基于机器视觉的高精度螺孔定位方法研究

针对手工安装工件、劳动强度大以及效率低等问题,提出了一种基于机器视觉的螺孔定位检测方法.利用CCD摄像机实时采集局部待定位物图像,并对图像进行处理,提取螺孔坐标,然后通过物理坐标关系得到拍摄范围外的螺孔的坐标,最后经过eye-hand手眼标定转换到机器人坐标系下的坐标.该方法解决了受外界条件限制,对目标测量的过程不能一步完成的问题-实现了较大物件的自动、快速、准确定位功能.     

激光跟踪仪与机器人坐标系转换方法研究

为了快速准确求解激光跟踪仪与机器人坐标系转换参数,提出了一种基于工具标定与公共点转换相结合的坐标转换方法。首先,将靶球固定在机器人末端工具上,控制机器人示教6个不同位置,并同时用激光跟踪仪测量球心坐标;然后,采用基于距离约束的方法计算靶球在机器人基坐标系中的位置;最后,采用基于罗德里格矩阵的最小二乘迭代法进行坐标转换。试验表明:该方法操作简单,能够避免拟合误差的影响,提高坐标转换精度。     

应用单张像片解析法实现测绘图像实时定位

 针对某大地测绘系统,根据空中探测器实际位置和姿态确定测绘图像的 6个外方位元素,结合摄像机的 3个内方位元素和选中点在图像上的位置,应用单张像片解析法,可以求得图像上任意点的地面坐标,最后经过变换给出该点的经纬度,解决了测绘图像实时定位问题。     

极坐标系下泊松方程的拟谱方法

极坐标系下的泊松方程,由于坐标原点的奇异性,给谱方法的实施带来了很大的困难。本文提出了一种新的拟谱方法,在径向上求解区域为[-1,1],采用标准的Gauss-Lobatto配置点;而在角方向上配置点均匀分布在[0,π]内。通过对配置点及空间导数矩阵的处理,成功解决了坐标奇异问题。同时也避免了配置点在原点附近的集中,极大改善了矩阵条件数,减小了舍入误差,从而提高了解的精度。数值实验表明,该方法具有很高的精度。     

面向目标航迹融合的坐标变换运用技术

测量数据在大区域内投影变换不可避免地会引入偏差,如果不纠正这种误差,会影响航迹滤波和状态融合后目标位置、航向、航速的统计精度。文章提出以CGCS2000坐标系为基础的坐标变换运用方法,包括融合计算公共坐标系原点选择方法、目标状态误差协方差矩阵旋转模型。仿真分析结果表明,该方法在保持计算量不变的情况下,能够克服大区域情况下坐标投影给海上情报处理系统带来的正北指向误差和距离变形误差,提高航迹融合正确率和估计精度。     

基于视觉信息的无人机自主着陆过程姿态角简化计算方法

研究了一种基于地平面算法的无人机着陆过程中姿态角估算的改进方法。通过地面坐标系到摄像机坐标系的转换矩阵、机体坐标系到摄像机坐标系的变换矩阵、机体坐标系到地面坐标系的变换矩阵求解,确定无人机的姿态信息;利用无人机着陆过程中跑道的图像地平线和跑道数据等特征提取,在获取摄像机姿态角的基础上,计算无人机的滚转角和俯仰角,用跑道特征来估算无人机偏航角;通过矩阵变换解算出无人机的姿态角,并通过仿真进行了实验验证。该方法对摄像机的安装位置没有特殊的要求,解除了传统方法对摄像机安装位置的限制,简化了无人机姿态信息的求解方法。     

摄像机标定研究

目前,摄像机标定是计算机视觉领域中的研究热点之一,其目的是通过摄像机拍摄的单幅或多幅图像来确定摄像机的参数模型,进而获得摄像机的各项参数,在机器人导航、三维重建、生物医疗、虚拟现实、视觉监控、视觉伺服等领域均有广泛的应用前景。本文综述了传统标定方法,自标定方法和基于主动视觉的标定方法的研究现状,对其优缺点作出评价并指出发展方向。     

双转台五轴数控加工空间孔的坐标偏置算法建模

根据空间几何理论建立了双转台五轴数控加工空间孔的中心坐标偏置算法模型,利用该模型可以计算出要加工的空间孔随着工作台旋转和摆动后孔口中心在参考坐标系下的坐标,然后利用数控系统的基准偏置功能将参考坐标系的原点偏置到该点,从而可以建立易于空间孔编程的、新的参考坐标系。     

无人机自动着陆中的机器视觉辅助技术

设计了一套辅助无人机自动着陆的机器视觉系统。该系统由机载硬件设备和用户开发软件共同组成,用以完成数字图像处理任务和无人机运动参数估计任务。系统传感器包括一个单目摄像机和机载惯性陀螺;数字图像处理使用的主要算法有图像的轮廓提取、角点检测和模版匹配。基于角点处各个方向上灰度差变化较大的特征,依据最小核值相似(SUSAN)算法和角点几何结构分析,提出一种改进的角点特征提取算法;根据任务开发的位置参数估计算法依据摄像机透视投影理论,运用摄像机成像标定方法导出了一种高精度的位置测量模型。通过计算机仿真表明,所提出的计算机视觉位置参数估计算法可以达到无人机着陆过程的精度要求。     

涡轮叶片温度场插值的坐标变换法

研究了利用坐标变换求涡轮叶片温度场的插值方法。选择等叶高面间的叶片体为研究对象,利用20个节点包络此叶片体,在物理坐标与虚拟坐标之间建立坐标变换函数,确立物理坐标节点与虚拟坐标节点的映射关系,通过坐标变换把形状复杂的叶片体变换为规则的正方体,在虚拟坐标系中、规则的正方体上插值求得涡轮叶片体任意点的温度值。通过算例验证了该方法的可行性和正确性。     

空间飞行器的姿态识别

研究不变矢量在固联和轨道坐标系下的表达,得出了一个坐标系在另一个坐标系中旋转的变换矩阵。并且通过2个不变矢量在不同坐标系中的表达,识别了飞行器在空间绕质心旋转运动的3个欧拉旋转角。此方法已应用于工程实际。     

基于四元数的单目视觉物体位姿测量方法

对基于点特征的单目视觉定位算法进行了研究,设计了一种5点平面靶标,在五个特征点的基础上提出了一种基于四元数的单摄像机位姿测量方法。建立了四元数空间变换矩阵,然后再根据特征点在世界坐标系下的坐标值以及特征点在CCD成像面上的坐标值,在空间投射的基础上利用最小二乘法求解出靶标的四元数空间变换矩阵,从而求得靶标的空间位姿。通过实验对该单目视觉定位方法进行验证,实验结果表明：测量模型平移定位精度达到了,旋转定位精度达到了。     

Geometric Approach in Solving Inverse Kinematics of PUMA Robots

A geometric approach for deriving a consistent joint solution of a six-point PUMA1 robot is presented. The approach calls for the definition of various possible arm configurations based on the link coordinate systems and human arm geometry. These arm configurations are then expressed in an exact mathematical way to allow the construction of arm configuration indicators and their corresponding decision equations. The arm configuration indicators are prespecified by a user for finding the joint solution. These indicators enable one to find a solution from the possible four solutions for the first three joints, a solution from the possible two solutions for the last three joints. The solution is calculated in two stages. First a position vector pointing from the shoulder to the wrist is derived. This is used to derive the solution of the first three joints by looking at the projection of the position vector onto the xi-1-yi-1(i = 1,2,3) plane. The last three joints are solved using the calculated joint solution from the first three joints, the orientation matrices, and the projection of the link coordinate frames onto the xi-1-yi-1 (i = 4,5,6) plane. From the geometry, one can easily find the arm solution consistently. A computer simulation study conducted on a VAX-11/780 computer demonstrated the validity of the arm solution.     

一种适用于曲面结构的机器人制孔误差在线补偿技术

针对工业机器人应用于飞机零部件自动钻孔时各项误差累积造成制孔精度差的问题，提出一种利用单应关系计算机器人驱动坐标三维偏差，以在线补偿机器人制孔精度的方法。首先利用外部测量设备建立机器人制孔系统中各坐标系关系；在标定阶段，通过以一定倾斜角度固联于机器人末端的相机拍摄一幅安装于制孔工作平面上与刀轴正对的平面标定板图像，并据此完成基于单应变换的手-眼关系标定；在实际制孔过程中，机器人在测距传感器及相机的辅助下，从基准孔理论坐标对应的姿态，不断调整至基准孔正上方理想位置，通过手-眼关系计算基准孔实际位置对应的机器人驱动坐标，然后根据一组基准孔的机器人三维驱动误差，计算三维驱动误差变换矩阵，据此获得这组基准孔邻域范围内各待钻孔的机器人驱动坐标补偿量，从而实现待钻孔定位误差补偿。以飞机结构实验件为对象进行了模拟制孔验证，实验结果表明，补偿前待钻孔三维综合定位误差和法向误差测量值范围分别为2.28~2.85 mm和2.09°~3.93°，平均为2.55 mm和3.30°，补偿后制孔最大误差分别不超过0.30 mm和0.21°，满足自动制孔位置精度要求。     

基于视觉六自由度分拣机器人 视觉图像坐标变换的研究

针对机器人定位分拣问题,研发了一种基于视觉的六自由度分拣机器人系统,深入研究了视觉图像坐标引入到机器人控制系统后的坐标变换,并对机器人的分拣动作进行规划,实际运行结果表明,该系统可以实现机器人的定位分拣问题,并且可靠性高,在分拣搬运领域具有较高的应用价值.     

飞机油箱检查机器人的仿生结构及运动学研究

针对民航飞机油箱等内部结构复杂且充满危险气体的环境需要进行三维检查的问题,研究设计了基于仿生学的机器人结构.该机器人具有多个柔性的连续型关节,采用线驱动方式控制关节的弯曲及旋转.对具有柔性特征的连续型单关节采用投影曲率法和虚坐标变换法建立了驱动绳长变化量、关节角变量和关节末端位姿三者之间的映射关系.在分析单关节运动学基础上推导出了多关节之间解耦运动学方程.对机器人进行了三维建模,采用仿真实验验证了在油箱内的空间可达性.通过实验样机实验,进一步验证了机器人的空间运动能力和所提出的运动学方法的正确性.     

基于单数码相机自由拍摄的空间点定位

 提出并实现了一种空间点定位方法。该方法仅用一台数码相机围绕目标进行多角度自由拍摄获得多帧图像，采用一套具有身份唯一性的标记点实现多图像间点的稳定匹配；在此基础上根据多视图几何约束，精确计算各次拍摄时的相机姿态和位置；进而求解目标点的三维位置信息，并对结果进行优化。实验表明空间点定位的相对误差优于0.03%。该方法所用设备十分简单，操作方式非常灵活，适用于大型物体多视角测量的拼合、某些情况下的装配检查等，也可直接用于较规则构型物体的三维数据获取与CAD模型重建。     

基于高速相机阵列的起飞着陆段航迹测量技术

针对基于GPS的飞机起降性能测试关键段轨迹细节信息描述不清晰、测量精度低的问题,提出一种利用高速相机阵列对飞机的起飞着陆运动过程进行接力拍摄,通过对各站点高速相机拍摄到的图像序列进行分析处理,得到飞机上标志点在图像坐标系中的坐标,利用近景数字摄影测量中三维直接线性变换(DLT)等算法,解算出飞机的位置及速度数据的方法.介绍了该方法涉及的数学模型及其推导过程,并利用坐标观测量数据进行解算,试验证明了该方法有效.     

A new method of single celestial-body sun positioning based on theory of mechanisms

Considering defects of current single celestial-body positioning methods such as discon-tinuity and long period, a new sun positioning algorithm is herein put forward. Instead of tradi-tional astronomical spherical trigonometry and celestial coordinate system, the proposed new positioning algorithm is built by theory of mechanisms. Based on previously derived solar vector equations (from a C1R2P2 series mechanism), a further global positioning method is developed by inverse kinematics. The longitude and latitude coordinates expressed by Greenwich mean time (GMT) and solar vector in local coordinate system are formulated. Meanwhile, elimination method of multiple solutions, errors of longitude and latitude calculation are given. In addition, this algo-rithm has been integrated successfully into a mobile phone application to visualize sun positioning process. Results of theoretical verification and smart phone’s test demonstrate the validity of pre-sented coordinate’s expressions. Precision is shown as equivalent to current works and is acceptable to civil aviation requirement. This new method solves long-period problem in sun sight running fix-ing and improves applicability of sun positioning. Its methodology can inspire development of new sun positioning device. It would be more applicable to be combined with inertial navigation systems for overcoming discontinuity of celestial navigation systems and accumulative errors of inertial nav-igation systems.