基于抗差估计的工业机器人运动学参数标定

为了提高工业机器人标定过程中参数辨识的鲁棒性,提出了一种基于抗差估计的运动学参数标定方法。首先基于D-H模型建立了末端位姿误差模型,同时分析了等价权函数,然后利用激光跟踪仪测量机器人基坐标系和末端位姿,最后结合IGG3权因子函数利用抗差最小二乘法辨识了运动学参数。实验表明,机器人绝对定位的RMS误差由补偿前的0.87mm降低到补偿后的0.21mm,相较于传统的最小二乘辨识算法,此标定方法拟合精度更高且鲁棒性更强。     

智能移动三坐标辅助定位的自适应控制方法

飞机部件的外形测量与误差评估是提升飞机装配质量的关键。针对测量工作要求高精度、高效率和无需专用工装的情况，同时针对被测对象外形尺寸大、各部位测量规范不同等难点，提出一种基于激光跟踪仪的智能移动三坐标辅助定位自适应控制技术。该技术以激光跟踪仪作为测量工具，以直角三坐标伺服机构作为靶标的辅助定位 装置，通过对直角三坐标伺服机构及导航小车进行任务规划与优化；同时激光跟踪仪实时反馈靶标目标位置，从而以最优路径的方式实现对测量机构多站位自主移动的全闭环自适应控制，提高了靶标的定位精度及测量效率。本文在线对测量数据进行了快速处理，得出了误差分布图，并精确地反映了测量点位的误差。实验结果表明：该方法可实现大尺寸部件的高精度快速测量，满足飞机大部件的测量要求。     

大型天线装配测量与实时反馈调整技术

针对大型天线在装配过程中共轴铰链空间位置难以准确定位和测量、传统测量方法容易受到天线杆件的干涉影响测量精度等问题，通过搭建大型天线装配测量与实时反馈调整系统，采用数字摄影测量技术对天线的面板、铰链和杆件的装配精度进行了测量，并将测量结果实时反馈给六自由度自动执行机构调整共轴铰链的空间位置，实现大型天线的柔性化、自动化和精准化装配。试验结果表明数字摄影测量相机的精度与激光跟踪仪的精度偏差不大于0.01 mm；六自由度自动执行机构对共轴铰链的位姿调整位移精度优于0.02 mm，角度精度优于0.01°，能够满足大型天线的装配和测量要求，该方法可以提高大型天线装配效率和自动化技术水平，为尺寸更大和结构更复杂的天线集成装配奠定技术基础。     

飞机部件调姿测量点激光检测可视化定位程序设计

为了使用激光跟踪仪进行飞机机身段数字化自动高精度测量,必须将激光引向目标点,而传统的引光方法都存在各种不便和缺陷。本文将机器视觉技术运用于激光引光,利用CMOS工业摄像头,基于OpenCV开发了一套激光自动跟踪目标点的程序。首先利用专门的图像采集开发包采集图像;然后根据激光光斑的特征,提出了相应的光斑检测与分割方法,并提取出光斑的质心坐标;最后通过对每一帧图像的迭代操作,使激光不断向目标点靠近,完成对目标的实时跟踪。除此之外,为了实验的方便和节约成本,设计了一套模拟激光跟踪仪的激光发生实验台,用以在实验室内进行模拟操作。本文设计的程序实现了自动化引光,不仅解决了引光的不便,而且提高了整个飞机机身段数字化自动高精度测量系统的自动化程度和精度。     

基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统

当无人机机动飞行时,采用加速度计校正陀螺误差的测姿系统不能有效地修正陀螺漂移问题,为此提出了基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统.引入GPS速度信息、捷联加速度信息和角速率信息建立了基于欧拉角描述的融合测姿系统模型,采用强跟踪滤波器对姿态进行融合估计,有效地估计出陀螺的漂移误差,从而得到无人机准确可靠的姿态测量,同时可以修正无人机的运动速度.通过建立飞行仿真模型,在给定的飞行航迹段对所提出的多传感器姿态测量系统进行了仿真研究,结果表明:测姿系统能够有效地减小模型误差的影响,估计出陀螺的漂移误差,得到更加准确的姿态测量.     

基于单目视觉的室内微型飞行器位姿估计与环境构建

针对微型飞行器(Micro air vehicle,MAV)在室内飞行过程中无法获得GPS信号,而微型惯性单元(Inertial measurement unit,IMU)的陀螺仪和加速度计随机漂移误差较大,提出一种利用单目视觉估计微型飞行器位姿并构建室内环境的方法。在机载单目摄像机拍摄的序列图像中引入一种基于生物视觉的方法获得匹配特征点,并由五点算法获得帧间摄像机运动参数和特征点位置参数的初始解;利用平面关系将特征点的位置信息由三维降低到二维,给出一种局部优化方法求解摄像机运动参数和特征点位置参数的最大似然估计,提高位姿估计和环境构建的精度。最后通过扩展卡尔曼滤波方法融合IMU传感器和单目视觉测量信息解算出微型飞行器的位姿。实验结果表明,该方法能够实时可靠地估计微型飞行器的位置和姿态,构建的环境信息满足导航需求,适用于微型飞行器室内环境中的导航控制。     

5自由度机器人手臂模糊自适应控制

为了在一定的跟踪精度范围内且存在不确定性因素的情况下控制机器人跟踪设定的轨迹,给出了一种基于控制器输出误差法的自适应模糊控制法来控制机器人手臂.采用梯度下降法调节部分或全部参数以减小输出误差.该方法被应用于5自由度机器人控制系统中,仿真结果显示模糊逻辑控制器参数得到了实时调整,该方法有效.     

增强现实中的直线边缘对象位姿跟踪

改进了增强现实中跟踪直线边缘对象位姿的方法.首先用扩展卡尔曼滤波器预测对象位姿并限制隐式边缘搜索的区域;然后利用M估计子与权重直线拟合得到图像中直线边缘的方程系数;最后利用平面的标准正交基构建关于对象位姿的目标函数,并用奇异值分解法加以求解.实验表明本文位姿跟踪方法的旋转角最大的平均偏差为0.29°,绝对偏差为1.90°,跟踪速度大约为10帧/s,综合性能明显优于基于LM的跟踪算法.     

基于可重构柔性工装的机身框定位/支撑布局优化

可重构柔性工装使用柔性定位器实现装配件的定位/支撑,具有可重构和柔性的特点。使用可重构柔性工装进行机身立式装配时,存在的柔性形变产生柔性定位误差,影响装配精度。本文着眼于提高装配精度,针对立式装配中可重构柔性工装的柔性定位误差的控制策略展开研究。首先,根据工装的结构特点与定位/支撑原理,分析误差流,追溯误差来源。其次,通过优化框件的定位/支撑布局减小柔性定位误差的影响。考虑到优化中装配件的工艺特征产生的约束条件,针对定位/支撑点的可行设计域建立约束数学模型,设计修补算法和改进的优化算法。最后,使用MATLAB运行优化算法并调用基于APDL语言开发的参数化模型进行仿真计算,完成定位/支撑布局的约束优化。优化结果表明,得到的最优布局可以提高装配精度,改进的优化算法具备有效性,通过优化定位/支撑布局控制定位误差的策略具备可行性。     

INVERSE KINEMATICS FOR A 6 DOF MANIPULATOR BASED ON NEURAL NETWORK

运用神经网络求解机器人运动学位姿逆解，突破了文献局限于研究位置逆解的状况，首次实现自组织神经网络求解机器人姿态逆解。通过深入分析基于Ｋｏｈｏｎｅｎ网络原理和Ｖｉｄｒｏｗ－Ｈｏｆ误差修正的Ｍ．Ｒ．Ｓ．自组织神经网络及机器人运动学特性，创新了自组织神经网络训练算法并建立了一类工业机器人位姿逆解的神经网络方法。对ＰＵＭＡ５６０机器人的计算机仿真结果表明，本算法在自组织能力和定位控制精度方面大幅度提高。     

基于面积律自动判别的飞机机身外形修形方法

为提高超声速飞机方案修形效率，研究了依据飞机截面积分布曲线分析结果进行飞机截面精细化修形的方法。提出了基于面积律自动判别的截面积曲线分析法，能够依据面积律准则快速对可能增大激波阻力的站位进行自动判别和定位。在此基础上建立了飞机机身几何外形快速辅助修形方法，实现了对超声速飞机方案的待修形位置自动快速分析与定位，并根据截面位置部件分析和截面积曲线变化分析，提供针对截面积的量化调整建议。对一种超声速轰炸机方案进行机身几何外形修形的算例表明，本文提出的方法能够快速识别和定位截面积曲线上拐点、阶跃点、极值点及尖角点等增大激波阻力的位置，根据修形方法调整后的方案阻力系数下降了1.5%，验证了方法的有效性。     

A Position and Orientation Compensation Mechanism for Automatic Docking Device of Launch Rocket

A position and orientation compensation mechanism for the automatic docking device of a launch rocketwas established.The docking process was simulated,and the maximum docking deviation was used for the prototype testing of the compensation mechanism.The compensation mechanism mainly comprises four column pairmotion branch chains with the same structure.When the position of the ground connector panel changes relative to the moving platform,the sliding rods in the four motion branch chains move and rotate to either compress or stretch the connected spring,thereby compensating the position and orientation.First,the dynamic simulation model of the compensation mechanism was established.The docking process was then simulated under the maximum docking deviation.Bench testing of the automatic docking device prototype was carried out.Afterwards,the device was manufactured,and a maximum load test and maximum deviation test were carried out.The results demonstrate that the compensation mechanism meets the design requirements,and the spring stiffness was found as the most important factor in determining the mechanical properties of the system.The proposed compensation mechanism has a number of advantages,including a simple structure,large load bearing capacity,small size,simple installation,and adjustment.     

面向货物运输的移动平台设计与无人直升机追踪控制

由于无人直升机具有垂直起降、机动性好的特点，使其可用于移动平台之间的货物运输，因此，提出了无人 直升机跟踪移动平台的货物运输方法。设计了一套用于无人直升机追踪实验的动平台，动平台上可放置物品，无人直升机在追踪动平台过程中同时完成物品的拾起和码放。动平台系统由移动小车平台、运动控制器、引导装置以及地面监视软件等组成，采用MEMS-SINS/GPS组合导航系统作为引导装置的核心部件，完成对移动小车平台的位置和速度估计。提出了由单点GPS测量点提供多个目标点位置的方法，可使无人直升机方便快捷地知道需要拾起和码放物品的目标点。设计开发了一套操作简便、显示友好的地面监控软件，辅助移动平台正常运行，能有效监控引导装置与无人直升机的通信。     

齿轮齿端曲面倒角加工刀具设计与仿真

齿轮齿端曲面倒角加工面临的两个主要难题:(1)成形刀具的设计困难,刀具参数靠试凑法确定;(2)加工过程中刀具的位姿调整费时费力。文中分析了成形刀具的几何结构和倒角加工过程的特点,建立了倒角加工过程的几何模型和刀具刀刃回转面的几何模型,推导出刀具几何参数与加工过程中刀具位姿参数的关系表达式,为刀具设计和位姿调整提供了理论基础。在P ro/E环境下,应用P ro/TOOLK IT开发工具,开发了刀具参数计算及加工仿真系统,为刀具的设计及倒角加工机床的调整提供了软件工具支持。     

基于自由涡尾迹法和面元法全耦合风力机气动特性计算

风力机气动特性主要由叶片贡献,但是处在流场下游的机身(包括机舱和塔架)对其也会产生影响。基于自由涡尾迹方法与面元法,得到了一个较为完备的风力机叶片与机身气动干扰的迭代计算方法。在该方法中,叶片用位于1/4弦线的一根升力涡线代替,结合叶片尾缘拖出的涡线建立自由涡尾迹模型,机身绕流模拟采用了一阶面元方法,将自由涡尾迹方法和面元法耦合模拟风力机主要气动特性。最后用该分析方法计算了NREL phaseVI风力机的气动特性,与实验结果进行比较和分析,验证了全耦合模型的有效性。     

大柔性飞机起落架缓冲器参数设计

为解决现行飞机起落架缓冲器设计不考虑机体柔性存在的问题,以大柔性飞机支柱型起落架油气式缓冲器为例,采用三质量块飞机着陆模型和功量预估分配法选择缓冲器参数,并对其进行着陆响应动力学分析。研究结果表明,机体一阶模态频率和起落架与机体连接点位置是影响机体储存着陆功量的两个主要因素:机体一阶模态频率小于2 H z时,机体储存的着陆功量预估公式计算误差小于5%;机体储存能量的耗散效率较低。     

旋翼／机身耦合系统的固有特性研究

直升机的旋翼与机身在桨毂处是机械耦合的，用旋翼阻抗和机身阻抗在桨毂处匹配的方法分析旋翼／机身耦合系统的固有特性。旋翼阻抗由旋翼在固定坐标系中的运动方程得到，这个运动方程由旋翼旋转坐标系中的桨叶模态方程导出，机身阻抗可由此可见 身的有限元分析计算或振动试验获得，还设计与加工了一个旋翼／梁耦合模型，对此模型进行了试验研究，试验结果和计算结果比较表明，分析旋翼／机身耦合系统固有特性的方法是可行的，且具有较高的精度。     

微机控制大功率高精度直流电动机无级调速系统

NH-2大型双试验段低速风洞的动力系统为采用微机控制的大功率高精度直流电动机无级调速系统。 该系统应用转速和速压的模拟量闭环反馈及微机速压数字量反馈的特殊调节方法——给定值补偿调节法,解决了大延时速压参数的高精度控制问题,在国内风洞中处领先地位。 系统的技术数据如下: 控制电机功率 1000千瓦 风速范围 4—88米/秒 追压控制精度 优于0.2％ 节省能耗 20％以上 本文介绍微机控制直流电动机原理,主要程序流程图,以及提高速压控制精度的措施。     

基于LabVIEW的电控旋翼测控系统设计

以电控旋翼综合试验台为研究对象,基于LabVIEW设计开发了一套电控旋翼测控系统。采用自顶向下的设计方法,将各个需要实现的功能模块化,供顶层统一调用。该测控系统整合了测控系统中各个硬件功能,有效实现了系统运行状态反馈、设备控制、控制参数在线发送、数据实时采集与储存、以及旋翼状态监视系统自动保护等功能。试验实测表明:所开发的电控旋翼测控系统能够实现所需的各项功能并满足性能要求。     

直升机机身对旋翼气动干扰的计算

建立了一个全耦合的机身对旋翼气动干扰的迭代计算方法。在该方法中，使用自由涡系模型代表旋翼对干扰流场的影响，使用三维面元模型替代机身的作用，并采用了一个基于“分析数值解匹配”方法的贴近涡／面干扰模型以改进机身引起尾迹畸变的计算。应用该分析方法，以Maryland大学4片桨叶的模型旋翼和机身为算例，计算了悬停和前飞状态机身对旋翼的气动干扰影响。计算结果表明，机身对旋翼气动干扰在悬停和前飞时是不同的，且从悬停至前飞，机身对旋翼平面某方位的诱导速度存在一个从上洗至下洗的过渡。