Mechanics analysis of a wheelchair robot with wheel-track coupling mechanism

A barrier-free wheelchair robot with a mechanism coupled by wheel and track is presen- ted in this paper. Using the wheelchair, the lower limb disabled persons could be more relaxed to take part in outdoor activities whether on flat ground or stairs and obstacles in the city. The wheel- track coupling mechanism is designed and the stability of the bodywork of the wheelchair robot on the stairs is analyzed. In order to obtain the stability of wheelchair robot when it climbs obstacles, centroid projection method is applied to analyze the static stability, stability margin is proposed to provide the stability under some dynamic forces, and the push rod rotation angle in terms of the guaranteed stability margin is given. Finally, the dynamic model of the wheelchair robot based on Lagrange equation is established, which can be a theoretical foundation for the wheelchair control system design.

新型爬梯轮椅结构设计及越障性能分析

针对目前轮履复合式爬梯轮椅存在轮胎易干涉履带、爬梯时轮椅与顶端平台发生碰撞等问题,设计了一种新型的爬梯轮椅。通过建立其数学模型,得出轮椅质心的坐标、计算出轮椅攀爬垂直障碍物的最高高度为170.4mm、跨越沟壑的最宽宽度达516.33mm;最后在RecurDyn的TrackLM环境下对轮椅在三种典型工况下进行仿真,仿真结果表明在考虑轮椅速度和履带与地面之间的作用力的情况下,轮椅晃动攀爬障碍物的最高高度220mm和晃动跨越沟壑最宽宽度580mm都大于计算值。通过该轮椅的相关研究,对这类爬梯轮椅的设计提供了相关理论依据。

目标跟踪中基于IoU和中心点距离预测的尺度估计

通过分析基于交并比(Intersection over union,IoU)预测的尺度估计模型的梯度更新过程,发现其在训练和推理过程仅将IoU作为度量,缺乏对预测框和真实目标框中心点距离的约束,导致外观模型更新过程中模板受到污染,前景和背景分类时定位出现偏差.基于此发现,构建了一种结合IoU和中心点距离的新度量NDIoU(Normalization distance IoU),在此基础上提出一种新的尺度估计方法,并将其嵌入判别式跟踪框架.即在训练阶段以NDIoU为标签,设计了具有中心点距离约束的损失函数监督网络的学习,在线推理期间通过最大化NDIoU微调目标尺度,以帮助外观模型更新时获得更加准确的样本.在七个数据集上与相关主流方法进行对比,所提方法的综合性能优于所有对比算法.特别是在GOT-10k数据集上,所提方法的AO、SR_(0.50)和SR_(0.75)三个指标达到了65.4%、78.7%和53.4%,分别超过基线模型4.3%、7.0%和4.2%.

姿势自适应权重更新策略及尺度回归的煤矿井下目标跟踪算法

随着计算机技术的飞速发展,煤矿井下智能工作面的建设取得了巨大进步。目标跟踪作为井下智能工作面建设的一个重要环节,在保证作业人员安全,提升开采效率等方面发挥着重要作用。但是煤矿井下光照条件较差,当目标有较大外观变化和遮挡时,算法的跟踪预测框将不能准确跟踪目标。为了解决上述问题,设计出姿势自适应权重更新策略,该策略能计算出不同帧与模板帧之间目标外观姿势的变化程度,该变化程度作为目标估计网络调制向量更新的依据,动态地更新调制向量。通过该更新策略,使得算法对于目标尺度变化较大物体的跟踪精度得到提升。同时设计的中心点尺度回归损失函数,将中心点距离和高宽损失引入损失函数,使得目标框回归更加精准。

基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警的研究进展

基于雷达数据的风暴体识别、追踪及预警方法是最早出现的临近预报技术,也是天气雷达系统和强天气预警业务的基本组成部分。风暴体识别、追踪及预警方法可以分为三大类:持续性预报法、交叉相关法和单体质心法,它们都属于外推预报法。其中,持续性预报法目前已经被后两者取代。首先较详细地介绍了交叉相关法和单体质心法的研究历史和主要算法,然后集中介绍了近几年来在外推预报基础上发展起来的一些新方法。最后,结合悉尼奥运会期间的FDP项目,讨论了临近预报技术的检验和准确性评价,重点介绍了列联表方法。

四履带双摆臂机器人越障机理及越障能力

为发挥四履带双摆臂机器人的最佳越障性能,本文从运动学的角度,在固定双履带机器人越障机理的基础上,分析了四履带双摆臂机器人克服台阶、斜坡、沟道等典型障碍的运动机理及其最大越障能力,重点研究了四履带双摆臂机器人正向和反向两种攀越台阶方式的运动机理及其最大越障能力.以CUMT-II型煤矿探测机器人样机为例,绘制了机器人仰角、摆臂摆角与跨越台阶高度的3维关系图,以及斜坡坡度与摆臂摆角关系曲线,并求出了相应的最大越障能力的理论值,与实验室实测数据进行了对比分析.本文推导出机器人的最佳越障性能及对应的质心和摆臂的位置,可为机器人越障时质心位置的控制提供理论依据.

高帧频CMOS相机对光通信精跟踪系统影响分析

分析了互补金属氧化物半导体(CMOS)相机作为机载光通信精跟踪系统的位置传感器的优势,采用基于CMOS相机与FPGA研制的精跟踪系统,可实现帧频8 800 Hz的图像采集、数据传输、实时图像处理、光斑质心计算以及伺服控制等功能,分析了CMOS相机的噪声、帧频以及光斑质心算法对精跟踪系统跟踪精度的影响,给出了对应的数值分析与实验结果。实验结果表明:CMOS相机噪声对光斑坐标x轴、y轴引起坐标的标准差分别为0.291 9像素,0.120 2像素;当相机帧频从2 200 Hz提高到8 800 Hz时跟踪标准差从1.8降低到0.5个像素;外场光斑质心算法偏差比理想高斯光斑计算结果大8.34-0.71像素。光斑中心算法对跟踪精度影响明显,设计更具针对性的自适应光斑中心算法可以大大改善精跟踪的效果。

空间激光通信中精跟踪系统的实现与优化

简述了空间激光通信中精跟踪系统的组成和控制结构,分析了捕获、跟踪、瞄准系统精跟踪探测器使用质心算法进行信标光斑定位时的误差来源,对精跟踪探测器信标光斑定位过程进行傅里叶频域分析.推导得到消除质心算法系统误差的理论方案,即信标光波长和精跟踪系统的F数乘积需大于精跟踪探测器的像元尺寸.分析了精跟踪系统实现过程中关键参数的选取过程,结合精跟踪系统的系统参数耦合关系,为了不损失精跟踪视场,在精跟踪探测器镜头前添加孔径光阑进行精跟踪系统优化,以消除精跟踪探测器光斑定位时的系统误差.理论计算和实验证明:当孔径光阑的直径小于9.32 mm时,精跟踪系统的相对孔径小于0.045,精跟踪误差仅为0.03 pixel,相比优化前的精跟踪系统,跟踪精度提高了1.9倍.

天气雷达回波外推技术应用研究

利用天气雷达体扫基数据,对其强度数据做了回波外推运算。在成熟的COTREC(Continuity of Tracking Radar Echo by Correlation vectors)和质心跟踪技术的基础上,运用傅立叶相位分析技术计算"亚像元"速度,得到外推后的回波数据和图像,根据Z-R关系得到外推回波的雨强分布。通过将计算与不计算"亚像元"速度的外推回波与实况回波、外推所得雨强分布与PUP的1小时降水量(OHP)产品和自动雨量站记录分别做比较分析,结果表明,通常计算"亚像元"速度的外推要比不计算的准确度更高,并且外推所得1小时降水量比OHP的可信度更大。在各种降水类型的天气过程中,对该技术进行了多次检验,结果证明是适用的,能对TREC技术起到一定改进作用,且其外推所得雨强分布在短时临近降水预报中具有一定的参考价值。

天文导航中的星敏感器技术

由于星敏感器仅仅工作在全天球的识别模式下远不能满足当前飞行器任务的需要,提出了当星敏感器有足够的先验信息情况下,可在星跟踪模式或者预测星像模式下工作,来提高星敏感器的数据更新率,降低由全天球识别带来误匹配的可能性。本文提出了一种新的星跟踪算法来克服飞行器在大角速度飞行情况下传统星跟踪算法处理时间过长等不足;为了消除由于系统噪声带来的误差,还提出了星图滤波和星像滤波的方法。实验结果表明,当飞行器在2.25°/s的角速度下飞行时,星敏感器能在10pixel×10pixel的范围内从星图中正确提取星像,星图经去噪后,星敏感器输出精度提高了近5″,从而使星敏器可在飞行器高动态飞行情况下实现高精度、高更新率的姿态输出。文中描述的所有方法已在2007年和2008年进行了地面观星测试,并于2009年即将应用于某些卫星的姿控系统中。

利用矩心跟踪法跟踪、警戒强对流天气方法初探

本文利用矩心跟踪法,对平凉雷达观测基地的C波段数字化雷达在1987,1988年的13次对流天气过程和一次飑线天气过程中的雷达资料进行了处理,并分析了在两种不同天气条件下,不同回波强度阈值、不同预报时间、不同时间间隔情况下,预报下一时刻对流云中心位置产生的误差,确定了适当的预报参量和预报精度。在此基础上,准备在雷达系统中引入天气跟踪、警戒系统,为防雹工作和防洪工作提供信息。

切割效应下质心干扰的跟踪质心变化仿真分析

针对反舰导弹末制导中的箔条质心干扰对抗场景,首先阐述了箔条云和舰船作为面目标情况下而产生的切割效应,接着对波束切割效应进行分析,同时建立了完善的数学模型,最后根据建立的数学模型,设置典型场景参数,对箔条质心干扰在切割效应下的跟踪质心变化规律进行了仿真,并对仿真结果进行了详细的分析。切割效应下质心干扰的跟踪质心变化,对质心干扰成功与否的判断更有借鉴意义。有关质心干扰下跟踪质心变化的结论,对于抗箔条质心干扰技术的研究具有一定的参考意义。

红外成像制导末端局部图像识别跟踪研究

针对红外成像制导末端目标图像充满导引头视场影响目标识别跟踪的问题,提出一种红外成像制导末端局部图像识别跟踪的方法。分析了红外成像制导原理;选取了高亮区比例、灰度标准偏差、长宽比、紧凑度和复杂度等5个特征量作为特征提取和目标识别的依据,提出适合导弹的目标快速识别算法;通过计算红外成像制导末端目标图像,在导引头焦平面上的投影面积的变化情况,分析了弹目距离与相对速度对目标图像变化情况的影响,研究了形心跟踪到局部图像跟踪的转换时机。综合考虑了可靠性和实时性要求,选取飞机机头作为局部图形跟踪的跟踪点;搭建红外成像制导仿真场景,对所提出的方法进行仿真分析。仿真结果表明:该方法能够有效地识别图像中的目标,减小红外成像导引头跟踪盲区,实现红外成像制导末端的平稳跟踪。

卡尔曼滤波焊缝跟踪控制

在视觉传感的电弧自动焊接过程中,需要根据视觉信息来控制电弧准确地跟踪焊缝.由于强烈的弧光干扰,使得从焊接区图像中直接提取电弧与焊缝的偏差信息十分困难.为此提出一种利用熔池图像质心和卡尔曼滤波来间接获取电弧与焊缝偏差的方法.选择熔池图像质心作为状态向量,建立基于图像质心的状态方程和焊缝位置测量方程.利用卡尔曼滤波消除过程噪声和测量噪声的影响,通过对熔池图像质心的状态估计,准确获取焊缝位置以及电弧与焊缝之间的偏差量,为自动焊接过程的焊缝跟踪控制提供准确信息.焊接试验结果表明,利用卡尔曼滤波方法可有效降低过程噪声和测量噪声的影响,从而提高焊缝跟踪控制精度.

融合块显著质心描述和多级关联的多目标跟踪

提出一种融合目标分块、显著质心建模和多级关联的多目标跟踪(multi-target tracking,MTT)方法,用于提高互遮挡、相似目标干扰场景中的跟踪鲁棒、准确性。利用自适应阈值背景差分检测运动区域;将目标区域分块,根据块中运动像素处背景差分值计算色彩显著度,建立运动、色彩显著质心模型;建立目标间、目标与运动检测间全局、块级数据关联,判别互遮挡目标及块,并据块遮挡矩阵更新目标模板;利用有效色彩和运动信息计算块质心转移向量及融合权值,获得目标全局质心转移向量以定位目标。实验结果表明该方法对互遮挡、相似目标干扰及外观变化的多目标均具有稳定跟踪性能。

适用于星敏感器的预测未知恒星星像质心算法

提出了一种自主预测视场内未知恒星星像质心算法。该算法采用星跟踪算法来提取视场内已知恒星星像坐标。根据已知恒星信息从主星表中搜索视场内所有未知恒星,并采用这些信息预测所有未知恒星的理想像平面中心,从以这些预测的理想坐标为中心的范围内提取相应的实际星像坐标。同时采用已知恒星来验证未知恒星星像坐标。最后,对该算法进行了外场观星测试。实验结果表明:该方法提取未知恒星星像坐标时,扫描星图的像元只有局部提取星像算法的0.12%,所以进一步提高了数据更新率。

概率加权质心跟踪算法研究

针对目前图像跟踪器跟踪不稳定、跟踪精度不高及不能满足实时性要求等问题,提出了一种概率加权的质心跟踪算法。该算法首先对波门内的像素进行阈值分割,摒弃灰度低于阈值的背景像素,保留目标像素的灰度值,然后计算波门内目标区域的质心。实验结果表明:基于概率加权的质心跟踪方法能够有效降低复杂背景和噪声干扰,增强跟踪系统的抗干扰能力,减少传统跟踪系统中使用大量灰度梯度值带来的巨大计算量,从而提高跟踪器的精度和稳定性。创新点在于通过引入概率加权的方法,在计算初始时刻的目标质心时使用贝叶斯概率作为权重,而没有设置离散的阈值来分辨目标,减少了传统跟踪系统中使用大量灰度梯度值产生的计算复杂度。

激光干扰光电成像导引头的建模与仿真

在建立形心跟踪式光电成像导引头模型的基础上,根据激光干扰光电成像导引头输出图像的特点,建立了亮斑干扰模型、亮斑加亮带干扰模型、全饱和干扰模型和致盲干扰模型。理论分析认为亮斑加亮带的干扰效果与亮斑干扰类似,致盲干扰的效果与全饱和干扰类似。利用研制的光电成像末制导干扰仿真软件,系统研究了典型应用下,激光干扰对形心跟踪式光电成像末制导导弹的制导电压、制导误差角、弹道和弹着点的影响。仿真结果与理论分析是一致的。

一种改进的自适应质心跟踪算法

针对自适应质心跟踪算法对扩展目标跟踪时,易出现目标丢失的问题,提出了在自适应质心跟踪算法中,加入3点线性预测器和5点平方预测器构成综合预测器,对所跟踪目标的位置参数进行预测。通过估计目标区内背景所占比例,解算出目标的直方图分布函数,利用Bay-ias决策找出目标和背景像素的分类,从背景图像中分离目标像素,获得目标的质心坐标。改进算法可以实现对小目标直至扩展目标的跟踪,且基本不受目标大小、旋转变化的影响,其稳定性、可靠性和精度都较高。实验结果也表明,改进算法较好地克服了原算法跟踪时易丢失扩展目标的问题,不但扩展了自适应质心跟踪算法的适应范围,而且提高了跟踪精度。为有效提高导弹图像末制导的攻击精度提供了一定的参考。

群目标跟踪自适应IMM算法

为提高对机动群目标在高量测误差下的跟踪性能,提出了一种自适应IMM群目标跟踪算法.首先,在群质心状态估计中,引入带有多重次优渐消因子的强跟踪滤波算法,提高机动阶段时对群质心状态估计的精度.其次,在扩展状态估计中,考虑量测精度对于扩展状态的影响,将量测误差和扩展状态同时纳入到量测似然函数的构建中,应用新息计算和渐消记忆迭代过程自适应更新量测误差协方差矩阵.最后,通过quasi-Bayesian方法自适应更新模型转换概率,利用量测数据修正模型转换概率,抑制非匹配模型作用,放大匹配模型作用,实时匹配跟踪模型与目标运动状态.仿真实验结果表明,该方法有效提高了对群质心状态和扩展状态的估计精度.