六自由度机器人重力误差识别与补偿方法

为了提高六自由度关节机器人末端执行器的位置精度,文章基于自主设计研发的六自由度关节机器人进行重力误差识别和补偿方法研究。首先,基于D-H法建立机器人各关节转角与末端位置坐标的关系模型,提出采用Levenberg-Marquardt进行主要关节实际扭转刚度的计算方法;其次,基于有限元分析软件,进行不同位姿下机器人在重力场作用下的静力学分析,建立机器人位姿参数为输入、末端变形为输出的BP神经元网络模型,以实现机器人不同位姿下连杆弯曲变形导致的末端位置误差的在线预测;最后,基于自主设计的专用测头进行机器人末端位置误差补偿实验。实验数据表明,补偿后的定位精度比补偿前在X和Z方向分别提高了93.6%和92.2%。

T型轨道检查仪轨距测量固有误差及其补偿(下)

T型铁路轨道检查仪为T形小车结构,在测量曲线轨距时,由于测量原理存在缺陷,测得的轨距中会引入固有误差(D值误差),导致“假轨距”问题。在分析轨距测量原理和D值误差,以及D值误差对轨距测量准确度影响的基础上,讨论短纵梁、线形参数补偿、增加轨距辅助测头等处理“假轨距”问题的常见方法,提出惯性轨迹补偿方法,并在试验线路上验证轨距补偿效果。结果表明,采用惯性轨迹补偿方法补偿后,T型铁路轨道检查仪测得的轨距更接近实际轨距,且满足TB/T 3147—2020《铁路轨道检查仪》要求,重复性和一致性优于轨距辅助测头补偿方法。基于2种补偿方法效果的分析,提出优化铁路轨道检查仪标准的相关建议。

T型铁路轨道检查仪轨距测量固有误差及其补偿(上)

T型铁路轨道检查仪为T形小车结构,在测量曲线轨距时,由于测量原理存在缺陷,测得的轨距中会引入固有误差(D值误差),导致“假轨距”问题。在分析轨距测量原理和D值误差,以及D值误差对轨距测量准确度影响的基础上,讨论短纵梁、线形参数补偿、增加轨距辅助测头等处理“假轨距”问题的常见方法,提出惯性轨迹补偿方法,并在试验线路上验证轨距补偿效果。结果表明,采用惯性轨迹补偿方法补偿后,T型铁路轨道检查仪测得的轨距更接近实际轨距,且满足TB/T3147—2020《铁路轨道检查仪》要求,重复性和一致性优于轨距辅助测头补偿方法。基于2种补偿方法效果的分析,提出优化铁路轨道检查仪标准的相关建议。

外骨骼助行机器人关节运动轨迹研究

外骨骼助行机器人耦合在人体下肢各关节处实现整体协调运动。有效、合理的关节运动轨迹对于外骨骼的辅助运动至关重要。通过对助行机器人结构特征及关节运动角度的分析,采用D-H参数法建立了外骨骼机器人在矢状面内的正向和逆向运动学模型,并通过位姿变换求解出各关节变化量。针对外骨骼助行机器人关节运动进行轨迹规划,利用Matlab Robotics Toolbox中的link函数建立了外骨骼二连杆机构的三维仿真模型,并采用五次多项式插值函数对外骨骼髋关节、膝关节进行了关节轨迹规划。仿真得到关节位移、速度和加速度三个运动轨迹曲线。仿真结果光滑连续,符合外骨骼辅助运动的特征。该研究能够为外骨骼助行机器人的控制设计提供参考。

基于RGB⁃D数据耦合误差处理的CEP⁃SLAM

针对使用RGB-D相机的VSLAM中RGB-D数据存在耦合误差的问题、现有特征提取方法存在的边点误提取问题及恒速运动模型跟踪稳定性差的问题,基于ORB-SLAM2框架提出了CEP-SLAM算法。算法使用恒加速运动模型来设置待跟踪帧的初始位姿;使用优化后的位姿计算帧间视觉里程计并更新恒加速运动模型,结合RGB图与深度图的采集时间差估算位姿偏移,基于该位姿偏移构建对极几何约束,使用二分法查找特征点在深度图对应像素点的位置,对特征点深度进行调整,缓解了RGB-D数据耦合误差对VSLAM的影响;提出一种基于联合方法的关键帧边点剔除算法,通过利用特征点在深度图的邻域信息对待插入关键帧中存在的不良边点进行判断和剔除。使用本文提出的CEP-SLAM算法在TUM公共数据集上进行实验,结果表明本文算法较好地剔除了不良边点,与经典算法相比有更好的鲁棒性、跟踪稳定性和更高的定位精度。

基于可编程量子电压的量测应用及误差分析

为提高量子电压精密测量技术在电力系统的适用性,开展了基于可编程量子电压的量测应用及误差研究,首先,研究了基于可编程约瑟夫森量子电压的量子标准A/D方案,理论推导了量子标准A/D的误差模型,仿真分析了量子标准A/D的参数优化设计原则;然后,提出自适应量子差分采样控制方法,基于离散傅立叶变换(discrete Fourier transform,DFT)推导了实现最优差分采样的量子电压幅值和相位理论计算式;最后,提出基于可编程约瑟夫森量子电压的电子式互感器校验仪溯源方法,并开展了仿真及硬件试验验证。试验结果表明:量子标准A/D测量的不确定度达到10-6量级,自适应差分采样控制方法能够快速实现量子电压幅值和相位的精准控制,该文提出的校验仪溯源方法的测量不确定度水平相比传统溯源方法提升了5倍。研究成果可为电力系统的量子化量测应用及溯源提供参考。

基于CFEM的D-N交替算法的一类凹角区域各向异性外问题求解

基于曲边有限元(CFEM)的自然边界元理论,设计出带CFEM的D-N交替算法,来解决无穷凹角区域上的各向异性外问题,并给出了近似解与真解之间的误差估计和收敛性.

电子式互感器中数据采集系统的实现与误差补偿

介绍了插接式智能组合电器中电子式光电组合互感器测试系统的组成。在满足互感器准确级的前提下,对测试系统中的数据采集部分进行了设计,并分析了其静态与动态特性,提出了相应的误差补偿方法。这一方法有助于改善数据采集系统的性能。实测结果也验证了上述结论。

制造过程质量控制中误差流理论的研究

基于平稳随机过程正态分布假定和手工计算的传统统计过程控制法与控制图已经不满足现代制造过程质量控制与保障的要求。为提高产品质量必须研究与质量形成过程相关的几个误差流理论问题：误差流的跟踪与监视控制，误差流控制图，三维误差模型及其失稳自组织恢复原理。介绍了上述问题的研究结果与模型，并报道单／多工序车削加工误差流跟踪和误差流控制图的试验研究结果。

激光打标中振镜几何畸变误差多项式拟合校正

为了消除激光打标系统中由2维振镜物镜前扫描引起的打标点几何畸变误差,分析误差产生的原因,在振镜扫描角度(α,β)理想计算公式的基础上,采用最小二乘曲线拟合的方法,得到用打标点坐标(x,y)表示的补偿(α,β)误差的拟合多项式,从而对激光打标点的畸变误差进行了校正。通过校正,可以将激光打标点的最大几何畸变误差由3.2mm降至20μm以内,且计算量小、速度快。结果表明,该误差校正算法可以满足高速、高精度激光打标的需要;同时可通过改变物镜焦距计算出新的补偿公式,以应用于不同参量的激光打标系统。

D-泛解酸内酯水解酶的定向进化

易错PCR结合DNA改组方法向D泛解酸内酯水解酶基因中引入突变,并构建突变体库。利用酶的催化特点和产物特性建立了基于平板初筛和高效液相复筛的两步法D泛解酸内酯水解酶活性筛选系统。用该筛选系统以酶活力和pH稳定性为指标对突变体库进行筛选,最终获得一株酶活力高且在低pH条件下稳定性好的突变体MutE861。该突变体的酶活力是野生型酶的5.5倍。对突变体和野生型酶在pH6.0和pH5.0条件下的残余酶活进行对比,在这两种pH条件下,突变体酶的酶活残留分别为75%和50%,而野生型酶只能保持原来的40%和20%。通过软件对突变体MutE861酶基因和野生型酶基因进行分析对比,发现突变体MutE861酶基因发生了三处点突变,其中突变使两处氨基酸取代,另一处为沉默突变,未引起氨基酸的变化。

基于D-H矩阵的Stewart型并联机床位姿误差计算模型

针对6自由度Stewart型并联机床,以D-H变换矩阵为建模工具,建立起包含铰座位姿参数、杆件D-H参数的机床动平台位姿方程。采用矩阵微分方法推导出一个机床位姿误差线性化计算模型。该模型不仅使铰座位姿参数误差、杆件D-H参数误差等几何误差全部进入机床位姿误差计算方程,而且将机床位姿误差与几何误差之间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系。基于支链杆长方程建立起一个能描述机床位姿误差与几何误差之间实际映射关系的非线性计算模型,以其作为参考模型对线性化计算模型的有效性进行检验。仿真表明:在小误差条件下,线性化模型可以很好地逼近非线性模型,由于具有形式简洁、分析与计算方便等特点,基于D-H变换矩阵的位姿误差线性化计算模型可用于Stewart型并联机床的精度分析、精度综合及运动学标定。仿真结果还表明:当对机床位姿精度要求较高时,需要考虑杆件的全部D-H参数误差对机床位姿的影响。

机载三维成像仪航带拼接的误差处理研究

机载三维成像仪是集成了全球定位系统 (GPS)、姿态测量装置、激光测距仪和光谱成像仪的新一代航空遥感系统 ,它能直接得到地学编码影像和数字地面模型 (DTM) ,而无需地面控制点。利用图像上分布的具有三维坐标的激光点来纠正原始图像 ,并且生成DTM。该文首先分析了机载三维成像仪系统中各种传感器本身的误差和系统之间存在的误差 ,然后介绍了处理系统误差的方法———航带重叠区域灰度平均差值最小算法求解航带间的系统误差 ,同时还设计了一种变权方法来处理随机误差和拼接航带的地学编码图像。通过算例说明了处理算法的正确性。

平面度误差三维测量系统的研究

在分析平板的平面度检测基础上,指出传统平面度测量方法存在的不足,采用C++Builder编程语言环境和OрenGL编程技术,提出了平面度的三维重构方法。设计数字化平面度测量仪,并将其所测得的平面信息输入到计算机完成对数据的处理,解决了传统测量方法中的数据量大、计算繁琐、精度低的问题。在此基础上,采用OрenGL编程技术完成了对平面形貌的三维重构,使得到的平面度信息量更充分,让平面度的测量更加直观。为了验证测量的有效性,采用激光双频干涉仪的平面度测量功能模块对仪器精度进行评估,结果显示达到预计的精度指标。

基于DSP的高功率TEACO_2激光器控制系统的高精度数据采集

针对基于DSP的高功率TEA CO2激光器控制系统直接利用DSP F2812内置A/D转换器(ADC)进行模拟量采样时存在转换误差较大,且模拟量易受电磁干扰等问题,从硬件和软件两个角度提出了校正DSP2812内置ADC的方法。硬件上采用硬件模拟滤波和隔离等手段对输入的模拟量进行处理;软件校正则通过将两路给定的参考电压值送入DSPF2812内置A/D转换器的两个转换通道,计算出ADC的偏置误差和增益误差,以此误差对其它通道A/D转换器进行校正。最后,实验分析了参考电压和A/D采样时钟频率对A/D转换精度的影响。结果表明,提出的方法能有效地提高A/D转换器的精度,A/D转换误差达到±3 LSB,特别是在对腔压值精度要求很高的0～12 000 Pa区段,A/D转换精度达±1 LSB,可以保证TEA CO2激光器的可靠运行。

基于D-最优的半球谐振陀螺仪误差参数辨识研究

为了在三轴转台上精确地标定出半球谐振陀螺仪误差模型的全部系数,设计了单轴速率双轴位置滚转法的双球面试验计划。首先,介绍了陀螺仪的误差模型,分析了单球面测试方法的局限性,然后,设计了双球面单轴变速率双轴多位置的测试方案,进而,基于D-最优原则经过仿真计算,给出了最佳测试速率和最佳测试次数,最后,设计了半球谐振陀螺仪误差模型系数在三轴转台上标定方法,及参数的标定工作。给陀螺仪多误差参数的精确标定提供了一定依据。

自适应Sigma-Delta A/D转换器的设计

对于传统的Sigma DeltaA/D转换器 (ADC) ,其信噪比 (SNR)将随着输入信号强度的减小而降低 .因此 ,本文根据自适应理论提出一种自适应ADC的解决方案及相应的电路实现 .在充分考虑了在电路实现中误差的存在 ,给出了误差自校正电路 .仿真结果表明 ,这种自适应ADC的SNR几乎与输入信号的强度无关 .

过采样∑-ΔA/D技术在差分吸收光谱系统中的应用

差分光学吸收光谱法(DOAS)已经成为测量大气中微量气体成分含量常用的方法,该方法基于最小二乘原理,利用测量的大气光谱的差分吸收光学密度与标准的吸收截面进行拟合,确定待测气体的浓度。其测量精度不仅取决于光谱测量精度、仪器本身的噪声以及测量波段内其他气体的干扰等因素,还与痕量气体前期采集和处理有关。文章简介了差分吸收光谱法测量原理和仪器结构,提出过采样∑-ΔA/D技术,过采样技术与∑-Δ调制器的噪声整形技术结合,可对量化噪声进行双重抑制,从而提高待测波段内的信噪比,实验结果表明提高了DOAS系统的测量精度。

基于D-H矩阵的球面5R并联机构误差建模及灵敏度分析

以D-H变换矩阵为建模工具,采用环路增量法,建立了包含杆件D-H参数的球面5R并联机构的误差模型,该模型不仅考虑了机构的结构参数误差,还考虑了由于加工和装配等原因出现的各转动副轴线和球心之间的偏差,使得误差模型更接近于工程实际;根据误差模型进一步计算得到了各从动件运动参数误差以及轴向间隙量的显式函数关系;最后对该机构进行灵敏度分析,研究了各几何误差源对该机构末端执行器位姿误差的影响程度。研究结果为该机构样机的标定、运动学补偿及应用提供了理论基础。

一种基于TMS320F2812的高精度A/D转换器的设计

DSP芯片TMS320F2812中自带12位的A/D转换模块,但是在高精度信号处理中由于其精度不够高往往不被采用,而选取高精度的A/D转换器与DSP芯片组合,这无疑增加了系统的复杂性和成本。通过对TMS320F2812中自带的具有12位分辨率的A/D模块进一步设计,得到具有24位分辨率的高精度A/D转换装置。