空间机械手模型参数在轨标定方法研究

为了在轨辨识空间机械手真实模型参数,该文分析了模型参数误差来源,提出了基于遗传算法的空间机械手模型参数在轨标定方法,设计了关节变量误差和DH参数误差两组仿真数据对该方法进行验证。仿真结果表明,该方法切实可行,能够比较准确地识别出模型参数误差,有效地更新机械手运动学模型。与传统标定方法相比,基于智能优化算法的标定方法更具有广泛性。

应用分层递进算法的GEO异面多星序列交会优化方法

在地球静止轨道(GEO)异面多星序列交会规划中,服务卫星在轨道面内多次机动,可实现与多颗异面目标卫星在轨道面交点处依次交会,为此建立双层规划模型,并设计优化方法实现轨道机动过程燃料总消耗最小。外层以交会序列和交会时间为优化变量,属于混合整数规划问题,采用混合编码遗传算法求解。确定与各颗目标卫星的交会时间后,内层采用序列二次规划算法求解相邻2颗目标卫星之间的三脉冲变轨策略,最终使总的轨道机动速度增量最小。通过数学仿真验证了所提优化方法的正确性,在工程实际中能够快速获取交会序列和变轨策略,可为GEO异面多星在轨服务提供参考。

空间机械手末端位姿修正模型构建方法

为了有效减小空间机械手的末端位姿误差,通过分析误差来源,该文提出了基于BP神经网络的空间机械手末端位姿修正模型构建方法,设计了关节转角系统误差、关节转角随机误差、末端位姿系统误差和末端位姿随机误差共4类数据对该方法进行验证。仿真结果表明,该方法构建的修正模型是有效的,能够大幅提高末端位姿精度。

虚拟腹部微创手术操作平台的设计

针对医学模拟教学和微创手术技能培训开发了虚拟腹部微创手术操作平台,可非常逼真地描绘腹部微创手术的真实环境并符合医学基本伦理,能够模拟常用手术器械和腹腔内器官组织,实现人机实时交互。平台分为硬件设计和软件设计两大部分。硬件设计包括主控制器、数据采集单元和操作平台结构单元。硬件部分主要负责数据采集及处理。软件设计包括主机单元、几何建模单元和碰撞检测单元。软件部分主要负责手术器械和器官以及病例的选择、几何建模,包括常用手术器械,例如手术剪刀、手术钳以及腹腔内器官组织。实验结果证明,虚拟腹部微创手术操作平台适用于高校的医学教学和医疗机构人员的培训,能提高我国医学模拟教学水平并与国际接轨。

拳击训练模型人的设计

以三星公司的ARM9内核处理器S3C2440为基础,以Linux操作系统为平台设计了拳击训练模型人。分为硬件设计和软件设计两大部分。硬件设计包括模型人结构、用户操作模块、数据采集模块和LED显示屏4个部分。软件设计是在LINUX操作系统环境下采用C语言编程,主要包括10位高精度A/D采集驱动、定时器驱动、语音播报模块和应用程序的编程。通过CFBLSM拉压力传感器采集使用者击打模型人产生的压力变化值,处理器对一系列压力差值计算后可比较精确地得出使用者击打力量大小。语音播报击打效果提高了使用者的积极性,增加了训练趣味性。实验结果证明,拳击训练模型人成本低廉,操作简单,性能稳定。

基于速度估计的目标能量累积算法在空间探测中的应用

随着各国空间飞行器技术的不断发展,空间弱小目标成像探测技术的应用愈加广泛。受限于观测距离和空间光照角的变化,强光背景下暗弱目标检测成为难题。介绍了几种典型逆光探测手段,并针对强光背景下目标检测难题,通过自适应曝光策略控制探测器工作在目标最佳信噪的线性区,在此基础上,采用一种基于速度估计的目标能量累积算法,可实现高可靠弱小目标检测与提取,为后续空间应用提供有效途径。

一种动态环境下空间机器人的快速路径规划方法

针对动态环境下空间机器人采用深度强化学习进行路径规划时存在的收敛速度慢问题,采用迁移学习算法设计了一种适应动态环境的快速路径规划器.首先,综合考虑空间机器人运动过程中存在的避障、时间和扰动约束,在静态环境下对深度神经网络进行预训练.其次,将上述训练后的权值作为动态环境下深度神经网络的初始权值,再经过动态环境下的训练进行参数微调.最后,以平面五自由度空间机器人为例对所设计的方法进行了验证,并与直接训练方法进行了比较.实验结果表明,该方法能够将训练收敛时间从1033回合缩短到450回合,在保证规划路径准确率的前提下,提高训练的收敛速度.

基于能量检测的心电除颤模拟教学系统

采用S3C2440作为主控制芯片,使用Linux2.6.24OS,在嵌入式Qt2.7平台下开发设计了一款医学心电除颤模拟教学系统。系统进行高压降压后通过AD采集计算除颤仪释放的能量。心电波形的拟合是采用MIT-BIH心电数据库,通过分析截取一个周期的数据,经变换得到适合嵌入式下的波形数据。该系统可作为独立的除颤模拟系统使用也可与智能综合模型人相连配合使用,能够真实地模拟心电除颤的整个过程。该系统的成功研制为医学心电除颤教学与学习提供了优越的教学平台。

基于运动路径靶标的空间机器人视觉标定方法

针对空间缺少标定靶标物的难题,基于空间机器人机械手的精确末端定位能力,提出了一种通过规划机械手运动路径生成靶标从而实现在轨视觉标定的方法.首先介绍了视觉标定方法的总体框架.然后对该标定方法进行了误差分析,根据棋盘靶标标定误差与控制点图像坐标误差满足线性关系的先验知识,推导了从机械手末端定位到控制点图像坐标的误差传递关系,并对两类误差进行合成得到了等效的控制点图像坐标误差.最后利用仿真实验验证了标定误差与等效误差满足线性关系,分析了靶标尺寸、相对距离、控制点密度和靶标结构因素对标定精度的影响.

消除圆位姿二义性的三线构型法

基于圆特征的视觉测量方法简单且精度高,因此具有广泛的机器视觉应用,但单个圆特征的单目视觉位姿估计存在二义性问题。为了有效剔除虚假解,基于三线构型的姿态估计方法,提出了一类基于角度约束的圆位姿二义性消除方法。对具有先验信息的三线构型,利用三线构型与相机系的姿态关系可以得到圆平面法向量的一个角度约束。若三线构型不具有先验信息,利用二视图三线构型的相对姿态估计可以得到一个二视图间圆法向量的角度约束,这两类角度约束都可以排除圆的虚假法向量。实验结果表明,该方法可有效消除圆位姿二义性,第一种角度约束可以达到99.2%的成功率,第二种角度约束可以达到96.7%的成功率。

运动重建约束角的圆位姿二义性消除方法

针对单个圆进行视觉测量存在的位姿二义性问题,提出了一种运动重建约束角的二义性消除方法。在相机已标定的前提下,利用圆的投影椭圆曲线确定圆的位姿参数,位姿存在二义性;利用多视图从运动恢复结构方法估计特征点的世界坐标,并利用特征点重建约束角;基于刚体运动不改变空间夹角的特性同时唯一确定多视图的圆位姿。仿真结果显示:在500 mm距离内,噪声强度为0.4 pixel时二义性消除成功率为100%,强度为1 pixel时成功率约为93%;噪声强度为0.1 pixel,距离在1000 mm时具有99.6%的成功率。此外,在二视图的情形下算法的平均运行时间约为5ms,适合实时性的应用。该方法不需要目标的额外信息,能够实时有效地消除圆位姿的二义性。