基于wMPS的室内导航系统的实用性技术

为了构建精度高、柔性好、可并行测量的室内导航系统,结合wMPS坐标测量方法在室内定位方面的优点,提出了室内导航系统内部全向接收器技术。讨论了应用位姿测量技术中的三点法和最小二乘法对三维位姿的求解过程。为了提升最小二乘法内部迭代计算效率,利用L-M算法对阻尼系数进行自动调整,以此获取最优解的迭代初值。在初值估计过程中主要利用SVD分解法求解迭代初值,计算出测量点质心坐标。

基于wMPS测量刚性结构振动频率的可行性研究

工作空间定位系统(wMPS)是一种基于光电扫描的新型网络式大尺寸三维坐标测量系统,具有精度高、动态性好、并行测量的优势,是针对工业测量中大尺度结构开发的仪器。针对全球卫星导航系统(GNSS)、自动全站仪(RTS)等大地测量设备无法完全满足人形天桥等小型刚性结构的固有参数测量的问题,把wMPS引入结构健康监测领域中。采用逆向工程法建立试验台模拟结构振动频率,应用快速傅里叶变换(FFT)分析随时间序列变化获取的位移数据来确定wMPS测量结构固有参数的可行性及其测量范围,并采用GNSS-RTK进行对比试验分析。试验结果表明,wMPS能识别结构固有参数,当位移幅值大于3 mm小于30 mm时可以识别到4 Hz的频率,为相对刚性结构健康监测提供了新的参考途径。

基于wMPS的新型位移测量方法研究

随着参试产品尺寸不断增大,试验规模也不断扩大,传统的容栅式位移传感器已经不能适应型号试验发展的需求。室内空间测量定位系统(workspace measuring position system,简称wMPS)是一种基于光平面交会定位原理的大型结构网络式测量系统,在空间三维坐标测量方面有着广阔的应用前景。本文针对航天器结构静力试验中仅关注被测量点相对变形的特点,利用wMPS系统的角度测量数学模型,辅以激光测距,对测量系统进行优化,实现了目标点的轴向位移和径向位移同时测量。该方法具有多点实时测量与跟踪,精度高,试验前无需标定,安装简便等特点。试验表明,wMPS系统测量误差小于0.1mm,完全可以替代传统的容栅式位移传感器。

基于旋转平面激光扫描测角的新型坐标测量系统

为了满足现代制造业中超大尺寸测量高效高精度的要求,以空间角度交汇测量原理为基础,提出了一种新的三维坐标测量系统。介绍了该系统的测量原理,分析了系统的几何模型。结合测量原理和结构对系统精度的影响,对系统的重要部件进行了结构设计分析,完成整个系统的设计。最后通过实验数据验证该系统的可行性,该系统在6m的测量距离精度可达±0.15mm。

工作空间测量定位系统加权问题研究

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,简称w MPS)是一种基于旋转激光扫描平面定位技术的室内大尺寸定位系统。它可实现计量精度的三维坐标测量,主要应用于制造加工及装配领域。作为一种分布式系统,工作空间测量定位系统也存在着为不同测量节点分配权重的问题。考虑到在定位过程中误差的复杂性,提出一种根据不同测量区域,利用统计数据对不同测量节点动态分配权重的分权方法。为验证此方法,设计了对比实验,实验结果表明:文中提出的加权方法可显著提高工作空间测量定位系统的测量精度。

工业机器人绝对定位误差补偿方法

现场环境下工业机器人连续作业运行容易导致定位漂移问题,利用外部高精度测量系统获取其末端执行器精确三维位置信息是机器人绝对定位误差的有效补偿方式。针对误差补偿三维测量高效率、高精度、高适应性要求,提出了一种基于工作空间测量定位系统的工业机器人精度补偿方法。利用测量定位系统的动态特性,设计了针对机器人工作轨迹空间的网格划分策略,根据定位误差实际分布情况调整网格边长,通过采集网格节点绝对定位误差矢量值,研究了反距离加权算法以完成轨迹关键节点定位误差矢量的插值计算,最终完成末端执行器绝对定位误差补偿。试验结果表明,所研究方法实时性好、效率高,安装20kg负载补偿后机器人绝对定位误差平均值由1.36mm降为0.19mm,提升了约86%,能够显著改善工业机器人现场作业精度。

基于全局空间控制的高精度柔性视觉测量系统研究

针对传统机器人视觉测量系统中测量精度受机器人绝对定位精度限制的问题,构建了基于全局空间控制的高精度柔性视觉测量系统并研究其标定技术。通过全局空间测量定位系统实现机器人末端工具的高精度实时控制,可以突破机器人自身定位精度的限制,充分发挥其高度柔性的运动特性。为实现系统高精度测量,提出一种基于单应性矩阵的视觉传感器外参标定方法,该方法仅需对所设计的平面靶标进行一次成像,结合激光跟踪仪进行坐标转换即可实现传感器坐标系与外部参考坐标系之间坐标转换关系的精确标定。实验结果表明,基于全局空间控制的机器人视觉测量系统在其工作空间中距离测量精度优于0.2/mm,较传统的机器人视觉测量系统得到显著提高。

基于DSP的扫描平台电机控制系统

用于大尺寸测量定位的工作空间测量定位系统(WMPS)是多站光电扫描交汇测量系统的简称,优点在于多点实时测量与跟踪,测量精度高。平台旋转运动的稳定是保障测量系统高精度的首要因素。采用空间电压矢量调制(SVPWM)方式驱动电机,可有效地减小电机的转矩脉动和输出电压谐波。采用锁相环的反馈控制方法,配合电机上的光电码盘,可以实现在恒速下的高精度控制。TMS320F2812芯片内部集成EV模块,可方便地形成SVPWM波和检测码盘正交信号实现锁相环控制。经实验验证,此驱动方法可达0.1%的控制精度,满足系统的精度需要。

基于FPGA的光电扫描测量网络半实物仿真方法

针对工作空间测量定位系统(wMPS)对实验室小环境下算法和硬件调试的要求,提出一种基于FPGA的wMPS分布式测量网络半实物仿真系统。设计由实际测量坐标数据结合发射站内外参数推算发射站光平面旋转角度,从而解算模拟信号输入参数的算法。搭建FPGA嵌入式系统作为模拟信号产生平台,利用基于AXI总线的信号产生模块产生单发射站不同参数下所需模拟信号,经过硬件层面混叠实现wMPS系统多发射站网络信号的模拟。经过仿真和板级调试,实现准确的信号层面的wMPS系统行为仿真,仿真实现的角度值和实际的角度值基本一致,最大偏差在0.36″以内,具有数据准确实用、参数灵活可控等优点,可为wMPS系统调试提供质量和效率保证。

基于后方交会的室内空间测量定位系统定向方法

为了实现室内空间测量定位系统(w MPS)发射站定向参数的快速、精确校准,提高其方法的适应性,研究了一种新的发射站定向方法.本方法借鉴工程测量中的后方交会原理,在w MPS发射站数学模型基础上,引入坐标控制场建立冗余光平面约束,得出参数优化函数.通过拉格朗日乘子法求取定向参数初值,进行优化解算.本方法可以实现发射站的自动定向.搭建了实验平台并以激光跟踪仪测量结果作为比对基准,验证了校准方法的准确性.由本方法完成定向的w MPS测量点位误差优于±0.3 mm,且满足大尺寸坐标测量的精度要求.

基于数据加权融合的wMPS系统定向方法

为了提高室内空间测量定位系统(wMPS)的定向精度,提出了一种数据加权融合实现wMPS各发射站间定向的新方法。方法引入激光跟踪仪控制场三维坐标约束和wMPS发射站光平面约束,将测量不确定度转化为权重进行优化分配,推导了误差传递函数,将摄影测量中的坐标系转换方法用于单个wMPS发射站与全局坐标系间的坐标转换初值的计算,最终建立数据加权融合的定向数学模型并实现解算。仿真表明,利用本文方法,定向平移量误差在0.09 mm以内,用四元数表示的旋转角误差在2.4"以内。按照本文方法定向后的系统,在8m×5m×4m的范围内进行实验,点位测量精度优于0.21mm,基准尺长比对精度优于0.1mm。实验表明,本文方法与传统的利用已知控制点进行定向的方法相比,定向精度得到了明显提高。

融合自主导航信息的分布式测量网络组网方法

基于光电扫描原理的分布式测量网络是一种大尺寸三维坐标测量系统,广泛应用于工业制造和装配领域。但测量网络体系庞大、测量环境复杂,增加了组网定向工作的难度,且任意节点的变动都需要重新进行组网。现有的组网定向方法过于依赖人工介入和主观估计,因此提出了一种基于自主建图、全局定位和自动导航的分布式测量网络自动组网定向方法和标定点位规划策略。实验结果表明,该组网方法在保证测量精度的前提下,提高了组网效率和自动化水平,可实现测量系统自动维护和工业现场自动化。