精密加速度计组件自动装配及焊接系统

悬丝摆式加速度计广泛应用于航空、航天、惯性导航等领域,其装配质量对加速度测量精度有很大的影响,其关键组件的装配涉及位置和姿态的调整,同时悬丝在装配中需要控制张紧力并完成焊接。针对悬丝摆式加速度计组件的精密装配,研发了集成力、温度传感器和机器视觉的精密装配及焊接系统。采用相机配合转台实现待装配零件视觉测量,完成零件特征点的识别定位;利用精密滑台和转台调整待装配零件位姿;直线电机运动结合力反馈实现装配过程中零件间隙调整以及张紧力控制;开发专用焊接单元,实现在紧凑空间内对微小器件的自动温控焊接。试验结果表明,该系统能够完成加速度计组件自动装配及焊接,装配结果满足技术指标要求,焊点无虚焊,摆组件内边缘相对于磁钢边缘间隙偏差小于10μm,悬丝中心相对于加速度计底座地面位置精度优于20μm,悬丝张紧力偏差控制在±5 mN之内,能够达到产品装配质量要求。

“机器视觉技术及应用”课程多级教学优化的探索

为提升学生在“机器视觉技术及应用”课程学习中全周期过程的学习质量,以重视过程性考核为重要导向,提出采用“课前准备+课堂交互+实验巩固+课后总结”的多级教学优化手段,从各个阶段不断前向反馈学生对该阶段的知识掌握程度,动态调整前向阶段的知识讲授结构,更加合理化地准备各项课堂环节,激发学生对本课程知识的学习兴趣和学习热情,以实际生活案例反哺课堂知识教学。

Visual Feedback Balance Control of a Robot Manipulator and Ball-Beam System

In this paper, we present a vision guided robotic ball-beam balancing control system, consisting of a robot manipulator (actuator), a ball-beam system (plant) and a machine vision system (feedback). The machine vision system feedbacks real-time beam angle and ball position data at a speed of 50 frames per second. Based on feedback data, the end-effector of a robot manipulator is driven to control the ball position by maneuvering of the inclination angle of the ball-beam system. The overall control system is implemented with two FPGA chips, one for machine vision processing, and one for robot joints servo PID controllers as well as ball position PD controller. Experiments are performed on a 5-axes robot manipulator to validate the proposed ball beam balancing control system.

力触觉增强的虚拟现实工厂系统

现有虚拟现实工厂只能依靠头戴式显示器和手柄进行单向的视、听觉虚拟操作,难以进行双向的沉浸式触觉交互。针对此问题,采用力反馈控制器设计了一种力触觉增强的虚拟现实工厂系统。以Unity3D为基础,采用3DMax对工厂内多类型工具和零部件进行三维视觉建模,并通过反射探针、光照探针等组件进行立体化视觉增强。在此基础上,为虚拟空间物体增加刚体、碰撞体、关节等组件,建立虚拟空间的触觉反馈模型,实现了力反馈控制器与虚拟空间物体的实时触觉交互。实验表明:系统可提供重力、摩擦力、恒力等多种力触觉感知,支持对20余种工具、零部件的触摸、抓取等触感操作,能感受模型、轮廓以及质量等物理属性,实现了虚拟工厂中“视触听”多维立体化的沉浸式操作。

基于视野域的快速动态路径规划

针对目前蚁群算法在路径规划策略中存在的易陷入凹陷、迭代时间长、转角多、避碰时等待时间长等缺点,提出了一种基于视野域的动态快速路径规划的蚁群算法。首先,采用栅格填充法对建立的栅格图中复杂形状障碍物存在的过多凹陷进行填充;其次,采用改进的负反馈的蚁群算法来减少蚁群在无法找到有效终点方向的后续搜索;再次,模拟给蚂蚁加上视觉以便在特定区域搜索而减少过多的转折点,从而更快速地找出最优路径。同时,在行走过程中若存在障碍物动态变化,则结合动态窗口算法重新规划局部的最优路径。实验表明采用该规划算法可使路径长度减少11%,转角和行走时间减少45.4%和32.3%。所以该智能算法能够为机器在动态环境的自主规划与导航中提供一种可行的解决方法。

镜像视觉反馈对脑梗死后单侧空间忽略患者的康复疗效

目的探讨镜像视觉反馈对脑梗死后单侧空间忽略患者的康复疗效。方法选择脑梗死后单侧空间忽略患者42例,按照随机信封法隐藏分配方案分为对照组20例和镜像组22例。对照组采用常规治疗和康复,镜像组在常规治疗和康复基础上采用镜像视觉反馈治疗。对治疗前、治疗4周后进行评价,忽略程度采用凯瑟林-波哥量表(CBS)评分,平衡功能采用Berg平衡量表(BBS)评分,日常生活活动能力采用功能独立性评定法(FIM)评分。结果与治疗前比较,2组治疗后CBS评分明显降低,BBS和FIM评分明显升高,差异有统计学意义(P <0. 05)。与对照组比较,镜像组治疗后CBS评分明显降低[(10. 65±4. 17)分vs (15. 76±8. 89)分,BBS和FIM评分明显升高(56. 10±20. 23)分vs (44. 43±11. 38)分,(74. 69±17. 71)分vs (57. 82±12. 11)分,P <0. 05]。结论镜像视觉反馈对脑梗死后单侧空间忽略患者能显著改善平衡功能及生活自理能力,是临床便捷有效的康复治疗方法。

基于自抗扰控制器的机器人无标定三维手眼协调

研究机械臂在手眼关系未知情况下依靠视觉信息引导完成三维空间定位及跟踪问题.基于耦合自抗扰控制器原理,设计了不依赖于特定任务的广泛意义下的手眼协调控制器.利用两个全局摄像机组成双目视觉系统,由图像特征可以充分地确定机器人三维空间中的位置信息.仿真和实验对这一方法的可行性和有效性进行了验证.

一种空间机械臂无视觉在轨柔顺装配方法

针对空间机械臂在轨装配中避免刚性碰撞的需求和缺少视觉反馈的问题,提出一种无视觉在轨柔顺装配方法.首先给出一种基于阻抗控制的柔顺控制器,使机械臂末端运动能够体现出期望的"质量—弹簧—阻尼"的动力学特性.在此基础上,提出一种不依赖于视觉反馈的装配方法,能够自主探寻装配孔并完成装配,该方法简单有效,在装配过程中无需视觉信息,解决了在轨操作中关键的自主寻孔问题.最后通过地面实验验证柔顺控制方法的有效性.本文所提出的方法具有较强的工程价值和应用前景,能够为空间操作和在轨服务提供技术基础.

视觉反馈受力平板训练联合生物反馈功能性电刺激对老年跌倒患者静态平衡的影响

目的观察视觉反馈受力平板训练联合生物反馈功能性电刺激对有跌倒史的老年患者静态平衡的影响。方法将120例老年患者随机分为2组,干预组60例,对照组60例。对照组予常规平衡训练;干预组在常规平衡训练的基础上加视觉反馈受力平板训练和生物反馈功能性电刺激。治疗前及治疗3个疗程后评估所有患者的Berg平衡量表(Berg balance scale,BBS)、Barthel指数(Barthel index,BI)和静态平衡中心压力指标,同时随访期患者的跌倒发生率。结果训练后干预组的BBS和BI改善优于对照组,BBS(12.63%vs 7.71%,P<0.05),BI(3.41%vs 0.22%,P<0.05)。2组训练后静态平衡中心压力均减少,且干预组减少较对照组明显。在6个月随访期间,干预组跌倒发生率和损伤性跌倒发生率均较对照组低,跌倒发生率(13.3%vs 28.3%,P<0.05),损伤性跌倒发生率(8.3%vs 21.7%,P<0.05)。结论视觉反馈受力平板训练联合生物反馈功能性电刺激能改善老年跌倒患者的静态平衡能力,有效降低跌倒的发生率。

基于镜像视觉反馈的康复训练治疗老年脑卒中偏瘫患者疗效研究

目的:观察基于镜像视觉反馈的康复训练对老年脑卒中偏瘫患者上下肢肌力、运动功能及生活质量的影响。方法:选取2017年3月—2019年3月在哈尔滨医科大学附属第一医院康复科门诊及住院治疗的老年脑卒中偏瘫患者120例,采用随机数字表分为对照组和观察组,每组60例。对照组给予包括偏瘫侧肢体锻炼(每组5~10次,每天2~3个循环)、立位平衡(30 min/次,1次/d)、坐位平衡(30 min/次,1次/d)、步行(30 min/次,每天2~3次)、日常活动(30 min/次,每天2~3次)等在内的常规康复训练,每周训练5 d,持续训练4周;观察组给予基于镜像视觉反馈的康复训练,在专业医师的指导下,患者通过镜子集中观察自身镜像的运动成像,将看到的运动成像想象成自己的患侧并尽可能使患侧自主完成训练,训练内容同对照组,持续训练4周。采用改良Ashworth肌张力量表(MAS)评估上、下肢肌力;采用Fugl-Meyer运动功能评分(FMA)评估上、下肢运动功能;采用日常生活能力量表(ADL)评估生活质量。结果:治疗前,2组患侧上下肢肌力、运动功能评分和生活质量评分比较,差异无统计学意义(P>0.05)。与治疗前比较,2组治疗4周后上肢(患侧臂旋前、屈肘肌群)及下肢(患侧髋屈肌群和伸肌群)MAS评分均明显降低,差异有统计学意义(P<0.05);2组治疗2、4周后上肢、下肢FMA评分和ADL评分均明显升高,差异有统计学意义(P<0.05)。与对照组比较,观察组治疗4周后上肢、下肢MAS评分明显更低,差异有统计学意义(P<0.05);观察组治疗2、4周后上肢、下肢FMA评分和ADL评分均明显更高,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:基于镜像视觉反馈的康复训练可改善老年脑卒中偏瘫患者上肢及下肢的肌力和运动功能,提高患者生活质量,值得临床推广。

基于视觉的柔性结构振动测量及其控制

针对柔性结构振动测试及控制问题,提出采用机器视觉测量结构振动并进行反馈控制的方法。为保证闭环控制系统的实时性,需要解决视觉图像处理数据量大、处理耗时长的问题。采取运动跟踪方法选择图像感兴趣区域(re-gion of interest,简称ROI)以减少数据处理量,并采用快速中值滤波算法提高图像处理速度。为了提高处理精度、保证处理结果的准确性,试验比较了3种微分边缘检测算子,采用Roberts算子和极值法提取图像中柔性结构末端边缘信息,并利用Hough直线变换方法进行修正。基于末端中心振动的信息反馈进行柔性梁结构振动控制理论分析和试验研究。结果表明,所采用的图像处理方法满足精度和实时性的要求,并验证了基于视觉反馈振动控制的可行性。

具有虚拟力觉导引功能的机器人网络遥操作系统

为实现机器人网络遥操作系统中从端机器人和被抓取目标接触前的力觉感知效果,提出了具有虚拟力觉导引功能的机器人网络遥操作系统控制方法.利用单目视觉技术获得末端执行器相对于被抓取目标的位姿信息,并将此信息转换为操作者相对敏感的力反馈信息,引导操作者为远端机器人系统提供合适的控制命令,控制机器人达到期望的位姿.利用手腕相机和人工目标搭建了演示实验系统,并分别进行了机器人位置和姿态遥操作控制实验.实验结果表明,机器人遥操作系统的可操作性和操作效率有了明显提高.

视觉检测系统的反馈机制研究

针对现有计算机视觉理论框架在指导视觉问题中很难克服精度差、受噪声影响大、计算复杂性高的问题,提出仿人的闭环视觉系统模型,引入反馈机制和高层知识的指导,并将其应用到车牌定位系统中。研究结果表明,以该模型实现的仿人视觉车牌定位系统容错性好、准确率高,可以有效地解决光照不均、牌照褪色,以及复杂背景干扰等情况下的车牌定位问题。

位置、力反馈和视觉融合控制的机器人轴孔装配

提出了一种多传感器融合的控制方法，利用位置、力反馈和视觉控制装配过程，使得高速高精度的轴孔装配得以实现，该控制方法顺应了机器人智能化装配的要求，可应用于智能化装配生产线上。

机器人手眼协调的图象直接反馈方法

本文从视觉与控制集成观点出发，提出了一种机械人手眼协调的新方法，利用手部摄像机于期望抓取（操作）位置获取待抓（加工）物体图象，以此作为期望国象，而后可以对任意位置的同类物体进行实时抓取，首先将期望日象与实时采样图象进行比较生成差图象，从而依据差图象进行实时同服反馈，最终达到消除图象差的目的。

棒材分钢视觉反馈控制

在实现轧钢厂棒材生产自动计数的基础上,提出用视觉图像信号作为反馈信息,实时跟踪棒材位置,实现自动分钢控制的方案.用实际视觉系统和对象仿真相结合,采用粗糙集数据挖掘技术进行离线学习,提取控制策略,驱动分钢装置实现分钢自动化操作.

黄瓜采摘机器人远近景组合闭环定位方法

针对黄瓜采摘机器人远景定位精度不高,以致切伤果实和茎蔓的问题,设计了一种基于机器视觉具有空间位置反馈功能的末端执行器。对温室环境下黄瓜果实采摘区域图像信息获取方法加以研究,综合HIS色彩空间H、S分量进行阈值分割,结合RGB色彩空间G通道边缘分布特征以及黄瓜形状特征,提取黄瓜采摘区域。基于摄像机线性透视模型,研究了采摘切割点空间定位方法,最终向采摘机械臂控制器反馈位置微调信息。采用远近景组合闭环定位方法,对采摘目标进行闭环定位,有效地解决了采摘机器人一次远景定位误差较大的问题。试验结果表明,排除温室复杂光照情况,机器人末端执行器定位精度达到2 mm,满足采摘作业要求。

基于触觉反馈的沉浸式虚拟仿真实验设计

针对虚拟仿真实验交互性和场景真实感不足的缺陷,基于建构主义学习理论和情景认知理论,采用双目立体显示技术构建三维沉浸式场景,结合触控笔的交互特征,设计一种沉浸式虚拟仿真资源构建方案,并在生物学野外实践虚拟仿真实验教学项目中验证该方案。结果表明:该方案简单易用、表现力强、交互体验好,可提高学习效率,激发学生的学习兴趣,满足其作为学习主体的感受。

机器人视觉系统标定问题研究综述

在视觉反馈机器人的控制中,摄像机的标定是一个基本的、重要性的问题。该文首先对摄像机的成像模型进行分析,明确了视觉系统标定的主要任务,然后从离线标定和在线标定两方面阐述了相关的研究思路和方法,为机器人视觉系统的研究提供了参考。

视觉导航智能车辆的路径跟踪预瞄控制

视觉导航智能车辆通过机器视觉获取导航路径信息并进行自动跟踪。常规的反馈控制仅利用当前的路径信息,在复杂条件或突发状况下难以有效工作。通过对在线获取的具体路径信息进行预瞄,可以对未来的路径信息加以利用,从而提高智能车辆行驶的安全性和有效性。为此,在获取的路径信息中确定当前路径和未来路径分别用于反馈和预瞄,并设计预瞄加反馈的控制器。该控制器能够自动根据预瞄路径的弯曲程度调整智能车辆的预瞄距离和行驶速度,从而提高跟踪精度和行驶稳定性。仿真和试验结果表明,该控制器与一般反馈式控制器相比跟踪误差较小,行驶更稳定。