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AN ALGORITHM OF MOTION ESTIMATION BASED ON UNIT QUATERNION DECOMPOSITION OF THE ROTATION MATRIX
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作者 Huang Yu Yuan Baozong(institute of Information Science, Northern Jiaotong University, Beijing 100044) 《Journal of Electronics(China)》 1996年第4期289-295,共7页
Based on the unit quaternion decomposition of rotation matrix, this paper puts forward an algorithm to estimate motion parameters from the space position vectors of 3D feature points. Rotation matrix’s representation... Based on the unit quaternion decomposition of rotation matrix, this paper puts forward an algorithm to estimate motion parameters from the space position vectors of 3D feature points. Rotation matrix’s representation with the unit quaternion has no singular points, so the unit quaternion-based estimation method is of more practical importance, and the algorithm in this paper does not need iteration computation compared to those unit quaternion-based methods proposed by Horn(1987) and Su, et al.(1989). Solution’s uniqueness analysis of the algorithm and simulation experiment results are also presented, it can be seen that performance of our method is satisfactory. 展开更多
关键词 unit quaternion DECOMPOSITION Space POSITION VECTORS Estimation of motion parameters SINGULAR POINTS
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Numerical algorithm for rigid body position estimation using the quaternion approach 被引量:2
2
作者 Miodrag Zigic Nenad Grahovac 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期400-408,共9页
This paper deals with rigid body attitude estimation on the basis of the data obtained from an inertial measurement unit mounted on the body. The aim of this work is to present the numerical algorithm, which can be ea... This paper deals with rigid body attitude estimation on the basis of the data obtained from an inertial measurement unit mounted on the body. The aim of this work is to present the numerical algorithm, which can be easily applied to the wide class of problems concerning rigid body positioning, arising in aerospace and marine engineering, or in increasingly popular robotic systems and unmanned aerial vehicles. Following the considerations of kinematics of rigid bodies, the relations between accelerations of different points of the body are given. A rotation matrix is formed using the quaternion approach to avoid singularities. We present numerical procedures for determination of the absolute accelerations of the center of mass and of an arbitrary point of the body expressed in the inertial reference frame, as well as its attitude. An application of the algorithm to the example of a heavy symmetrical gyroscope is presented, where input data for the numerical procedure are obtained from the solution of differential equations of motion, instead of using sensor measurements. 展开更多
关键词 RIGID BODY KINEMATICS INERTIAL measurement unit EULER parameters quaternion
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Pose measurement using quaternion and Kalman filter 被引量:1
3
作者 卢翔 Liu Jingtai +2 位作者 Yu Kaiyan Li Yan Sun Lei 《High Technology Letters》 EI CAS 2014年第2期131-139,共9页
In this paper,a method combining perspective-n-point(PnP) and novel iteration algorithm is developed to measure the pose of a target in high precision for Tele-LightSaber game.The PnP algorithm is used to obtain a rou... In this paper,a method combining perspective-n-point(PnP) and novel iteration algorithm is developed to measure the pose of a target in high precision for Tele-LightSaber game.The PnP algorithm is used to obtain a rough pose,which is taken as the initial value of the iteration algorithm.The iteration algorithm utilizes the unit quaternions to represent the rotations.Then the result is optimized with Kalman filter.Considering the real-time and accuracy of the pose measurement,a fast feature extraction algorithm including object location,edge detection and corner detection is adopted to get the corners in high precision.The experiments and results verify the effectiveness of the proposed method. 展开更多
关键词 卡尔曼滤波器 单位四元数 测量目标 姿势 迭代算法 特征提取算法 姿态测量 即插即用
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四元数与三维空间中的转动
4
作者 涂泓 冯承天 《上海师范大学学报(自然科学版)》 2023年第3期372-378,共7页
由SU(2)群引入四元数,并详细和严格地讨论了四元数的各种特性;讨论得出了诸如SU(2)群与SO(3)群的2-1对应;给出了单位四元数的转轴和转角;自然地导出了表征无穷小转动的角位移等.
关键词 四元数 SU(2)与SO(3)的2-1对应 单位四元数与空间转动 有限转动的合成 角位移
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多视角翻转拍摄物体的完整三维重建
5
作者 雷臻 张帆 +2 位作者 向瀚宇 杨冲 黄先锋 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第8期1305-1316,共12页
为解决近景摄影测量中物体翻转拍摄导致的前后景图像不一致而引起的空三解算失败、物体模型变形、破损、背景干扰等问题,本文提出了一种基于物体翻转判断和影像分组的完整三维重建方法,讨论了旋转单位四元数的分布模式与物体翻转的关联... 为解决近景摄影测量中物体翻转拍摄导致的前后景图像不一致而引起的空三解算失败、物体模型变形、破损、背景干扰等问题,本文提出了一种基于物体翻转判断和影像分组的完整三维重建方法,讨论了旋转单位四元数的分布模式与物体翻转的关联性,并以此实现了影像分组。基于分组结果,利用同名点匹配的几何一致性约束去除影像中背景部分的干扰,对物体区域进行重建,得到了准确的空三结果和完整的网格模型。试验表明,本文方法能有效地提升相对于背景发生翻转变化的物体三维模型重建的完整性和准确性,具有显著效果。 展开更多
关键词 近景摄影测量 物体翻转 完整三维模型 影像分组 旋转单位四元数
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基于IMU和Kinect的人体下肢动作捕捉算法的研究 被引量:3
6
作者 郭欣 孙侨 张燕 《控制工程》 CSCD 北大核心 2023年第1期169-176,共8页
Kinect传感器在进行人体下肢关节定位时,因数据噪声多、深度数据不匹配、环境复杂等因素影响,导致出现局部位置信息丢失的情况,为此,提出了一种基于四元数的改进算法,通过使用低成本的惯性测量单元(IMU)来对Kinect传感器的异常数据进行... Kinect传感器在进行人体下肢关节定位时,因数据噪声多、深度数据不匹配、环境复杂等因素影响,导致出现局部位置信息丢失的情况,为此,提出了一种基于四元数的改进算法,通过使用低成本的惯性测量单元(IMU)来对Kinect传感器的异常数据进行判别与修正。使用改进后的四元数法对髋关节、膝关节和踝关节进行位置解算,以进一步提高解算结果的准确度,简化繁琐的实验流程。通过实验数据的对比发现:改进后的四元数算法可以让复杂的实验过程得以简化,关节角度的均方根误差(RMSE)相较于改进前的算法减小了约0.175;在IMU与Kinect传感器数据相结合后,能够很好地对其异常数据进行修正。 展开更多
关键词 人体下肢关节定位 惯性测量单元 四元数 欧拉角 KINECT
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基于单位四元数的锚杆钻车铺网单元控制方法
7
作者 杨泽源 贾运红 《煤炭技术》 CAS 北大核心 2023年第3期241-244,共4页
针对现有铺网过程仍需人工手动操作、人工成本高、危险系数高、作业效率低等问题,提出了一种基于单位四元数的锚杆钻车铺网单元控制方法,通过对铺网单元机械手爪进行基于单位四元数的姿态建模,设计了扩张状态观测器完成自抗扰控制,并对... 针对现有铺网过程仍需人工手动操作、人工成本高、危险系数高、作业效率低等问题,提出了一种基于单位四元数的锚杆钻车铺网单元控制方法,通过对铺网单元机械手爪进行基于单位四元数的姿态建模,设计了扩张状态观测器完成自抗扰控制,并对所设计的控制系统进行了仿真验证。结果表明,该方法使网片运输和安装到目标位置的过程实现了自动化,并在遭受扰动时能很快回归稳态,为实现井下锚护过程自动化打下坚实的基础。 展开更多
关键词 姿态模型 单位四元数 扩张状态观测器 自抗扰控制
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G^(2)连续的单位四元数样条曲线
8
作者 王倩 刘美含 +2 位作者 周彤 周奕含 徐宇飞 《辽宁师范大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第4期438-445,共8页
构造一种基于四次多项式的单位四元数样条曲线,并证明了其具有G^(2)连续性.首先选取带参数的四次多项式调配函数,使其生成的样条曲线能够插值给定的点列并达到C^(2)连续;然后通过将调配函数化为累和形式,把欧氏空间中的样条曲线推广到... 构造一种基于四次多项式的单位四元数样条曲线,并证明了其具有G^(2)连续性.首先选取带参数的四次多项式调配函数,使其生成的样条曲线能够插值给定的点列并达到C^(2)连续;然后通过将调配函数化为累和形式,把欧氏空间中的样条曲线推广到单位四元数空间中,得到的曲线不仅能插值于给定的四元数序列,而且能达到G^(2)连续;最终通过实验算例验证了该方法的有效性.所得到的构造方法添加了可以调整样条曲线形状的参数,在最终效果相似的情况下降低了样条曲线的次数,提高了计算效率. 展开更多
关键词 单位四元数 刚体运动 插值样条 G^(2)连续
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基于对数变换的6-UCU并联平台姿态插值
9
作者 屈力刚 李纪泽 李静 《制造技术与机床》 北大核心 2023年第6期100-104,共5页
六自由度并联平台是一种典型的封闭链式空间机构,为了更好地规划并联平台姿态运动,降低振动幅度。通过对数变换将单位四元数表示成插值简便的三维向量,进而以五次多项式算法进行并联平台的姿态插值,最后将姿态插值得到的插值点映射到四... 六自由度并联平台是一种典型的封闭链式空间机构,为了更好地规划并联平台姿态运动,降低振动幅度。通过对数变换将单位四元数表示成插值简便的三维向量,进而以五次多项式算法进行并联平台的姿态插值,最后将姿态插值得到的插值点映射到四元数空间验证四元数多姿态插值的合理性,并搭建6-UCU并联平台进行实验验证。实验结果可知:单位四元数采用对数变换后插值简便,并且五次多项式算法可确保速度与加速度不发生突变状况,拟合曲线光滑度较高,保障了并联平台运动的平稳性,延长并联平台使用寿命。 展开更多
关键词 六自由度并联平台 单位四元数 对数变换 五次多项式算法
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基于单位四元数矩阵实表示的坐标转换算法研究
10
作者 秦锋 鹿松 张振虎 《现代测绘》 2023年第6期25-30,共6页
四元数法可用于大角度的空间三维坐标转换,但其理论较复杂,计算及证明不便。借助四元数的矩阵实表示,可以将四元数域上的运算转化为实数域上向量和矩阵的运算。针对大角度空间三维坐标转换问题,构造了四元数优化函数,然后基于单位四元... 四元数法可用于大角度的空间三维坐标转换,但其理论较复杂,计算及证明不便。借助四元数的矩阵实表示,可以将四元数域上的运算转化为实数域上向量和矩阵的运算。针对大角度空间三维坐标转换问题,构造了四元数优化函数,然后基于单位四元数矩阵实表示的方式将四元数问题的求解转换成矩阵问题的求解,并给出了利用单位四元数进行空间三维坐标转换两种算法的详细证明。经过算例分析表明,两种算法解算结果和奇异值分解算法一致,验证了算法的正确性和有效性,且两种算法只需进行矩阵的特征值分解,无须线性化,计算简便,便于编程,适用于大角度坐标转换问题的求解。 展开更多
关键词 单位四元数 矩阵 实表示 坐标转换
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基于单位四元数的无初值依赖空间后方交会 被引量:48
11
作者 江刚武 姜挺 +1 位作者 王勇 龚辉 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第2期169-175,共7页
为解决基于欧拉角的传统空间后方交会算法对初值强烈依赖的问题,提出一种利用四元数描述姿态的解算方法。本算法采用单位四元数描述旋转矩阵,然后对严格的共线条件方程进行线性化,并按照带有约束条件的间接平差进行迭代解算。试验表明... 为解决基于欧拉角的传统空间后方交会算法对初值强烈依赖的问题,提出一种利用四元数描述姿态的解算方法。本算法采用单位四元数描述旋转矩阵,然后对严格的共线条件方程进行线性化,并按照带有约束条件的间接平差进行迭代解算。试验表明本算法的可靠性和稳定性不依赖于像片位置和姿态的初值,并具有迭代次数少和解算时间短等优点。 展开更多
关键词 空间后方交会 初值无关性 单位四元数
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基于局部支撑姿态的逆运动学求解 被引量:9
12
作者 李淳芃 王兆其 +1 位作者 夏时洪 朱登明 《计算机学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第11期1982-1988,共7页
逆运动学(Inverse Kinematics)是虚拟角色运动控制的一种基本方法,它根据用户指定肢体末端的位置计算出虚拟角色各个关节的旋转.传统算法求解时没有考虑人体姿态的运动规律,因此其结果不能完全令人满意.文中提出了一种利用捕获的运动数... 逆运动学(Inverse Kinematics)是虚拟角色运动控制的一种基本方法,它根据用户指定肢体末端的位置计算出虚拟角色各个关节的旋转.传统算法求解时没有考虑人体姿态的运动规律,因此其结果不能完全令人满意.文中提出了一种利用捕获的运动数据辅助求解逆运动学问题的新方法.通过自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)对姿态数据学习和聚类,获得一组刻画人体姿态空间的支撑姿态,然后通过对问题所在局部空间的支撑姿态加权优化来求解逆运动学问题.该方法克服了传统方法结果不自然、计算效率较低的缺点.实验结果也表明了该文方法的有效性. 展开更多
关键词 角色动画 逆运动学 单位四元数 自组织映射 优化计算
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SIFT算法在点云配准中的应用 被引量:17
13
作者 王程冬 程筱胜 +1 位作者 崔海华 戴宁 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2012年第2期149-152,共4页
提出一种精确有效的点云配准算法。通过对图像进行SIFT特征检测与匹配来获得特征点与匹配关系,用RANSAC算法剔除误匹配点,然后由映射关系获取三维对应特征点,采用投票法来进一步剔除误匹配点。在由单位四元数法获得点云初始位置关系的... 提出一种精确有效的点云配准算法。通过对图像进行SIFT特征检测与匹配来获得特征点与匹配关系,用RANSAC算法剔除误匹配点,然后由映射关系获取三维对应特征点,采用投票法来进一步剔除误匹配点。在由单位四元数法获得点云初始位置关系的基础上,采用基于特征点的改进ICP算法来实现精确配准。通过实验验证,该算法在点云配准中具有速度快和稳定性好的特点。 展开更多
关键词 点云配准 SIFT算法 单位四元数 ICP算法
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一类C^2连续的单位四元数插值样条曲线 被引量:12
14
作者 邢燕 樊文 +1 位作者 檀结庆 许任政 《计算机辅助设计与图形学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期45-51,共7页
为了能够快速生成光滑的单位四元数插值样条曲线,实时控制三维物体关键帧动画,提出一种基于四次多项式的单位四元数插值样条曲线,并证明了它的插值性和C^2连续性.首先选择适当的四次多项式调配函数,使其生成的样条曲线能够插值给定的型... 为了能够快速生成光滑的单位四元数插值样条曲线,实时控制三维物体关键帧动画,提出一种基于四次多项式的单位四元数插值样条曲线,并证明了它的插值性和C^2连续性.首先选择适当的四次多项式调配函数,使其生成的样条曲线能够插值给定的型值点列并达到C^2连续;然后通过累和形式的基函数作指数、代表关键帧方向的单位四元数为底的指数函数的连乘形式把欧氏空间中的样条曲线推广到单位四元数空间S^3中.文中构造的曲线能够自动通过给定的关键帧朝向序列,避免经典的B样条单位四元数曲线从型值点反求控制顶点过程中求解非线性方程组带来的时间开销,提高了计算效率.实验结果表明,该方案可以有效地应用于三维关键帧动画. 展开更多
关键词 单位四元数 插值样条 型值点 S3空间
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基于单位四元数的任意旋转角度的三维坐标转换 被引量:13
15
作者 李志伟 李克昭 +2 位作者 赵磊杰 王云凯 梁晓庆 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2017年第1期81-85,共5页
针对三维空间坐标转换模型的参数求解问题,引入四元数构造旋转矩阵,证明了坐标转换旋转矩阵等价于四元数的正交变换,并利用单位四元数理论推导了一种直接进行空间坐标转换的算法。通过模拟数据进行仿真实验表明,该算法无需线性化,计算简... 针对三维空间坐标转换模型的参数求解问题,引入四元数构造旋转矩阵,证明了坐标转换旋转矩阵等价于四元数的正交变换,并利用单位四元数理论推导了一种直接进行空间坐标转换的算法。通过模拟数据进行仿真实验表明,该算法无需线性化,计算简便,且适用于任意旋转角度的坐标转换。 展开更多
关键词 坐标转换 旋转矩阵 正交变换 单位四元数
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一种多传感器测量系统全局标定方法 被引量:10
16
作者 牟鲁西 尹周平 熊有伦 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1428-1432,共5页
针对复杂曲面零件加工中由触发式测头-关节臂激光扫描仪组成的多传感器测量系统,提出了六面体零件作为模板的全局标定方法,建立了基于单位四元数的全局标定数学模型,并用数学形态学方法在单位四元数球上进行聚类分析以确定最优的刚体变... 针对复杂曲面零件加工中由触发式测头-关节臂激光扫描仪组成的多传感器测量系统,提出了六面体零件作为模板的全局标定方法,建立了基于单位四元数的全局标定数学模型,并用数学形态学方法在单位四元数球上进行聚类分析以确定最优的刚体变换矩阵。仿真和试验结果表明,该方法应用简单、鲁棒性好、精度高,适用于加工现场的在机测量系统标定。 展开更多
关键词 多传感器测量 全局标定 单位四元数 点云数据 数学形态学
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基于单位四元数的Stewart机构姿态工作空间研究 被引量:7
17
作者 李保坤 曹毅 +1 位作者 黄真 张文祥 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期353-358,共6页
以单位四元数描述刚体的姿态,避免了欧拉角描述刚体姿态的奇异性问题,推导出Stewart机构处于给定位置时的姿态奇异表达式.提出了该机构处于给定位置时的非奇异姿态工作空间概念及其算法,并以非奇异姿态工作空间边界曲面的最小内切球作... 以单位四元数描述刚体的姿态,避免了欧拉角描述刚体姿态的奇异性问题,推导出Stewart机构处于给定位置时的姿态奇异表达式.提出了该机构处于给定位置时的非奇异姿态工作空间概念及其算法,并以非奇异姿态工作空间边界曲面的最小内切球作为实际姿态工作空间,以该球半径大小作为衡量机构处于给定位置时的实际姿态能力的性能指标.给定该机构的具体结构参数,描述了该机构处于某给定位置时的非奇异姿态工作空间,并进一步描述了在机构"初始姿态"的位置工作空间内实际姿态能力随位置不同而变化的情况. 展开更多
关键词 单位四元数 STEWART机构 姿态奇异 姿态工作空间 姿态能力
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基于乘性四元数和约束滤波的飞行器姿态估计算法 被引量:10
18
作者 李建国 崔祜涛 田阳 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期1031-1036,共6页
以单位四元数作为姿态描述参数提出一种乘性约束姿态估计算法。四元数具有全局非奇异、运动学方程双线性的优点,但归一化约束条件必须精确保持。首先,比较了加性和乘性滤波算法在估计误差定义和校正方式上的差别,并从物理概念和估计精... 以单位四元数作为姿态描述参数提出一种乘性约束姿态估计算法。四元数具有全局非奇异、运动学方程双线性的优点,但归一化约束条件必须精确保持。首先,比较了加性和乘性滤波算法在估计误差定义和校正方式上的差别,并从物理概念和估计精度上详细分析了无约束四元数估计算法的不足。然后,针对"矢量测量+陀螺"姿态观测模式,利用乘性约束滤波算法设计了姿态估计器。针对状态部分受约束的姿态估计问题,推导了状态和方差预测方程及状态受约束的最优增益矩阵,并将约束增益矩阵应用到姿态估计算法的测量更新过程。最后,通过数学仿真验证了算法在估计精度和收敛性能上的优越性。 展开更多
关键词 姿态估计 单位四元数约束滤波 归一化约束 乘性扩展卡尔曼滤波
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基于ROS的工业机器人运动规划 被引量:15
19
作者 刘启帆 谢明 姜磊 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2017年第5期36-39,共4页
ROS是一个开源的机器人操作系统,能够很好的验证各类运动规划算法。通过对该系统的研究,提出一种以ROS为平台在笛卡尔空间下进行运动规划的方法。首先将工业机器人的三维模型转制为ROS中的URDF格式,完成机器人的初步配置。然后使用Move ... ROS是一个开源的机器人操作系统,能够很好的验证各类运动规划算法。通过对该系统的研究,提出一种以ROS为平台在笛卡尔空间下进行运动规划的方法。首先将工业机器人的三维模型转制为ROS中的URDF格式,完成机器人的初步配置。然后使用Move It!工具添加了使用最小二乘迭代的逆解算法,该方法通用性强,且可得到唯一最优解。对于规划过程中的姿态插补,则采用单位四元数法,该方法有效解决了万向节锁死和旋转不平滑等问题。最后让机器人分别沿着直线和圆弧轨迹进行运动仿真,从实验结果可以看出机器人运动轨迹平滑,表明了此方法的可行性。 展开更多
关键词 ROS 工业机器人 单位四元数 运动规划
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基于四元数的刚体姿态调节问题 被引量:5
20
作者 周宗锡 吴方向 +1 位作者 龚诚 佟明安 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第10期1037-1040,共4页
给出了用四元数表示的刚体姿态调节问题的两种控制规律 .首先利用反馈非线性化方法 ,给出一种不含非线性扭矩项、仅由四元数和角速度的线性组合构成的控制规律 .该控制律与刚体惯性参数无关 ,因而具有一定的鲁棒性 ,并证明在一定条件下... 给出了用四元数表示的刚体姿态调节问题的两种控制规律 .首先利用反馈非线性化方法 ,给出一种不含非线性扭矩项、仅由四元数和角速度的线性组合构成的控制规律 .该控制律与刚体惯性参数无关 ,因而具有一定的鲁棒性 ,并证明在一定条件下闭环系统是指数渐近稳定的 .其次重新研究了刚体姿态控制问题固有的无源性 ,并利用这种新的无源性设计了一种仅利用姿态四元数而无需用角速度测量作为反馈的控制规律 .与现有的四输入 /四输出无源系统相比 ,这里的严格无源系统的动态控制器仅是三输入 /三输出的 ,有效地减少了实时计算所需的时间 . 展开更多
关键词 四元数 刚体姿态调节 反馈非线性化 无源性 控制规律 角速度 空间结构控制
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