机械臂视觉伺服路径规划研究进展

视觉伺服控制是机械臂完成各种复杂作业任务的有效手段,而机械臂在动态非结构环境下自主作业的路径规划方法是视觉伺服控制领域的难点和关键.分析了动态非结构环境下视觉伺服路径规划中存在的两类约束及其处理方法,介绍并评述了国内外在机械臂视觉伺服控制中路径规划方面的相关研究进展,讨论并分析了不同路径规划方法在收敛性和稳定性等方面存在的不足,对未来的研究方向进行了展望.

机械手空间圆弧位姿轨迹规划算法的实现

为提高机械手的空间圆弧作业任务的轨迹精度,提出采用齐次矩阵和四元数法分别进行位置和姿态的轨迹规划方法.对于位置规划,先对空间圆弧所在平面的圆心角做归一化处理,再按照平滑角速度曲线规划位置轨迹上的插值点,并用齐次矩阵表示插补点的位置,保证了插补点的位置始终在所求圆弧上.姿态规划采用四元数圆弧曲线函数以及分段三次有理插值保形样条函数实现C2连续的姿态轨迹.算例验证表明,提出的位姿规划方法能够保证机械手末端执行器的轨迹精度,在位置精度及姿态平稳过渡有较高要求的机械手的实际应用方面有推广价值.

3D混杂场景中机械臂自主分拣小目标的方法

为解决机械臂在大小目标共存的3D混杂场景中无法利用3D视觉传感器直接感知分布于操作视场范围内的小目标这一难题,提出一种基于“固定安装的全局Kinect深度相机”与“安装在机械臂末端执行器上的移动相机(手眼相机)”相结合的视觉系统混合配置方法.固定的全局Kinect深度相机用于感知并获取视场范围内的大目标点云,进而识别估计其位姿,然后借助路径规划技术引导机械臂到达大目标的上方,启动手眼相机近距离获取小目标的图像;离线阶段获取小目标的CAD模型,虚拟2D相机在以目标中心为球心的虚拟球表面的不同位姿和不同半径处拍摄目标的一系列二维视图,并且储存在目标的3D形状模板数据库中;在线阶段从真实手眼相机拍摄的场景图像中基于图像金字塔分层逐一搜索匹配,找到与目标模板相匹配的所有实例并计算其二维位姿,经过一系列转换后得到在相机坐标系下的初始三维位姿,应用非线性最小二乘法对其进行位姿修正.由ABB机械臂和微软KinectV2传感器以及维视图像公司的工业相机进行位姿估计精度实验和混杂目标分拣实验,利用棋盘标定板来测定目标真实的位姿.实验结果表明,位置精度0.48mm,姿态精度0.62°,平均识别时间1.85s,识别率达到98%,远高于传统的基于特征和基于描述符的位姿估计方法,从而证明了提出方法的有效性和可行性.

球头铣刀刃口曲线的求解及螺旋沟槽的二轴联动数控加工

给出了球头螺旋铣刀三种不同螺旋刃口曲线的求解公式和二轴联动数控加工时砂轮的截形和相对运动求解模型，根据实得沟槽的模型和计算机模拟结果分析了存在的不足，并给出了相应的后处理方法。

螺旋桨叶片曲面数控加工几何模型研究

目前在螺旋桨叶片曲面数控加工中，普遍存在着加工效率太低的现象，如何在保证加工精度的前提下提高加工效率已成为急待解决的问题。通过给出一般螺旋桨叶片工作面的方程，应用微分几何理论推导了数控加工所用球头铣刀的最大允许半径计算公式、走刀步长以及切削行距的计算公式，给出了根据刀具运动包络面计算实际加工误差的方法，最后通过实例验证了所建立模型的可行性和可靠性。

正交双目视觉长轴类零件装配端位姿检测方法

为解决非正交双目立体视觉在长轴类零件三维位姿检测中需要多个特征点进行匹配,计算量大以及视野中难以获取整个零件的图像等问题,提出一种基于正交双目立体视觉检测长轴类零件装配端三维位姿方法.采用光轴正交的两个相机同时采集长轴类零件装配端的图像,分别采用亚像素法对所采得的图像进行处理,可以得到被检测长轴类零件装配端在两个相机图像坐标系内的位置和姿态,再依据正交双目立体视觉模型对两组位置信息进行融合得到其三维位姿.实验结果表明:利用两个CMOS相机构成的正交双目立体视觉能够快速、精确检测长轴类零件装配端的三维位姿.该方法只需要一个特征点进行匹配,计算量小、简单易行,适用于通过机器视觉引导工业机器人进行精密长轴类零件的快速装配.

一种非结构环境下目标识别和3D位姿估计方法

为提高非结构环境下目标识别准确率和位姿估计精度,提出一种利用Kinect V2 RGB-D传感器并基于目标的CAD模型进行不同类型目标自动识别和3D位姿估计的新方法.利用虚拟相机获取目标CAD模型的深度图像,并将目标的模型转化为点云图,采用体素栅格滤波减少场景点云中的点数;利用点对特征描述子(PPF)作为CAD模型的全局描述子,并将相似的PPF划分成一组放进一个hash表,用于识别和定位目标,所有目标的hash表组成了3D模型数据库;利用基于投票策略的方法对不同类型目标进行检测识别和3D位姿估计,并采用位姿聚类的方法和ICP配准进行位姿修正,再通过奇异值滤波剔除误匹配位姿,从而提高位姿估计精度.在虚拟机器人实验平台仿真环境中分析了3种管接头的识别率和位姿估计误差,结果表明:3种管接头平均识别率96%,位置误差<4 mm,姿态误差<2°,能够满足机械臂抓取要求.将提出的方法与两种主流位姿估计方法进行了对比实验,结果表明,提出的方法无论是识别率还是F1分数都要优于其他两种方法.

手机屏幕轻微划痕检测方法

针对手机屏幕等产品光滑表面轻微划痕的自动检测问题,提出一种基于分类网络+Attention U⁃Net的小目标分割与微小缺陷检测方法.论述基于经典的U⁃Net网络进行光滑表面缺陷检测的数据集准备、语义分割网络构建、评估指标、损失函数、正则化方法以及初始化方式,分析应用经典的U⁃Net神经网络对微小缺陷误检测与漏检测的原因;给出在分类网络中加入分割网络以及加入Attention机制对U⁃Net网络进行改进的方案;搭建分类网络+Attention U⁃Net以改善小目标分割与微小缺陷检测效果.结果表明:提出的改进网络方案对手机屏幕轻微划痕等微小缺陷检测的像素准确率达到0.997,能够很好地满足准确检测手机屏幕轻微划痕的实际需求,也能为瓷砖等产品的光滑表面的轻微划痕与裂纹检测提供有益参考.

用端面铣刀铣削等螺距螺旋浆曲面的模型研究

本文以微分几何、解析几何为工具，给出了等螺距螺旋桨叶片工作面的方程，并以此方程为依托，建立了相应的端面铣刀铣制叶片工作面时相关参数、数控加工中行距和步长的定量分析与计算模型，最后用实例验证了所述方法和模型优于传统方法，因而可行、可靠。

汽车底盘总布置的参数化设计

阐述了汽车参数数据库及参数化绘图的设计思想,并以此为基础,将经验设计方法与计算机辅助设计有机地结合在一起,实现了汽车参数化没计,并在汽车底盘总布置中得到了应用。

基于递归分割的曲面造型算法

对常用复杂曲面造型方法的缺点进行了分析 ,给出了基于递归分割构造任意拓扑结构复杂曲面的有关算法 ,避免了参数方法在构造复杂曲面时费时而且难于处理的参数曲面求交和曲面拼接等问题 ,为优质高效建立复杂曲面模型奠定了基础。

偏动式形状记忆合金驱动器系统建模与仿真

为了实现响应速度快、精度高的偏动式形状记忆合金驱动器控制系统,基于Kanaka-Liang提出的形状记忆合金材料一维本构关系建立了偏动式SMA驱动器的热动力学模型.针对形状记忆合金材料的非线性迟滞特性,结合PID控制和模糊控制各自的优点,设计了一种模糊增益自调整PID复合控制器方案,并对偏动式形状记忆合金驱动器的响应特性进行了仿真.仿真结果表明,与PID控制器和模糊控制器相比,模糊增益自调整PID复合控制器具有响应快、超调小、适应性好等优点.模糊增益自调整PID控制策略完全能满足偏动式形状记忆合金驱动器对控制精度的要求.

关于二轴联动数控加工球头铣刀的几点说明

指出了二轴联动数控加工采用与轴线成定角螺旋刃口的球头铣刀时存在的设计与制造难题 ,并给出了相应的处理方法及相关模型 ,计算机虚拟制造结果验证了该方法的正确性和可行性。

自由曲面五坐标数控加工中几个关键问题的研究

自由曲面用平头立铣刀五坐标数控加工可以明显地提高切削效率和零件表面质量，但无干涉刀位产生一直是个难以解决的问题。本文对其中的几个关键问题进行了研究，导出了平头立铣刀的有效切削半径的一种计算方法，给出了自适应走刀步长算法和切削行距的计算公式，最后给出了无干涉刀位生成方法，并用实例验证了方法的可行性，为提高加工效率和精度提供了有效途径。

任意拓扑结构复杂曲面模型重构新方法

分析了采用参数化方法进行复杂曲面模型重构时存在的缺点,给出了应用递归插值分割理论从离散测量点构成的初始控制网格直接构造任意拓扑结构复杂自由曲面模型时计算插值点的统一算法,设计了一种能充分体现这种曲面模型重构方法优点的四叉树型数据结构存储必要的信息,最后给出了复杂自由曲面模型重构的几个实例。从实例可以看出该方法能够避免参数化方法在复杂曲面模型重构时所必须的参数曲面片之间的拼接和裁剪等问题,为复杂自由曲面模型重构提供了有效的新方法。

电动汽车无线充电金属异物检测线圈电磁特性

在电动汽车无线充电系统中,为实现较大范围内对小型金属异物的有效检测,提出一种金属异物检测线圈电磁特性的分析方法.基于谐振电路在受到金属异物干扰后会产生失谐现象,论述金属异物检测的基本原理;分析检测线圈电磁特性的主要影响因素,给出将若干个PCB(Printed Circuit Board)型小线圈通过串并联构成线圈组的线圈设计方案;用Maxwell软件仿真分析金属异物进入检测线圈上方对线圈磁场的影响,得到不同的线圈结构参数和线圈连接方式对检测线圈电磁特性的影响规律;在无线充电环境下,用检测线圈组的感应特性仿真实例验证所提出的检测线圈组设计方案的可行性.结果表明:本文提出的设计方案能够有效抑制电动汽车无线充电过程中环境磁场引起检测线圈的感应电压噪声,金属异物检测线圈电磁特性的分析方法能够为电动汽车无线充电系统中金属异物检测线圈的设计提供指导.

基于递归分割理论的自由曲面建模技术

为应用递归分割理论增强复杂自由曲面建模能力,通过在递归分割Loop方法中引入节点加权因子,实现了对递归逼近分割曲面形状的有效控制,并可以生成不同的尖锐特征。根据曲面模型各点处的平均曲率,对节点位置进行逐步调整,实现了递归分割曲面模型的光顺处理。论述了通过计算递归分割曲面模型的法向偏置面生成薄壁件表面模型的方法,并给出了所建立的自由曲面模型直接应用于快速原型制造的实例,说明应用该项新技术可以直接建立任意拓扑结构复杂自由曲面模型,为复杂自由曲面的建模提供了新的有效途经。

汽车弯道制动过程仿真研究

汽车的制动性能是决定汽车行车安全性的主要性能之一，进行汽车弯道制动试验是极其危险的，而通过弯道制动过程仿真来研究汽车的制动性能则具有重要的意义．本文简介了ＭＡＢＳ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡｄａｐｔｉｖｅＢｒａｋｉｎｇＳｅｔ）的结构和工作原理，并用七自由度整车模型进行了汽车弯道制动过程计算机仿真，研究了ＭＡＢＳ对汽车制动性能的影响。

汽车制动过程动态仿真中的路面模型

建立了一种时域内的路面模型，并用于汽车制动过程的动态仿真分析中。研究表明，路面不平度使制动过程中法向载荷发生变化，并对滑移率－附着系数曲线产生影响。由于计入了路面激励，可以使汽车的制动过程仿真误差减小。

基于模糊控制的直线型形状记忆合金驱动器控制系统设计

采用模糊控制的方法对一种直线型形状记忆合金驱动器的输出位移进行控制。整个控制系统采用MCS 51单片机作为核心,介绍了这个控制系统的设计方法,并给出了能实现上述控制系统的硬件电路原理图以及软件程序流程图。其中的模糊控制器采用离线计算、在线查询决策的方法,易于工程实现。