面向物理约束的机器人运动学标定最优位姿集规划方法研究

在物理约束下的工业机器人运动学标定过程中,标定精度受到位姿集的影响,而位姿集的选取又受到标定装置的约束,针对以上问题,提出了一种采样区间评价结合位姿集优选的最优位姿集规划方法。首先建立了机器人运动学模型及距离约束标定模型,计算了机器人系统参数误差约束方程及误差雅可比矩阵;然后对机器人工作空间进行空间网格划分,应用拉丁超立方采样结合可观测指标对各个网格区间进行评价,得到最优采样区间;再次基于离线数据建立标定精度预测模型,在最优采样区间内实现最优位姿集的搜索;最后对中瑞RT-608机器人进行最优位姿集的规划及验证,结果表明:基于最优位姿集标定后的平均拟合球半径为0.3947 mm,较随机位姿集减小了57.98%。

PPN:一个用于处理点云分类的网络

点云是三维空间中物体坐标点的集合,是一种能完整表达场景信息的重要数据格式,广泛应用于机器人、计算机视觉、自动驾驶等领域,而点云的有效分类是许多应用的前提。基于PointNet和DGCNN(Dynamic Graph CNN for learning on point clouds),提出一个用于处理点云分类的PPN(Prototypical Point Network)神经网络模型,在PPN的特征提取模块中,通过点云中点之间的距离关系生成更加精准的局部特征。通过对局部特征进行加权聚合,得到更有代表性的全局特征。在ModelNet40和ShapeNet Parts数据集上用PPN进行点云分类和分割实验,结果表明PPN在点云分类和分割任务中均取得较好的表现。

平面几何测量中的图像畸变校正

针对图像畸变对平面图像几何线度精密测量精度的影响,提出一种直接利用标准网格板作为测量基准的畸变校正方法。根据待测物体与网格板处于相同物面时,其图像畸变与网格板图像畸变相同,待测点在网格板图像中相对网格的几何位置不变这一性质,提出直接使用发生畸变的网格板图像作为校正基准来代替通过建模将外部标准转换为摄像机内部基准的畸变校正思路。首先,确定待测点在网格板畸变图像中的初始位置;然后,根据平行线分线段成比例定理确定待测点在网格板畸变图像网格内的精确位置,对两者求和完成待测物体上任意两点的实际几何线度测量。实验证明,当校正网格板间距为1 mm,精度为0.2μm时,使用提出方法得到的畸变误差是现有校正方法的20%,校正精度可达4μm。该方法省去了建模过程,其校正精度仅与网格板精度有关,具有更高的精度和适应性。

减小光强不均对CCD非均匀性校正的影响

在校正CCD传感器非均匀性过程中,发现光强不均对CCD非均匀性校正精度有很大影响。为了提高校正精度,提出了利用曲面拟合光强分布减小其对不均匀性校正影响的方法。此法根据CCD非均匀性具有随机性,应用最小二乘法拟合光强分布曲面,再从CCD标定数据中去除该曲面,从而减小光强不均对CCD非均匀性校正的影响。实验证明:随着光强的增大光强不均性亦增大,其引起的校正误差可达1.9%。采用曲面拟合光强分布能够有效减小光强不均引进的误差,提高CCD非均匀性校正精度。

新阈值二进小波去噪算法在齿轮信号中的应用

在齿轮的激光检测过程中,由于各种噪声源的影响,原始信号会出现特征信息弱化的现象,影响了齿轮检测的准确性。为解决该问题,在分析传统软、硬阈值函数不足的基础上,提出了一种新阈值函数和二进小波变换相结合的去噪方法。在该方法中构建了一个可以调节的新阈值函数,该阈值随二进小波分解系数的变化以指数形式动态调整,克服了传统硬阈值函数不连续和传统软阈值函数存在偏差的问题。经仿真实验验证,该方法的信噪比和适用性具有明显的改善。

激光辐照下红外测温的误差补偿方法研究

为了提高激光辐照下加热点处红外测温精度,建立了多变量测温补偿模型,研究了测量距离、测量角度与测量精度的关系。采用单一变量与正交变量结合的方法,建立关于测量距离与测量角度的二元变量补偿模型,并进行误差补偿模型验证实验。结果表明:补偿模型与实际测量结果可以较好地匹配,补偿后测量误差为±1.25%,与补偿之前相比测量精度提高64.25%,验证了补偿模型的正确性,为激光辐照下加热点温度红外测量提供理论指导。

火炮复瞄精度测试中经纬仪的最佳布站研究

影响火炮射击精度的主要因素之一是火炮发射后的变位量,为了提高火炮射击精度,必须对火炮变位量进行有效的高精度检测,即火炮复瞄精度检测。文中提出了一种采用经纬仪最佳布站对火炮复瞄精度进行非接触测量的新方法。试验结果表明,该检测方法操作组装简单方便,机动性好,适合野外或室内各种复杂工作环境。

抗冲击弱电流传感器特性分析

在线监测电涌保护器漏电流,判断其失效程度,减少因雷电和电力需求增加引起的电涌造成电气设备损失。提出了一种基于互感型电流传感器的电涌保护器失效程度在线监测的方法,建立了雷电电流和电流传感器数学模型,分析了线圈匝数、负载电阻和杂散电容对电流传感器测量精度和抗冲击性影响,采用雷击和被测电流叠加后的复合信号作为激励,仿真研究了参数优化后电流传感器的时域响应特性。实验证明,在0.2～9 mA的电流测量范围内,笔者设计的互感型式电流传感器可抵抗50 kA大电流冲击,电流测量误差小于0.11 mA,满足漏电流在线监测要求。

积分球出射照度与入射光束几何性质关系分析

针对采用积分球作为光收集器的光学透射率测量过程中,存在透射率测量值超出100%这一非正常情况。建立了积分球出射照度与入射光束几何性质的关系模型,利用该模型进行了仿真实验。对于直径300 mm,开口比为1%的积分球,入射光束几何性质改变引起的积分球出射照度相对误差为3.4%,采用该积分球测量透射率造成的误差可达3.4%,与实测结果吻合。光斑位置和分布的随机性导致透射率测量值超出100%。该误差源具有隐蔽性和不可避免性,研究该误差源对于提高积分球式光度测量精度具有重要的理论和工程价值。

基于位置敏感探测器和激光技术对大型轴系中心线检测方法的研究

提出了一种采用位置敏感探测器(PSD)技术与激光技术相结合实现大型轴系对中检测的新方法。该方法以准直半导体激光光束为基准线,采用PSD光靶获取轴瓦位置二维位置信息,再由优化算法实现轴系的对中计算。仿真实验证明,该检测原理正确,检测方法快速简便,减少了轴面型精度的损伤,为轴系标定、校准开辟了新思路。

大气湍流对激光校准轴系的影响

在应用位置敏感探测器技术与激光技术实现大型轴系对中检测的过程中,分析了大气湍流对激光校准检测的影响,提出了采用监测光靶实时检测激光准线漂移,用直线修正实现误差补偿的校正方法。

光电瞄具提前量解算的仿真检测模型

光电瞄具提前量是指武器命中运动目标情况下,在俯仰和方位上赋予武器命中点相对于目标现在点的提前值。瞄具提前量直接决定着武器的命中精度。介绍了校验光电瞄具提前量算法的检测模型。利用建立的仿真坐标系,推导出目标航迹的参数方程;针对典型航迹,采用多项式拟合给出合理航迹点;根据所测量的方位角、俯仰角和斜距离等坐标参数和射表,用抛物线插值法推导了俯仰和方位提前量的仿真检测模型。实验证明,用该仿真模型检测光电瞄具提前量精度的方法正确可靠,为瞄具提前量的检测提供了一种新方法。

数字图像处理技术在计量仪表检定中的应用

本文提出了一种仪表自动化检定的新方法。该方法以计算机视觉技术和光学测量技术为基础 ,采用数字图像处理技术对计量仪表进行检定 ,克服了传统方法中由于手动进给和人工读数造成的精度低、重复性差等缺点。试验证明 ,该方法简便可靠 ,精度高。

梯度方向图像分解的直线边缘提取算法

针对复杂背景下的直线边缘提取问题,提出了一种基于梯度方向图像分解,然后累积投影的直线边缘提取算法。该方法首先把图像分解成梯度方向子图像,再在子图像梯度垂直方向上进行投影,得到8个方向的投影序列。接着,对投影序列进行了二次非线性回归分析,得到了投影序列的残差序列,滤除原投影序列的低频成份。然后,提出了基于奇异点的支持邻域能量的判定方法,解决了残差序列奇异点提取问题,得到了直线边缘的位置。最后,建立了图像模型,分析了图像复杂度和可提取的直线边缘长度的关系,并进行了实验。该方法可以对直线边缘空间中的75%的直线边缘进行成功位置提取,满足复杂背景图像的直线边缘提取需求,具有良好的鲁棒性。

连续向前估计的多目标跟踪检测算法

针对图像序列中多目标提取问题,提出一种向前估计跟踪的多目标检测算法。该算法首先通过单帧小目标检测算法,检测出图像中的疑似目标。然后,采用弹道滤波方法对连续帧中的疑似目标进行滤波。在弹道滤波的过程中,采用向后临近连续帧遍历组合的方法,形成新的假设弹道,并建立该弹道的向前多帧估计目标,避免了部分帧目标丢失,跟踪失败问题;采用高斯函数分配权值方法对同弹道同帧的估计目标进行有效融合,达到了目标估计偏差和目标圆度评价圆半径相当的水平,完成了实际目标弹道的建立。最后,通过弹道中目标点个数等状态信息,抛弃假弹道,实现多目标检测。该算法不需要人工导引,提高了多目标提取的自动化程度。

小目标图像局部极值收敛提取算法

复杂背景下小目标自动提取技术尚不够完善,针对小目标自动提取问题,提出一种通过汇聚于同一极值点的所有路径来描述小目标区域的目标提取算法。该算法根据图像梯度特性筛选出路径的起始点位置;从起始点位置出发,沿着梯度最速下降方向,使路径收敛于图像的局部极小值点,收敛于同一极值点的所有路径构成独立核心区域;分析了焦点独立核心区域和噪声独立核心区域特征间的差异,以该特征中的内外均值比特征,对独立核心区域进行了滤波,分离出焦点核心区域;对独立核心区域聚合,得到目标核心区域。通过实验证明:该算法能够自动检测出焦点目标,和现有算法相比,提高了小目标提取的自动化程度。

用PSD进行轴系校准检测

对轴系校准原理进行了研究,提出了一种利用可见激光和PSD实现轴心调校、定位的新方法。

车轮动态弯矩非正交误差的修正

针对车轮弯曲疲劳试验机由于传感器安装误差使得弯矩检测的非正交误差,难以达到国标规定的动态加载精度要求的问题,分析了非正交误差对弯矩检测精度的影响,建立了非正交误差修正模型,直接利用弯矩实测值经相关运算确定修正参数,并给出了该修正法的评价模型。理论分析和试验结果表明:该修正方法有效;采用该修正法,弯矩检测误差由4.6%降低到1%以下,提高了车轮动态加载精度,满足了本试验机弯矩加载精度要求。

基于ANSYS Workbench的齿轮参数激光测量系统刚度优化

齿轮是现代工业及制造业中的关键零部件之一,为适应齿轮大批量生产及质量控制与检测需求,研制了一种基于激光扫描技术的齿轮参数测量系统,系统刚度是保证齿轮参数激光测量系统精度的重要因素之一。在Solidworks与ANSYS Workbench的集成研发平台下,分别对齿轮参数激光测量系统的两种极限工况作了有限元静态分析,认为应力集中是造成系统刚度不足的主要原因。通过采用平衡配重的方法,改变系统的应力分布,从而提高系统刚度。仿真试验表明:改进后该测量系统的激光测头处的总变形量减小至1.92μm,与改进前相比降低了57%,满足设计指标(3μm)要求,同时系统刚度得到了有效改善。

汽车安全气囊检测装置动态特性的仿真研究

对目前普遍使用的三分力气囊检测装置建立了动态模型并进行仿真。结果表明:当阻尼比为0.6,固有频率和阻尼比的相对变化量皆为1%时,模型相对误差可达4.5%以上。该模型误差不容忽略,但采用峰值叠加和增大检测装置阻尼比的措施可减小此误差。