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.     

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.     

用于机械系统精度预测的理想表面法

为了实现复杂机械系统的精度预测,提出了一种能够综合考虑尺寸、形位公差的精度预测方法.将零部件的实际配合面抽象为理想配合面,用单位法矢量表示位置和方向,在刚体条件下从设计信息中获取理想配合面的单位法矢量.采用齐次转换矩阵的方法,得到各零件坐标系之间的转换矩阵,根据系统末端功能面在基准坐标系下单位法矢量的变动范围,分析系统末端功能面的空间位置分布范围和分布规律,从而实现了对机械系统的精度预测.以某型圆柱磨齿机的砂轮修整器为例,进行了3 000次的模拟公差分析计算,得到了工作点位置分布云图和概率密度曲线,与不考虑形位公差精度预测结果的对比表明,该方法能够综合考虑尺寸和形位公差,得到的公差分析结果更接近实际生产情况.     

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.     

基于X射线脉冲星的最小误差熵定姿态方法

提出一种基于X射线脉冲星能量观测信息和最小误差熵算法的航天器自主定姿方法.首先建立了圆形准直器差分测量模型,观测两颗脉冲星的辐射光子能量.然后引入信息熵概念来充分表征脉冲星辐射信号的随机性,用最小误差熵原理进行参数拟合,解出脉冲星在航天器坐标架下的方向矢量,通过矢量定姿法解算出航天器在参考坐标系中的完整姿态.最后结合美国国家宇航局HEACARC数据库提供的脉冲星观测数据进行了仿真试验,结果表明:在所给试验条件下,基于最小误差熵方法的参数估计精度要优于常用的最小二乘法,相比于后者,俯仰、滚动和偏航三轴精度分别提高了31.4％,27.1％和32.5％.     

机器人及空间机构运动精度的研究

本文介绍一种研究机器人及一般空间机构运动精度的建模新方法.首先,按D-H(DENAVIT-HARTENBERG)动坐标系的建立条件,论述了理想机构的各D-H 动坐标系在实际机构中相应动坐标的位姿偏差及其修正关系.据此,利用D-H 坐标变换与空间矢量的关系,以及空间矢量导数性质,推导了简洁实用、意义明确的机器人运动误差矢量方程,并就该方程在一般空间机构运动精度研究时的应用实例作了说明.     

基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法

快速准确测量运动目标的姿态,在航天航空、机器人等领域应用广泛.针对惯性姿态测量速度快但精度不足而视觉姿态测量精度高但速度慢的特点,提出了一种基于IMU与单目视觉融合的姿态测量方法.IMU姿态测量时,使用欧拉角迭代公式解算运动目标的姿态;单目视觉姿态测量时,使用POSIT算法求解被测目标的姿态;再使用H?滤波器融合两者的测量结果;用融合结果与惯性测量结果的差值修正并更新漂移误差曲线.根据被测目标的两组匀速转动信息,提出了双矢量正交化标定法标定IMU坐标系到目标坐标系的旋转矩阵;根据单目视觉采集的3幅图像信息,提出了三图快速标定法标定靶标坐标系到目标坐标系的旋转矩阵.实验表明,提出的姿态测量方法能实现快速姿态测量,测量精度高.     

带有饱和输入和转弯半径限制的Dubins' Car位姿镇定

针对具有饱和输入和最小转弯半径约束的Dubins' Car,提出一种非线性系统连续位姿镇定方法.通过建立人工吸引协调场,用变论域自适应模糊控制在线调整协调因子,调节系统的线速度.由弹道成型制导律推导出角速度控制律,获取能量最省的收敛轨迹.考虑了实际系统的输入饱和限制和最小转弯半径约束.扩展后的控制律可实现平面内满足最小转弯半径约束的任意点一点镇定.确保系统的指数稳定性,位姿指数收敛到期望值.仿真结果表明具有较高的位姿镇定精度.     

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.     

计算机辅助外科中手术与计划空间标定以及视觉空间的误差校正

计算机辅助外科(CAS)系统中,多空间集成在一起,为了提高系统的操作精度,需要有效的标定方法校正空间之间的误差.利用机器人上特征在导航系统中视觉空间的运动误差,建立视觉空间与机器人空间的映射关系,递归校正两空间之间的局部转换矩阵.利用局部转换矩阵建立优化方程,求取全局最优转换矩阵.该方法对所有动态、静态误差进行校正.针对手术与计划空间中存在的耦合误差,利用设计的特殊结构力传感器和标定块解耦标定其误差,并根据求取的转换矩阵,调整计划空间中对象的位姿,保证计划空间与手术空间中的对象位姿一致.实验结果表明,动态标定方法可以使视觉空间中的全局误差减少到5个像素,力控标定方法可以使位置误差减小到0.25mm,姿态误差减小到0.1°.     

Stewart机构在刚体6维测量中的精度

为得到500米口径大型射电望远镜(FAST)馈源精调实验平台的位置姿态实现反馈控制,提出利用Stewart机构,通过测量其6条支链的长度,运用Stewart机构的运动学正解求得刚体6维的位姿信息的测量刚体位姿的方法.利用Stewart机构的Jacobin矩阵条件数分析传感器精度到刚体测量精度的影响.通过实验验证了精度分析的结果,即Stewart平台的Jacobin矩阵条件数增大将使测量精度降低,因此将Stewart平台Jacobin矩阵条件数做为衡量机构测量精度的指标是合理的.这种测量方法对同类6维测量方式的设计和应用具有指导意义.     

结合精度补偿的机器人优化手眼标定方法

为了解决制造现场机器人高精度视觉测量定位的问题提出了一种结合模型精度补偿的机器人方位与手眼关系同步标定方法。该方法首先将视觉系统与机器人之间的位姿关系即手眼关系以及标定板与机器人坐标系的空间转换关系作为待优化求解对象,用齐次坐标矩阵分别表示机器人运动学正解以及视觉系统与标定板之间的位姿关系,进而构建闭环的机器人手眼关系优化方程;然后,使用三维旋转群表示旋转矩阵,建立了标定模型方程,用非线性全局优化的方式同步得到标定方程中矩阵的旋转和平移初始解,采用最小化相机的重投影误差提高了标定精度;最后,使用机器人运动学标定设备提升了本体的模型精度,再进行视觉标定得到了更准确的标定结果。实验结果表明:该标定方法只需提前示教若干点即可自动完成,操作简易高效;在补偿了机器人本体的臂长和关节零位误差后,算法精度从0.15mm提升至0.10mm。与经典的手眼标定方法相比,所提方法在不同测试数据集下的标定精度和稳定性均最优。