心坐标转换为机器人坐标系下的坐标;通过图像处理算出工件的旋转角度,引导机器人运动至目标位置并配合抓手完成对工件的抓取。最后以PCB为对象搭建了抓取系统,经过多次抓取实验,发现该抓取系统位置误差在2 mm以内、姿态误差在1.5°以内,能够满足自适应抓取工件的定位要求。     

基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法

针对MEMS惯性传感器在测量时出现误差不稳定和外界磁场变化所造成的姿态角误差较大问题,提出一种基于最小二乘法MEMS惯性传感器姿态解算算法.采用静态六位置法对三轴加速度计标定,对三轴加速度计建立误差模型,利用最小二乘法确定误差参数.根据欧拉角法中倾斜角和航向角分开求解特点,减小磁场变化干扰,再对欧拉角中存在的奇异值问题进行改进,分为一般姿态值和奇异值状态姿态值两种滤波模式.实验结果证明,通过对三轴加速计的标定补偿和欧拉角的奇异值问题改进后得到的姿态角精度高,并且在遇到磁场变化时稳定性优于四元数法,不会出现奇异值.     

基于分布式视觉的室内机器人定位系统设计与实现

针对室内移动机器人的自动识别规定区域的特定颜色目标物的定位导航,提出一种基于分布式视觉技术的机器人系统构建方法。通过场地外的摄像头采集机器人工作现场的图像,由计算机进行机器视觉处理后得到机器人的位置信息,再利用该信息控制机器人按路线行进。经过在3 m×5 m的区域内进行标定试验,证明机器人运行时最大位置误差为:15.6 cm,平均误差为8.1 cm;方位角误差最大为11.3°,平均误差为8.05°。     

基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法

针对三轴磁传感器与加速度计组合对于弹体的姿态测量存在难以消除或补偿掉有害加速度的问题,设计了一种磁传感器组合的布阵方式.两磁传感器成一定角度安装,并根据传感器布阵方式提出了两种新的解算方法,即零交叉法和极值比值法,使之适用于有线加速度的载体.推导了磁场在磁传感器敏感轴方向上的数学表达式,论证了两种解算方法并进行了数值仿真,在此基础上比较了两种方法,并分析了其误差产生的原因.结果表明:两种方法均适用于高转速弹体横滚姿态和转速的测量;与零交叉法相比,极值比值法获得的姿态角信息多且是单值的,解算的姿态角更为准确且误差衰减较快,优于零交叉法.     

基于磁强计和MEMS陀螺的弹箭姿态探测系统

为解决弹道修正弹箭中捷联式姿态测量系统误差随时间不断积累的问题,设计了一种由二轴磁强计和MEMS陀螺构建的低成本弹体姿态磁-惯性测量系统,利用磁强计测量的地磁信息修正MEMS陀螺解算的姿态角误差. 在此基础上,提出了将两轴地磁信号解算滚转角融入陀螺解算的姿态优化算法,研制的原理样机在二轴转台上进行了测试. 有限的试验表明:在一定条件下,该测量系统可有效抑制陀螺漂移引起的姿态误差,能可靠地用于弹道修正弹箭的姿态测量.      

基于PSD和光源调制的合作目标位姿探测方法

空间目标的相对位置与姿态探测是航天器对接领域的研究重点,探测方法主要分为遥测法和光学测量法两大类.其中,后者依靠其速度快、稳定性高、信息量大等优势,成为了近距离位姿探测的主要方法.我们通过双目视觉模型可计算出空间合作目标上特征光点深度信息,再根据特征光点间已知的结构、尺寸等约束信息,实现对目标姿态的解算.本文依据PSD相较于CCD和CMOS传感器,有无需图像特征提取过程、响应速度快、位置分辨率高等优势,且双目立体视觉系统的仿生学结构可直接获取到探测目标的深度信息,提出了采用双PSD视觉模型,并配合特征光点的亮度与顺序联合调制实现对空间合作目标的位姿探测方法.实验结果表明,当光标靶姿态调整±30°时,系统的平均测量误差为2.541°,当姿态角小于15°时,俯仰角和偏航角的平均偏差分别为0.923°和0.563°;大于15°时,受限于光源发散角度的影响,俯仰角和偏航角平均偏差分别增加至4.566°和4.106°,系统能够快速、稳定解算光标靶的空间位姿.     

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.     

井壁失稳判断准则及应用分析

为了研究现场实际情况下适用的井壁失稳判断准则 ,根据井壁不稳定性理论和机理的分析 ,综合评价了库仑 -摩尔准则、Lade准则和 Drucker- Prager准则及其修正形式 ,以及每个准则的应用特点 .采用常规三轴压缩 Drucker- Prager破坏准则 ,进行了在水平各向同性地层和水平各向异性地层条件下 ,对保持井壁稳定所需的临界钻井液密度和临界钻井液含盐量与井眼方位角和井斜角之间的关系进行了分析和计算 .结果表明 :在水平应力各向同性的应力场 ,钻井液密度相对于井眼方位角显示了明显的对称性 ,但是 ,随着井斜角的增加而增加 ;在水平应力各向异性的应力场 ,钻井液密度相对于井眼方位角等于 90°处具有明显的对称性 ,随着井斜角的增加而增加 ,但井斜角等于60°～ 1 2 0°范围内例外 ;对于不同的井眼方位角和井斜角 ,为保持井壁稳定 ,钻井液应具有一定高的含盐量 .     

浅谈滑动导向钻井过程中钻具的选择与配置

对滑动导向钻井过程中常用钻具在使用过程中表现出的特点进行了总结,得出牙轮钻头造斜效果较好,定向施工过程中工具面稳定,PDC钻头造斜效果相对较差,工具面不易稳定,且稳斜过程方位飘动严重;动力钻具上部及本体的稳定器关系到造斜效果、稳斜效果及钻进摩阻,配置时需要根据现场条件进行选择;在能满足造斜率要求的情况下,一般应尽量使用弯角较小的动力钻具;无磁钻铤应尽量安装在靠近钻头位置的结论.     

掌侧锁定钢板结合背侧经皮克氏针翘拨治疗桡骨远端前后壁骨折的疗效评估

摘要 为探讨掌侧锁定钢板结合背侧经皮克氏针翘拨治疗桡骨远端前后壁骨折的临床疗效,通过回顾性研究方法,纳入从2014年1月至2018年1月收入治疗的桡骨远端前后壁均骨折的患者。最终共收入43例患者。其中男性16例,女性27例。平均年龄为64.39±4.85岁（范围51岁至74岁）。其中32例患者为自行摔伤,11例患者为交通事故伤。记录患者手术时长,术中出血量,术后4周,12周,24周视觉模拟评分,以及患者并发症,测量患者术后24周X线尺偏角,掌倾角,双手握力,腕关节主动活动范围及上肢功能评定标准(disabilities of the arm, shoulder and hand,DASH)评分、Gartland-Werley腕关节评分。结果表明手术时长平均为82.63±9.2 min,术中出血量平均为30.47±15.42 ml。术后4周VAS评分为3.98±0.8分,术后12周VAS评分为3.07±0.88分,术后24周VAS评分为1.93±1.24分,X线尺偏角为17.23±3.54度,X线掌倾角为11.83±1.35度,DASH评分为7.6±2.32分,Gartland-Werley腕关节评分为5.22±1.73分。握力为健侧38.56±5.96 kg,患侧34.23±6.27度,掌屈患侧70.34±7.49度,健侧79.59±6.16度,背伸患侧65.50±7.78度,健侧66.36±8.02度,桡偏患侧16.84±3.92度,健侧20.60±4.28度,尺偏患侧22.22±6.60度,健侧23.47±6.64度,旋前患侧70.75±7.97度,健侧74.75±8.97度,旋后患侧63.35±9.39度,健侧64.57±8.54。没有患者出现伤口感染、骨折复位丢失,以及内固定物断裂等并发症。可见掌侧锁定钢板结合背侧经皮克氏针翘拨治疗桡骨远端前后壁骨折的疗效满意,值得临床推广。     

分支井筒稳定的塑性力学模型及分析

针对分支井钻进过程中普遍存在的井壁稳定问题,建立考虑地层、水泥环、套管和支井井筒的分支井稳定性分析三维弹塑性有限元模型。模型中将水泥环、地层和套管分别视为不同的塑性材料,同时通过建立应力各向异性地层中模型转换方法,消除不同支井方位之间的模型误差。通过弹塑性有限元模拟研究支井方位对分支井稳定性的影响。结果表明:方位角小于15°时,地层与水泥环最大等效应力位于主井筒上,有利于分支井井眼稳定;方位角为75°时,等效应力最大值位于分支井井壁上,不利于井壁稳定;从套管侧窗变形的角度来看,分支井方位应尽量靠近水平最大地应力方向;当支井方位角大于30°时,主井眼水泥环的破坏可引起支井钻进问题;在分支井井身结构设计中,采用较小方位角,同时避免采用50°~80°的分支井方位角,以保证水泥环-地层-套管-井筒系统的稳定性和安全性。     

不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算

根据天空散射辐射各向异性的Hay模型，计算倾斜面上辐射量，推导得到了冬半年朝向赤道倾斜面最佳角的数学表达式。对我国一些地区不同方位角的倾斜面上月平均日辐射量及最佳倾角进行了计算和分析。结果表明，除了直接辐射量占总辐射量比例较大的地区以外，一般全年最佳倾角总小于当地纬度。当方位角增大时，倾斜面上辐射量要减少，这在高纬度地区尤其明显，因此，必须选择合适的倾角，以尽量减少太阳辐射量的损失。结果还发现，倾斜面方位角与全年最佳倾角的关系曲线和太阳电池的I-V特性曲线形状相似。     

倾斜面上直射辐射计算方法的探讨

在太阳能系统的设计中常涉及倾斜面上日总直射辐射的计算。计算倾斜面上日总直射辐射最常用的方法是Liu and Jordan所提出的数学方法,该方法是在假设地球表面没有大气层的情况下得出的,是一个典型的近似计算方法。研究通过直接数值积分和Collares-Pereira and Rabl辐射计算经验关系对Liu and Jordan计算方法的正确性进行分析。结果表明：Liu and Jordan所提出的计算倾斜面上日总直射辐射的方法存在明显的计算误差,误差的大小与倾斜面的倾角和方位角有关,且方位角越大,计算误差越大;对于垂直表面,计算误差随着方位角的增加迅速增加,当方位角偏离正南90度时,由Liu andJordan方法所计算出的年总直射辐射误差高达20%以上。     

融合改进A*和动态窗口法的AGV动态路径规划

摘要:路径规划对AGV完成自主导航起着关键性的作用,针对这点出发,本文提出一种全局采用改进的A*算法,局部在保证全局最优的情况下采用融合A*和DWA两种算法,首先加入AGV的位置信息,在传统的评价函数基础上设置了包含代价函数和启发函数的权重函数,其次,将传统的8个搜索方向,变成了5个,提高了路径搜索效率,为了进一步增加路径的平顺性,对节点进行优化,删除了多余的转折点,保留下关键的转折点,然后在此基础上又设置了安全域值,进一步删除多余的转折点,从而保证了全局路径最优,为了实现AGV实时动态避障,本文将A*和DWA两种算法融合,进行在线实时规划路径,设计了一种基于全局最优路径的圆滑路径曲线,经过仿真,本文提出的算法在路径长度,机器人平均转折角度,运行时间等都大大减少,最后,通过实验进一步验证了算法的可行性。     

基于线阵CCD的位标器方位角测量系统设计

针对电磁测量法在方位角测角范围和线性度两个方面的不足,介绍了一种采用线阵CCD传感器探测陀螺转子表面图形的非接触式光学测量方法。首先,对处于静态和动态下的位标器陀螺转子进行数学建模,推导出方位角的计算公式。其次,通过MATLAB仿真分析,确立合适的图形参数,并采用最小二乘法进行曲线拟合,以探讨传感器的线性度。最后,在DSP开发平台下搭建测量系统,并对测量误差进行了分析。实验结果表明:基于线阵CCD的位标器方位角测量系统,抗电磁干扰能力强,测量精度高,且当方位角在[-30°,30°]范围内时,线性度为0.017 2。