基于平面扩展和约束优化的激光惯性SLAM方法

针对激光SLAM算法在特征匮乏、拐角狭窄的室内场景中定位精度低的问题,提出一种基于平面扩展和约束优化的激光惯性SLAM方法。在激光SLAM中融合IMU,根据IMU状态估计结果对激光点云进行位置补偿并判断关键帧。搭建全局平面地图,基于RANSAC算法对关键帧进行平面提取并结合预提取的方法跟踪平面特征以降低时间成本,拟合结果经iPCA优化去除噪声对RANSAC的影响。利用点到面的距离构建平面约束优化方程,并将其与边缘点约束和预积分约束统一融合,建立非线性优化模型,求解得到优化后的平面信息和关键帧位姿。最后为验证算法的有效性,在M2DGR公开数据集和私有数据集上分别进行实验,实验结果表明,本算法在大部分公开数据集上表现良好,特别在私有数据集上,相比于目前广泛应用的faster-lio算法,定位精度提升61.9%,展现出良好的鲁棒性和实时性。

平面环境约束辅助的单目视觉惯性里程计

为提高视觉惯性导航系统在宽动态、长航时、大范围作业环境中的精确性与鲁棒性,提出了一种平面环境约束辅助的单目视觉惯性里程计。通过在视频图像中提取并跟踪均匀分布的FAST特征点,并采用对称光流剔除误跟踪点,实现了视觉特征点高效检测与精确跟踪;无需计算稠密深度地图,仅从稀疏特征点集中检测共面特征点,拟合空间平面,构建了对视觉特征点三维坐标的空间几何约束;融合视觉特征点重投影误差、共面特征点坐标约束以及惯性测量单元(Inertial measurement unit,IMU)预积分误差构造代价函数,采用非线性优化方法估计了系统状态。最后,分别在公开数据集和实际户外场景中评估了算法的准确性和有效性。实验结果表明,相较于VINS-Mono和ORB-SLAM3算法,本文方法的定位结果有显著提升,实现了复杂应用环境中精确、稳定导航,在机器人、无人驾驶等领域具有较大的实用价值。

基于深度相机和二维码的室内移动机器人定位技术

提出一种以ORB_SLAM2为基本框架、使用二维码辅助深度相机的室内移动机器人定位方法。针对现有的视觉SLAM在定位过程中出现的Z轴漂移现象,提出平面运动模型约束,以降低机器人定位结果中的Z轴累计误差;针对视觉SLAM在弱纹理环境中算法退化、容易跟踪失败等问题,在室内环境中张贴二维码并将其数学模型作为定位约束,以提高系统的准确性与鲁棒性。真实环境下的实验结果表明:相比原始算法,所提算法在Z轴精度上提高了42.95%;以ORB_SLAM3的定位结果为真值,所提算法的定位精度提高了4.11%,该算法在室内环境下具有定位优势。

具有环状运动约束的悬臂输流管道的非线性振动特征

本文对具有环状运动约束的悬臂输流管道的空间弯曲振动进行研究,目的在于考察约束刚度系数、约束放置位置对管道的两类周期运动(包括平面周期运动和空间周期运动)及其稳定性的影响规律.首先,在已有文献的基础上,将运动约束对管道的作用模拟成非线性立方弹簧模,得出振动方程.其次,运用Galerkin方法将振动方程离散成常微分方程组,结合基于中心流形—范式理论的投影法与平均法,给出了决定系统定性动力学性质的相关系数(包括临界特征值随流速的变化率及非线性共振项),取模态截断数为6,在几组约束刚度值和约束位置处计算了上述系数,据此考察了运动约束对管道的周期运动的影响,总结出了如下结论:在约束位置取定时增加约束刚度,或在约束刚度取定时增大约束位置至管的固定端的距离,均会使得管道的稳定平面周期运动对应的质量比区间减小,稳定空间周期运动对应的质量比区间增大;约束位置距管的固定端越远,约束刚度的变化对管道动力学行为的影响越明显.最后,对上述通过投影法和平均法得出的结论,本文在特定的质量比处数值求解了原振动方程的6模态Galerkin离散化方程,绘制了位形图、相图和Poincaré映射图,计算了频率,从而验证了相关的分析.

平面约束条件在LIDAR点云滤波中的应用

介绍了一种利用平面约束条件对LIDAR点云数据进行滤波的方法,利用每个数据点的邻域点拟合平面,根据平面约束条件和平面点分类方法得到地面点,最后利用地面点内插该区域的DTM。

一种基于平面精度的机器人标定方法及仿真

研究了一种测量简便、成本较低的基于平面精度的机器人标定方法,该方法限定了机器人末端手爪在其工作空间的平面内运动。在机器人的平面运动过程中,由关节驱动器记录平面上各采样点处的关节值并将这些值作为标定数据,避免了使用其他测量工具的复杂测量过程。建立了相应的评价方程以描述机器人所得位姿数据对该平面的逼近程度;给出了对应具体误差参数的辨识雅可比矩阵的求解方法,得出基于该雅可比矩阵的参数误差,并将该误差反向代回机器人运动学求解过程;最后使用MATLAB下的机器人工具箱建立了两连杆机器人模型,对该方法进行了仿真验证,仿真结果表明该方法将机器人绝对定位精度提高了50倍。

一种计算平面机构自由度的新方法

计算平面机构自由度的契贝谢夫-克鲁伯(Grübler-Kutzbach)经典公式看似简单,但使用起来却经常出错。在对现行多数《机械原理》和《机械设计基础》等教材中关于平面机构自由度计算中存在问题进行深入分析的基础上,也可得到相似的结论。为此提出一种计算平面机构自由度的新方法,并对相应的Grübler-Kutzbach公式进行变异。即通过引入实约束高副、虚约束高副、全约束低副和半约束低副等新概念,解决了目前在平面机构自由度计算中存在的问题,为平面机构自由度计算的严谨性和科学性进行了有益的探索。

自动导引车多摄像机主动导引系统的协同标定

通过多个导引驱动模块可构成用于重载搬运的自动导引车(AGV),固定在每个模块上的摄像机组成了多目视觉主动导引系统。本文针对多驱动模块的协同导引,提出了一种多摄像机主动导引系统的协同标定方法。首先,通过平面模板法完成单个驱动模块上摄像机内部参数、外部参数的标定;然后通过控制各个驱动模块协同运动,利用特征轨迹约束法估计摄像机相对于驱动模块的位姿误差、不同驱动模块之间的装配误差。建立单个模块的视觉测量坐标系与AGV整车运动控制坐标系之间的变换模型。不依赖精密辅助测量工具,具有较高的精度及可实施性。

平面3-■RR并联机构过约束分析及自调结构设计

分析了平面3-RRR三自由度并联机构中存在的过约束及其有害影响,详细讨论了在保证3-RRR并联机构平面运动特性的情况下无过约束自调结构的设计问题,得出了几种新的平面三自由度并联机构运动副配置方案,深入分析了2-RCS-RRR结构的自调特性。

基于共面法的视觉传感器的标定方法

提出了一种基于平面网格靶标的视觉传感器的标定方法。首先利用平面网格靶标来获取标定点,同时利用交比不变原理不断修正镜头的畸变参数,从而提高了标定点的精度,然后根据这些标定点利用RAC算法对视觉传感器的内外参数进行标定。试验结果表明,基于共面法的视觉传感器的标定方法操作简便,切实可行,具有较高的精度。

任意平面域上内部特征约束的变密度三角化方法

基于Delaunay三角化方法和前沿生成方法,给出了具有任意内部特征的平面域变密度三角形网格生成方法。针对不同的内部特征,可任意设定其网格尺寸,通过加权平均,有效地控制网格的尺寸变化,最终实现了网格的疏密光滑过渡。

内部带特征约束的任意平面域的三角形网格生成方法

基于Delaunay三角化方法 ,给出了内部带有任意复杂特征约束的任意平面域的三角形网格生成方法。区域内部特征约束可以是点、直线、圆、圆弧、平面样条曲线以及由它们组合构成的封闭环或者不封闭环。

平面5R并联机器人约束误差影响分析

少自由度并联机器人中的过约束构型,具有结构简单、刚度大的优点,但其依赖运动副轴线间的特殊几何约束关系,如平行、垂直、汇交于一点等,来实现预期的动平台自由度。此类机构有对几何约束条件敏感的缺点,约束误差的存在将对机构产生一系列不良影响。基于此,以平面5R并联机器人为对象,在分析其过约束特性基础上,研究运动副轴线几何约束误差导致的回路封闭变形协调条件。应用矩阵力法计算强制装配引起的机构附加内力以及连杆的变形,从而分析动平台的寄生运动以及机构的应变能波动。对一种具体的5R并联机器人进行仿真分析,计算结果揭示了过约束机构对运动副轴线几何约束误差的敏感性以及约束误差与过约束共同作用下对并联机器人性能的影响机理。

智能视频监控系统中多摄像头协同跟踪算法

为了提高智能视频监控系统中运动目标跟踪的准确率和有效性,利用数据融合和协同跟踪技术,实现了多摄像头协同跟踪系统中运动目标的有效跟踪。首先,利用单摄像头独自跟踪得到目标图像,然后利用平面单应性和极线几何约束结合实现多摄像头视图间的目标匹配和协同跟踪,最后得到精确的目标跟踪结果。通过在MATLAB上实验仿真,并与单摄像头目标跟踪进行对比,得出该算法具有较好的跟踪效果以及抗遮挡性能,可广泛应用于智能视频监控系统中。

平面机构中的过约束

过约束广泛存在于各种平面机构中,并对机械系统性能造成了一系列有害影响;另一方面,在许多情况下,过约束及过约束结构也常常是机构及机械系统正常工作的必然的客观需要.对平面机构中过约束产生的机理进行了详细的分析研究,在此基础上系统地将其分为运动副元素上的过约束,重复运动副结构中的过约束和封闭运动链中的过约束,并分析了过约束对机械系统性能产生的影响.同时,提出了一些消除或减小过约束有害影响的措施.

一种任意复杂平面域三角化的健壮算法

提出了一种新的广义交换算子 ,并且以广义交换算子为基础实现了任意复杂平面域的三角剖分算法 .该算法的特点有二 :整个算法的实现过程不会出现多边形的空腔 ,只需维护单一的三角形数据结构 ,数值稳定性高 ;

基于模态力约束的平面电机振动抑制研究

随着轻量化设计的需求,磁悬浮平面电机结构质量与柔性之间矛盾凸显,使得低阶模态引起的振动将严重制约其纳米精度的生成及控制系统稳定性。目前,振动抑制研究中的控制算法较为复杂,难以有效应用于工程实际。针对此问题,该文提出基于模态力约束的振动抑制方法。该方法针对垂向电机推力分配策略,在受力方程的基础上,以模态力之和等于0作为约束,利用力分配特解使各垂向电机的模态贡献相互抵消,从物理本质层面解决柔性振动问题。针对平面电机第一阶模态,采用模态力约束方法后,辨识模型在该阶模态处表现出刚体特性,且垂向z的定位误差减小至5 nm,验证了该方法对振动抑制的有效性。

平面机构过约束的研究进展

过约束广泛存在于平面机构中 ,并导致了机械系统对制造、安装误差的敏感 ,对机械系统性能造成了一系列有害的影响。因此对过约束机构的研究越来越受到国内外机构学者的普遍重视 ,取得了一系列突破性的进展。详细分析了平面机构中过约束对机械系统性能的影响 ,介绍了目前国内外机构过约束的研究现状 。

NOVEL METHOD FOR ERROR ANALYSIS AND SELF-CALIBRATION OF LASER TRACKING MIRROR MECHANISM

Laser tracking system （LTS） is an advanced device for large size 3D coordinates measuring with the advantages of broad range, high speed and high accuracy. However, its measuring accuracy is highly dominated by the geometric errors of the tracking mirror mechanism. Proper calibration of LTS is essential prior to the use of it for metrology. A kinematics model that describes not only the motion but also the geometric variations of LTS is developed. Through error analysis of the proposed model, it is claimed that gimbals axis misalignments and tracking mirror center off-set are the key contributors to measuring errors of LTS. A self-calibration method is presented of calibrating LTS with planar constraints. Various calibration strategies utilizing single-plane and multiple-plane constraints are proposed for different situations. For each calibration strategy, issues about the error parameter estimation of LTS are exploded to find out in which conditions these parameters can be uniquely estimated. Moreover, these conditions reveal the applicability of the planar constraints to LTS self-calibration. Intensive studies have been made to check validity of the theoretical results. The results show that the measuring accuracy of LTS has increased by 5 times since this technique for calibration is used.

区间参数平面连续体结构频率非概率可靠性拓扑优化

研究了具有区间参数的平面连续体结构在固有频率非概率基频约束和频率禁区约束下的拓扑优化设计问题。考虑结构弹性模量、质量密度和频率约束限具有区间不确定性,根据SIMP材料插值方法和区间变量运算法则,构建了基于频率非概率可靠性约束的弯曲薄板和平面应力薄板结构的拓扑优化数学模型表达式,并给出了进化优化准则。算例及其结果表明文中模型和方法的有效性。