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。

基于IAGA的空间测量定位系统测站优化部署

空间测量定位系统是一种基于光电扫描的角度交汇测量系统,由于该系统是在多测站协同作用下实现坐标测量,因此测站的布局优化是应用时面临的重要问题。为了解决该问题,提出了一种基于改进自适应遗传算法的测站优化部署方案。以系统定位精度、覆盖度和使用成本作为多目标优化函数;将进化代数衰减因子与自适应遗传算法相结合,根据多目标函数建立改进自适应遗传算法优化流程;对2~4个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明,与传统自适应遗传算法相比,该方法能在10~20代内收敛到最优解并获得更优的目标函数值。因此该方法在空间布局优化设计中能有效提高系统的测量性能。

工作空间测量定位系统最佳测量点的确定方法

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,w MPS)是一种基于旋转激光扫描平面交会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的测量和检测任务。作为一种大尺寸的测量系统,与中小尺寸测量系统相比,它的测量空间与测量精度的矛盾更加突出。如何寻找此系统所覆盖测量空间内精度最高的一个点或者以此点为中心的一个区域是一个非常重要而且有意义的问题。从该测量系统的测量原理出发,与传统经纬仪相对比,给出一种利用解算方程系数矩阵的条件数作为评价空间交会优劣的评价模型,继而引入粒子群算法来求解测量空间内的最佳测量点,实验结果表明:评价模型和对应的求解方法是正确的,也是有效的,利用此方法得到的测量点为中心的区域坐标不确定度最小,而且此方法为今后的发射站布局问题的研究打下了有益的基础。

面向先进装备制造业的室内空间测量定位系统

在以航天航空、造船为代表的大型装备制造业中,精密测量技术是产品质量的重要保证,目前以激光跟踪仪为代表的传统单站式测量系统已无法适应如今超大空间与高效率的测量要求。作为分布式测量系统,室内空间测量定位系统因其扩展性好、可并行测量等优势,已被广泛应用于先进装备制造业。本文详细阐述了室内空间测量定位系统的基本传感机理,梳理总结了整套系统的关键技术,并介绍了室内空间测量定位系统的相关工业应用。

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.

工作空间测量定位系统参数模型建立方法

针对工作空间测量定位系统扫描光面相较于理想平面存在变形的问题,利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样,通过对比旋转激光扫描时间,建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系,从而准确评估了扫描光面型,并分析了该评估方法的误差影响因素。根据面型评估结果,研究了基于差分进化算法确定最佳分割角度的分区平面模型建立方法,并设计实验对模型拟合效果及测量精度进行了评价。实验结果表明,采用本文方法评价扫描光面型更加准确,新参数模型的拟合效果及测量精度也有明显提升。

室内空间测量定位系统扫描激光面模型优化

针对室内空间测量定位系统(wMPS)交会测量模型将发射站扫描激光面视为理想平面的现状,研究了一种基于高精度转台的激光面面型视觉评估方法。根据评估结果引入线性折面判断机制,优化重建了wMPS扫描激光面数学模型,以减小交会测量模型中的系统误差。结合大空间高精度坐标场对新模型进行了评估。结果表明,所研究模型对实际光面的拟合效果较好,有助于提升wMPS的测量精度。

基于工作空间测量定位系统和激光雷达的室内组合导航算法研究

针对复杂场景下大空间室内高精度导航应用,提出一种基于工作空间测量定位系统(wMPS)和激光雷达的组合建图、定位算法。采用wMPS对激光雷达位姿进行精确估计,融合激光雷达点云数据完成栅格地图的绘制,使得机器人在导航时能够识别周围环境信息;考虑到导航时容易缺失wMPS测量信息的情况,根据雷达获得的实时数据与栅格地图通过粒子滤波算法反算雷达的位姿;最后将粒子滤波的结果进行线性卡尔曼滤波处理,并进行算法仿真与实验。仿真与实验结果表明:组合导航系统保证了地图的可靠性和动态导航精度,大大提升了系统的整体性能。

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。

船舶数字化制造的测量技术创新

大型高性能船舶及其先进制造技术发展迅速,传统船舶分散制造模式的制造质量、效率、能耗得不到有效控制。随着数字化制造技术在船舶制造领域逐步推广,精度造船理念成为主流和方向,由此对贯穿于整个造船工艺流程的测量技术尤其是空间坐标测量定位技术提出迫切需求。面对超大空间船舶数字化制造的精密测量难题,基于理论研究和设备研制,该文提出采用网络多站模式的非正交控制网,构造大空间整体结构化三维测量场的精密测量定位新方法,分析整体结构化测量场的关键技术,为数字化造船的高精度、高效率测量问题提供新思路。

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。

基于周向约束定位原理的周向接收器标定方法

针对工作空间测量定位系统(w MPS)存在交会误差,且在复杂测量现场中存在空间遮挡问题,文中在研究周向接收器测量原理的基础上设计了一种全新的周向接收器。该接收器在一个平面内固定了6个光电接收单元,通过标定6个单元的位置关系使其成为一个整体,进而实现测量功能。以两台发射站为基础,详细阐述了该周向接收器标定方法,并依托天津大学研发的w MPS实验平台对该方法进行了实验验证。实验结果显示:周向接收器的测量重复性在0.2 mm以内,测量精度在0.3 mm以内,该方法在解决系统在复杂测量现场中的空间遮挡问题的同时,从原理上消除了交会误差对测量结果的影响。

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。

采用精确三维控制场的wMPS全局组网定向方法

工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统,目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失,其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上,阐述了一种基于三维控制场的w MPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场,给出了组网定向的模型及优化方法,并给出迭代初值生成方法。实验表明:通过基于控制场全局组网定向方法后,系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm,在提高效率的同时大大提高了系统的精度。

基于模拟退火-粒子群算法的wMPS布局优化

空间测量定位系统是一种在多测站协同作用下实现坐标测量的大尺寸测量系统,因此测站布局优化成为了重要研究问题。为解决此问题,本文提出了一种基于模拟退火粒子群算法的测站优化部署方案,以定位精度,覆盖度,使用成本作为优化函数,运用粒子群算法及模拟退火算法进行协同搜索,并建立模拟退火粒子群算法的测站布局优化流程,对两到四个测站进行仿真优化分析。仿真结果表明,该方法能快速收敛于最优解并获得一种较优的测站布局。

分布式测量系统的分级几何约束定向方法

分布式测量系统借助辅助装置来构建几何约束条件以完成定向,而约束精度和数量易受到现场条件环境的制约。针对测量空间欠约束定向的问题,研究一种基于倾角传感的基准长度定向方法,该方法引入高精度的倾角传感器与测量单元结合,通过倾角传感的水平约束建立相对位姿定向模型并将系统定向过程进行分级处理,借助高精度的测角仪器提供内部角度约束,可以减少外部基准长度的约束条件个数。以室内空间测量定位系统作为实验平台,搭建组合系统样机,验证外部欠约束条件下的定向条件数目及分布对系统精度的影响。实验结果表明,所提方法在保证定向精度的同时,能够有效减少定向过程中所需的空间约束条件个数,并具有较好的稳定性,而且可以提高分布式测量系统的组网效率和复杂环境适应能力。

用于AGV定位的wMPS系统自调向型接收器

针对工作空间测量定位系统(workshop Measurement Positioning System,简称wMPS)应用于自动导引车(Automated Guided Vehicle,简称AGV)的高精度定位导航工程中由于测量环境复杂而出现的一种光电信号接收传感器无法正常接收到光信号的现象,设计了一种由伺服电机驱动的自调向型光电接收传感器。为了使传感器能够始终接收到足够的光信号,设计了一种电机调控程序。只用将wMPS系统测得的车体位姿作为程序输入量,就可以达到实时控制效果。实验表明这种新型传感器能够保证始终接收到来自特定发射站的信号。采用这种新型传感器的AGV定位导航系统的测量范围和测量连续性得到了提升。

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。

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。