非合作目标视觉位姿测量与地面验证方法

针对航天器在轨服务与空间垃圾清理中非合作目标的精准定位与定姿问题,提出了基于显著特征的空间非合作目标双目视觉位姿测量方法.通过地面气浮实验平台实现目标在类太空失重环境下的运动状态,对具有显著特征的航天器局部区域进行位姿测量与地面验证试验.文章具体开展太阳能帆板三角架的视觉显著性特征描述,通过计算机图像学处理手段提取显著特征内外边界信息,并将拟合的直线特征交点重建以获取其三维世界坐标;以双目视觉下显著特征点的空间共线性误差平方和作为误差函数,采用正交迭代方法解算目标位姿;最后给出位姿解算方法与传统三点解算的结果对比分析.该研究重点实现了非合作目标位姿测量与地面验证试验,对空间在轨操控技术具有重要指导意义.     

非合作目标视觉位姿测量与地面验证方法

针对航天器在轨服务与空间垃圾清理中非合作目标的精准定位与定姿问题,提出了基于显著特征的空间非合作目标双目视觉位姿测量方法.通过地面气浮实验平台实现目标在类太空失重环境下的运动状态,对具有显著特征的航天器局部区域进行位姿测量与地面验证试验.文章具体开展太阳能帆板三角架的视觉显著性特征描述,通过计算机图像学处理手段提取显著特征内外边界信息,并将拟合的直线特征交点重建以获取其三维世界坐标;以双目视觉下显著特征点的空间共线性误差平方和作为误差函数,采用正交迭代方法解算目标位姿;最后给出位姿解算方法与传统三点解算的结果对比分析.该研究重点实现了非合作目标位姿测量与地面验证试验,对空间在轨操控技术具有重要指导意义.     

基于GPS与图像融合的智能车辆高精度定位算法

车辆自定位是实现智能车辆环境感知的核心问题之一.全球定位系统(Global Positioning System,GPS)定位误差通常在10 m左右,不能满足智能车辆的定位需求;惯性导航系统成本较高,不适于智能车辆的推广.本文在视觉地图基础上,提出一种基于GPS与图像融合的智能车辆定位算法.该算法以计算当前位置距离视觉地图中最近一个数据采集点的位姿为目标,首先运用GPS信息进行初定位,在视觉地图中选取若干采集点作为初步候选,其次运用Oriented FAST and Rotated BRIEF(ORB)全局特征进行特征匹配,得到一个候选定位结果,最后通过待检测图像中的局部特征点与候选定位结果中的三维局部特征点建立透视n点模型(Perspective-n-Point,Pn P),得到车辆当前的位姿,并以此对候选定位结果进行修正,得到最终定位结果.实验在长为5 km的路段中进行,并在不同天气及不同智能车辆平台测试.经验证,平均定位精度为11.6 cm,最大定位误差为37 cm,同时对不同天气具有较强鲁棒性.该算法满足了智能车定位需求,且大幅降低了高精度定位成本.     

智能电动车弯曲道路场景中的避障路径规划

为研究智能电动车在弯曲道路场景下进行避障规划的有效性, 提出了一种将笛卡尔坐标系转换为曲线坐标系的方法, 利用5次贝塞尔曲线对弯曲道路场景中的车道线进行逼近得到参考路径, 通过对参考路径进行弧长参数化, 以弧长为横坐标, 横向偏移为纵坐标的方法建立曲线坐标系, 根据车辆和子目标点在曲线坐标系中的位置关系, 采用3次多项式实时生成候选路径, 利用序列二次规划算法对候选路径进行优化; 为验证所提算法的有效性, 以某智能电动车为平台, 利用单目相机、64线激光雷达、工控机等设备搭建试验车, 通过Apollo平台对车辆在弯曲道路场景中的避障算法进行在线仿真, 在园区实车试验中对避障算法进行了GPS位置误差和航向角累计误差分析。研究结果表明: 在曲线坐标系中进行车辆弯曲道路场景下的避障路径规划, 能有效地描述规划路径曲率半径、车辆中心位置偏移车道线距离等信息, 容易确定自身车辆的可行驶区域、前方障碍物位置信息, 从而生成最优路径; 在园区场景的避障过程中, GPS位置误差发生在初始点、转弯点以及避障点, 最大误差为0.15 m, 航向角累计误差为12°, 突然增大的弯道位置误差主要由车辆姿态瞬时改变及障碍物匹配过程引起, 但是误差都能够很好地控制在一定范围之内, 利用曲线坐标系解决弯曲道路场景中的避障路径规划是可行的。      

基于单目视觉的轨道固定桩基准点测量方法

为了提高铁路线路固定桩基准点绝对坐标测量的效率, 提出了一种新的测量方法; 建立了无合作目标的单点测量模型, 采用单目相机采集激光靶标图像, 利用光饱和点重心法提取激光光斑中心; 研究了平面直线成像规律, 构造了基于正交直线的单应性矩阵求解方法, 并对图像进行透视畸变校正; 根据校正后的图像与靶标的几何相似关系, 计算了激光光斑与靶标的横、纵向偏差; 在室内环境下, 进行了靶标图片拍摄的正交试验, 计算与比较了横、纵向偏差。试验结果表明: 在激光光斑和靶标固定的条件下, 保持相机与靶标的距离不变, 改变相机角度拍摄图片, 经过透视变换校正后, 横、纵向偏差与期望偏差分别为0.082、0.254mm; 相机拍摄角度固定, 改变相机与靶标距离拍摄图片, 经过透视变换校正后, 横、纵向偏差与期望偏差分别为0.126、0.014mm; 在相机的角度、相机与靶标的距离都改变的情况下, 拍摄的图片经过透视变换校正后, 横、纵向偏差与期望偏差分别为0.329、0.064mm; 可见3组试验的横、纵向偏差与期望偏差的误差均小于0.5mm; 系统的水平距离测量误差范围为±1.52mm, 高程测量误差范围为±0.67mm, 根据轨道检查仪性能指标, 线路水平距离误差范围为±3.0mm, 高程误差范围为±2.5mm, 因此, 本文的测量方法精度满足轨道测量要求。水平距离测量误差完全由激光测距仪和倾角传感器决定, 而高程测量误差是由激光测距仪、倾角传感器与激光点和靶心的偏移量共同决定的。      

基于微分变换的柔性体小变形装配精度分析

在产品设计阶段进行装配精度分析时通常以刚体假设为前提,往往忽略外部载荷、温度变化等载荷因素的影响.在已存在制造误差、装配误差的情况下,载荷因素引起的零件变形会进一步影响装配精度.因此,本文提出了一种同时考虑制造、装配误差和零件变形的装配精度分析模型.该模型首先沿尺寸链将变形的公差特征离散化,在每个节点处建立并固结节点坐标系;然后提取节点的变形信息,对目标特征上的每个节点坐标系进行微分变换,实现误差与变形的综合;最后建立了线性化的综合误差分析模型.研究结果表明:模型不仅克服了传统误差分析模型以刚体假设为前提的局限,得到了零件的局部变形对装配精度的影响,还可极大地减少装配系统几何建模与力学分析的难度和工作量.     

运动视觉在移动机器人导航与定位中的应用

针对载有修磨设备的自动导引车要能精确地监测出其相对于随意放置的转轮位置,以便对水轮机转轮叶形进行修磨和对其修复后进行自动测量的研究,阐述了用运动视觉－基于特征点的方法来识别水轮机叶片和确定自动导引车体相对于水轮机叶片的位姿,据此可规划出最佳路径,最终由车载控制系统完成导航并确定定位修磨设备与转轮的相对位置。     

螺旋铣孔机器人末端执行器位置精度误差分析

基于Reis RV-16机器人,采用D-H法建立机器人连杆坐标系,推导出机器人连杆的运动学方程;采用函数微分法建立螺旋铣孔机器人关节变量对末端执行器位置精度影响的误差模型;采用AD-AMS软件建立螺旋铣孔机器人虚拟样机,通过运动学仿真验证了误差模型的准确性.该模型对评估螺旋铣孔机器人末端执行器位置误差,提高位置精度有积极的作用.     

DSA380型高速列车受电弓模态分析

试验搭建出受电弓模态测试系统,分析受电弓的空间结构,建立合适的坐标系,通过对受电弓正常工作高度时各构件的空间坐标进行实际测量,在LMS测试系统中建立线框模型.采用多点激励、多点响应的方法对受电弓进行锤击试验,通过粘贴在受电弓上不同位置的三向加速度传感器接受激励信号,经由LMS数据采集前端采集数据,再由LMS Test.Lab测试系统进行分析,运用PolyMax方法对得到的参数进行估计,进而得到受电弓的固有频率、模态振型、模态阻尼比等参数.从而为受电弓的结构优化设计与合理运用提供数据参考.     

损伤车体表面重建及喷枪位姿规划研究

汽车喷涂行业职业病高发,寻找一种可以针对不同车型、不同部位进行自动识别的车体喷漆系统替代喷涂工人是亟待解决的问题.考虑到实际工况和工厂经济要求,提出一种基于线扫描传感器的车体表面重建系统及喷枪位姿规划方法.首先,介绍了整个系统的组成、各部件之间的关系及作用;其次,介绍了该系统的点云数据获取方法及点云数据重建显示;最后,阐述了系统点云数据法向量获取方法并通过MATLAB进行了法向量的可视化展示.该系统能够准确找到目标车体表面点云的法向量,为喷枪工作阶段的运动姿态进行实时引导.     

损伤车体表面重建及喷枪位姿规划研究

汽车喷涂行业职业病高发,寻找一种可以针对不同车型、不同部位进行自动识别的车体喷漆系统替代喷涂工人是亟待解决的问题.考虑到实际工况和工厂经济要求,提出一种基于线扫描传感器的车体表面重建系统及喷枪位姿规划方法.首先,介绍了整个系统的组成、各部件之间的关系及作用;其次,介绍了该系统的点云数据获取方法及点云数据重建显示;最后,阐述了系统点云数据法向量获取方法并通过MATLAB进行了法向量的可视化展示.该系统能够准确找到目标车体表面点云的法向量,为喷枪工作阶段的运动姿态进行实时引导.     

基于自建导航与惯导的四旋翼飞行器室内导航

为实现四旋翼飞行器的室内导航,本文提出一种基于自建导航与惯性导航的组合导航系统。自建导航系统使用固定在飞行器质心处且彼此间夹角90°的三个激光束射向目标平面。飞行器利用下视相机捕捉光束点,并依据光束点相对于目标平面中参考点的位置及光束点彼此间的相对位置,获取位置和姿态信息。该导航系统具有低成本,易于实现,无需复杂图像处理算法的特点。实验共进行10组,参考点为室内地面的"十字"连接处。实验表明,飞行器在水平与高度方向的位置误差为±3cm,姿态误差为±0.5°。     

复杂地形条件下桩顶水平位移监测方法

结合长沙某地铁站施工监测工程实际,利用建筑物墙角等特征点作为基准点,观测目标.通过坐标系转换,建立垂直于基坑方向的监测坐标系.利用误差传播定律,确定其观测精度及其在工程实际中的可行性.     

基于深度学习特征提取的改进ORB-SLAM3算法

针对传统特征提取方法的特征单一化、鲁棒性差的问题,使用Geometric Correspondence Network v2网络提取特征点并生成二值描述子,代替ORB-SLAM3框架中原有的特征提取算法,并使用最近邻匹配算法和基于运动统计的快速鲁棒特征匹配过滤算法进行特征点匹配及误匹配剔除。测试结果表明：改进算法的绝对轨迹误差更小,位姿估计精度更高,能够有效提高跟踪的鲁棒性。     

基于六自由度平台的轨道扭曲不平顺几何信息模拟

为了获取轨道扭曲不平顺几何信息,根据扭曲不平顺变化特征及轨道扭曲不平顺模拟器结构,建立了轨道不平顺模拟器双六自由度模拟平台位姿反解模型和位姿关联模型.借助Simulink位姿反解模型对国内常用轨距与转向架常用轴距对应的3种扭曲不平顺位姿反解进行解算,解算结果与位姿正解具有很好的一致性,验证了所建位姿反解模型、位姿协调关联模型的正确性.以某型转向架为例,利用试验台进行了不同基长的扭曲不平顺室内试验,研究了扭曲不平顺基长对轮重减载率的影响.试验结果表明,扭曲不平顺基长越小,轮重减载率越大,基长2.4、5.0 m的最大轮重减载率分别为0.594和0.581,满足国家标准规定的安全限值.      

退化环境中全向移动机器人位姿鲁棒修正算法

全向移动机器人定位算法在退化环境中通常会产生较大的定位漂移或失效,为此提出一种鲁棒的全向移动机器人在退化环境中的位姿修正算法。首先,通过全向移动机器人的结构、动力学分析确定定位误差产生来源;其次,对机器人的各运动状态进行受力分析,结合机器人的运动环境和机器人的运动状态建立打滑误差模型;再次,通过预试验得到的位移与定位误差,运用非线性加权拟合方法计算得出加工装配误差模型;最后,在轮式里程计中插入误差补偿模块,提高机器人定位精度。试验表明：算法位置平均误差为1.36%,姿态平均误差为0.75%,较传统算法分别提高了3.14倍和5.15倍。算法在保证定位精度的前提下具有很强的鲁棒性。     

基于手机传感器数据的出行特征提取方法

手机调查方法的已有研究较多集中于基于手机信令数据的宏观出行特征获取,而手机传感器数据在个体出行链微观出行特征提取方面具有优势.针对城市居民多采用组合交通方式出行的特征,研发智能手机应用软件,实现GPS数据(位置坐标与速度)、加速度计、服务基站、WiFi等传感器数据采集.运用小波分析、神经网络等数据挖掘技术分析不同交通方式出行数据差异,探索多种数据挖掘算法用于个体出行参数提取的可行性及效果.结合实际案例,总结应用手机传感器数据进行出行特征精细化提取的难点和技术关键.最后,探讨精细化个体出行数据在交通模型和理论优化方面的应用.     

曲线轨道上重载货车悬挂相对位移的仿真计算方法及应用

为准确求解曲线轨道上重载货车悬挂的相对位移,首先,建立曲线轨道数学模型,推导出曲线外轨超高、顺坡角、侧滚角和中心角随线路长度的变化公式,再根据车辆各刚体部件进出曲线的时间和所处曲线位置差异,编程计算悬挂点刚体间的超高及转角差;其次,以刚体质心为坐标原点建立本体坐标系,分别给出悬挂点在两刚体本体坐标系中的坐标表达式,通过坐标变换法将本体坐标转换到同一坐标系下,计算悬挂点瞬态相对位移;最后,结合车辆曲线动力学仿真程序计算,即可求出车辆曲线通过时各悬挂点的动态相对位移.计算结果表明：车辆悬挂相对位移是车辆参数和曲线轨道参数综合作用的结果,当单独不计线路侧滚角差、顺坡角差、中心角差时,对应悬挂相对位移的最大偏差率可达42.85%、24.03%、71.42%;利用坐标变换结合动力学仿真计算的方法可全面考虑车辆和轨道参数,求解车辆悬挂相对位移更为准确.     

无牙颌患者与正常人颅颌结构头影测量的比较研究

目的　采用X线头影测量方法 ,研究无牙颌患者与正常牙合人间面部高度、下颌位置等有关测量数据的差异。方法　对无牙颌患者在H及H-2 位置时分别拍摄头颅定位侧位X线片 ,并将其颅面结构测量值均数分别与正常牙合人正中牙合位时颅面结构各测量参考标准值比较。结果　正常牙合人及无牙颌患者在不同垂直距离下 ,SNA及N ANS测量数值高度一致。无牙颌患者在H及H-2 位与正常牙合人正中牙合位颅面结构相关测量角度及线距间比较均无显著性差异 (P >0 .0 5 )。但代表下颌位置变化的值MP FH、SGn FH、GoGn SN、PP GoGn、ANB及NPg FH、SND、SNB ,无牙颌患者在H、H-2 位与正常牙合人比较 ,后者恰位于前两者之间。结论　上颌骨结构不随牙列缺损、牙列缺失及垂直距离的改变发生变化。无牙颌患者在H、H-2 位较正常牙合人在息止颌位、正中牙合位的垂直距离有减小的趋势     

克林贝格摆线锥齿轮建模及模态分析

根据克林贝格摆线锥齿轮的加工方法和铣齿原理,建立刀盘、摇台和轮坯相对位置和运动关系的坐标系,推导摆线锥齿轮的切齿方程,结合齿轮啮合方程及齿轮齿面旋转投影得到在平面内相关齿面上点的关系,运用数值分析法得到齿面离散点坐标,运用NURBS进行曲面逼近得到曲齿面,封闭生成单个实体轮齿,建立摆线锥齿轮三维模型.应用有限元分析方法,进行摆线锥齿轮自由模态分析,得到大齿轮和小齿轮的低阶固有频率及主振型,计算各个齿轮的临界转速.分析计算结果为齿轮结构设计及优化提供了一定的参考依据.