机器人在轨装配无标定视觉伺服对准方法

针对在轨装配过程中机器人"手眼"关系无法进行有效标定及机器人系统和被操作物惯性参数不定的情况,在传统的无标定视觉伺服基础上设计了深度估计器,基于机器人和图像运动的测量数据在线估计目标特征的深度值,并在机器人关节控制环中设计滑模控制器实时控制机器人关节运动,根据反馈图像信息纠正系统误差完成对准跟踪,通过仿真验证了方法的有效性。所提的无标定视觉伺服对准方法使机器人在装配过程中免去了复杂的"手眼"关系的标定程序,克服了机器人系统及被操作物惯性参数不确定性给装配精度造成的影响,提高了"手眼协调"的鲁棒性,保证机器人能够在复杂的太空环境下完成在轨装配任务。     

面向飞机自动化装配的工业机器人标定技术

将工业机器人用于飞机的自动化装配有着很高的定位精度要求,对六自由度KUKA机器人的定位精度补偿方法进行了研究,该方法通过建立机器人运动学误差模型,以Levenberg-Marquardt阻尼迭代最小二乘法求出适合机器人标定空间的各参数误差最优值并以Kuka机器人为实验平台进行试验验证。经过补偿后,标定空间内机器人的绝对定位精度得到极大改善,可以满足飞机自动化装配的精度要求。     

基于遗传算法的机器人负载重力补偿优化算法研究

航空航天装配领域,利用安装在机器人末端的六维力传感器来感知外力是实现工业机器人柔顺装配的关键技术之一,而负载的存在会干扰对外力的感知。针对工业机器人末端负载的重力补偿,提出一种基于遗传算法的重力补偿优化算法。此方法以误差平方和最小为目标建立了最优解模型,利用遗传算法求解,最终可以在不使用测量仪器的情况下,估计力传感器安装偏角,提高重力补偿精度。同时设计了特定的机器人测量姿态来减少系统误差。试验表明,优化算法可以补偿任意角度的力传感器安装偏角,与补偿前相比,各方向最大重力补偿误差及平均重力补偿误差都有所减小。     

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。     

基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法

为准确测量工业机器人在飞机装配中的真实装配受力,提出了一种基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法。借助激光跟踪仪等外部测量设备,建立了机器人系统的全局运动学模型,实现机器人末端位姿的精准获取。利用卡尔曼滤波处理力传感器信号,以获取更加准确平稳的外部力信息。基于最小二乘法建立了末端负载重力分量与位姿的映射关系,其中,考虑了力传感器的零点偏移与机器人安装偏差带来的影响。最后开展了机器人负载重力在线补偿试验,试验结果表明,该方法具有良好的效果。     

基于双目视觉测量系统的孔位补偿研究

由于加工装配误差等原因,飞机壁板工件的数学模型和实际模型往往不一致。为解决不一致导致的制孔位置精度差的问题,提出了一种基于双目测量系统的孔位补偿方案。为了能够更好地设计满足制孔需要的视觉测量系统,分析了机器人自动化制孔系统的工作流程。然后介绍了视觉测量系统组成和工作流程,最后分别对视觉测量系统的基准孔三维坐标提取、孔位误差补偿、数据库读写3个重要功能的技术进行了详细的介绍。通过该双目视觉测量系统的孔位补偿方法,可以获取基准孔的三维坐标,对孔位误差进行补偿,补偿信息写入数据库,提高机器人自动化制孔系统的制孔位置精度。     

智能机床的误差补偿技术

误差补偿技术是智能机床精度提高与保持的关键技术之一.分析了国内外机床误差补偿技术研究现状,提出智能机床误差补偿技术总框架;总结了智能机床误差源、误差元素、几何与热误差的误差元素模型及建模方法,以及典型的误差补偿方法;研究了力误差补偿技术、基于零件在线测量的误差综合补偿技术;最后,对未来智能机床误差补偿技术的发展重点进行展望.     

面向大型卫星的可移动混联机器人加工技术

大型卫星结构件加工过程中面临多次吊装和转移风险,针对“卫星不动,工具移动”制造方法定位误差大的问题,提出一种可移动混联机器人加工大尺寸结构件的新方法。基于全向移动平台与机器人视觉引导相结合的粗-精定位策略,采用初步定位和精确定位的“两步定位法”提高移动式混联机器人加工的定位精度。构建可移动混联机器人加工系统,并在大型卫星结构件上开展铣削验证实验。实验结果表明：移动式混联机器人提高了卫星舱体功能面的加工精度,1 600 mm×800 mm范围内4个压紧点的加工平面度达到0.08 mm,共面度达到0.2 mm,距离公差为0.6 mm。混联机器人的高刚度特性为实现卫星舱体高精、高效的原位加工提供了可行性。     

基于MEMS器件的弹载小型惯性测量设计与标定实验

针对弹载惯性测量装置小体积、低功耗的应用需求,研制了基于16488的弹载惯性测量装置,应用六位置正反转方法在三轴速率转台上对测量装置进行模型误差系数标定。实验结果表明,应用标定后的模型误差系数对原始输出数据进行补偿后,姿态测量精度得到大幅提高,能满足弹载姿态测量精度需求。     

一种改进点线特征融合的双目视觉惯性定位算法

在复杂产品装配过程中,对增强现实设备定位是实现虚拟引导信息与装配现场实时融合的核心。传统基于标签或预先构建离线装配基体模型的定位方式,存在装配任务与视觉定位兼容性低,单一视觉定位鲁棒性和稳定性差的问题。利用多传感器融合的视觉惯性导航方式进行定位,可提高定位的精度和鲁棒性,有效提高复杂产品装配质量和效率。本文提出了一种基于点线特征融合的双目视觉惯性定位算法,对双目相机和惯性测量单元（Inertial measurement unit,IMU）进行联合标定,并通过ORB和LSD线端融合的点线特征提取匹配,采取视觉和IMU紧耦合的方式,建立基于点线特征的视觉惯性融合的位姿误差融合模型。对比VINS-Fusion、PL-VIO和本文改进IPLVIO算法,结果表明IPL-VIO算法在结构化场景下的绝对位移和旋转误差比原算法误差更小,同时结构化场景信息更加丰富,能够应用在弱纹理的AR装配现场中,为增强现实辅助装配平台提供稳定可靠的位姿数据。     

基于环境建模与修正的视觉/力觉辅助遥操作系统

为增强空间遥操作系统的力交互性,提出了一种基于视觉/力觉辅助的空间遥操作系统。结合虚拟现实技术,借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈和虚拟力觉反馈的空间遥操作实验平台。使用KINECT相机采集3D点云数据,采用滑动最小二乘法(SLSM)在线识别未知环境中的模型参数并更新本地虚拟环境。通过虚拟预测环境产生实时的视觉、力觉反馈。基于人工势场的共享控制方法,产生引力或斥力信号来增强操作者控制远端机器人的避障及接近操作目标的能力。该方法在7自由度Schunk机械臂上得到了实现,实验表明此方法能够克服2 s时延影响并显著提高操作效率。     

基于工业机器人的复杂曲面件保压侧移控制方法

在保压力加载过程中,复杂曲面件在侧向力的作用下产生位姿侧移。为了保证复杂曲面件的位置精度,构建复杂曲面件保压控制系统,借助激光位移传感器和T-Mac激光跟踪系统,测量复杂曲面件的位置并在线补偿误差。通过3个位移传感器测量实际加载点的法矢方向,利用夹角逼近算法搜索获得实际点位,对比理论点位,得到复杂曲面件与机器人的相对位置。根据T-Mac实时反馈机器人的位置,解算获得复杂曲面件的绝对位置,并调整机器人末端实现复杂曲面件的位置修正。试验结果表明,经第3次在线补偿后,复杂曲面件位置精度达到0.1mm,相比原始误差提升了90%。     

移相干涉中移相误差测量与补偿

移相干涉测量中对移相器的移相误差进行测量与补偿是提高该测量方法准确度的有效手段。通过研究移相干涉移相误差对测量结果的影响,提出了测量移相器工作时位移与角度变化的方法,建立了相应的实验测量装置,实现了移相器的位移及角度变化的测量。根据移相器中位移与角度的数学关系完成了移相误差的补偿,修正后的移相效果在移相干涉仪中采用了整周期移相干涉图灰度差值的方法进行了验证。     

基于可重构标定板的激光与视觉联合标定方法

目前,激光雷达与视觉传感器的联合标定方法包含动态在线标定与静态离线标定两大类.动态在线标定对标定的环境有较高的要求,且标定结果不稳定;静态离线标定通常采用标定板,因而对标定板的要求较高,手动选择与线拟合都易引入或放大误差,故提出了一种基于可重构标定板的激光雷达与视觉传感器的联合标定方法.首先,对传统的标定板进行拆分与重构,采用类条形码的方式自动识别激光雷达特征点,并添加相机校验机制以缓解标定过程中相机识别的不稳定性带来的误差.最后,通过与双目相机标定,采用重投影的方式对外参标定结果进行可视化主观评价与客观量化评价.实验表明,该标定方法的均方根误差(RMSE)为1.275cm,重投影后的误差为3.2个像素.     

基于双捷联算法的POS误差在线标定方法

为了提升位置和姿态测量系统(POS)的精度,结合POS工作过程中典型的匀速直线运动,提出了一种准实时的POS误差在线标定方法。首先设计了基于双捷联算法的在线标定方案,对系统误差方程进行简化处理,求出中时期导航条件下的系统误差状态转移阵。然后根据POS的两段相邻匀速直线运动导航误差,对系统误差参数进行在线标定,并通过可观测性分析得出POS运动与系统误差在线标定效果之间的对应关系。车载试验和飞行试验结果表明,在POS正常遥感作业过程中,本文提出的在线标定方法能够有效提升系统精度。     

基于组合导航技术的光纤捷联系统在线标定

 将光纤捷联系统惯性测量单元（IMU）输出误差分解成零偏误差、标度因数误差、失准角误差和随机白噪声几个部分,建立了系统误差模型,基于此模型设计卡尔曼滤波器引入高精度外部信息源对IMU进行在线标定。将此方法应用于某光纤捷联系统进行跑车试验,结果表明：引入外部信息源进行在线标定与补偿后系统纯惯导精度显著提高,本文建立的系统误差模型和在线估计方式有效估计了IMU输出误差,实现了系统在线标定,提高了系统实用精度。     

飞机大部件数字化自动对接装配技术研究

传统飞机大部件对接装配多采用刚性工装对接,该技术精度低、可靠性差、误差补偿难。针对这一问题,介绍飞机大部件数字化对接系统的功能和组成,分析数字化对接系统的四个关键技术。从测量场的构建、对接系统初始位置的标定、对接路径的规划、测量误差的补偿四个方面对某型飞机外翼与中央翼的对接进行研究,实现对接系统的调姿和误差测量与控制,完成外翼与中央翼的精确对接。应用结果表明：采用数字化自动对接装配技术,可有效降低对接误差,提高对接装配的精度和效率。     

基于卫星和星敏感器的冗余激光惯组在轨标定

采用高精度卫星导航速度、位置信息以及星敏感器提供的姿态信息设计十表冗余捷联惯组的标定模型,包含陀螺和加速度计的零次项和标度因数,对卫星和星敏感器辅助的冗余激光陀螺捷联惯组进行实时在轨标定.利用标准Kalman滤波和Sage-Husa自适应滤波作为估计算法,对十表冗余捷联惯组参数进行在线估计.数值仿真结果表明:参数标定精度均在7％以内,是一种实时的在轨标定方法,满足误差补偿要求.冗余惯组在轨标定方法为航天器高精度定姿和定轨提供了一种理论参考.     

数字化协同测量在飞机弱刚性零件加工中的应用

针对飞机弱刚性蒙皮零件的高精度加工要求,通过机器人铣削系统协同标定、蒙皮边界提取与逆向建模、末端执行器定位修正等技术研究,实现飞机蒙皮、口盖、壁板类结构件边部余量检测及加工在线修正,边界测量精度0.1mm,末端执行器定位误差不大于0.2mm。经验证,本研究满足了四代机制造对数字化测量的要求,显著提高了飞机蒙皮壁板自动化铣削和数字化水平,促进了飞机制造从传统的手工装配向智能化装配模式的跨越。     

SINS辅助的星敏感器在线标定方法

航天器在飞行过程中,星敏感器受到外界温度、地面标定精度等因素影响存在较大的安装误差,这将严重影响星敏感器的定姿精度。为提高星敏感器精度,对其安装误差进行严格的在轨实时标定与修正是确保星敏感器测量精度的关键。提出了一种SINS辅助的在线标定方法,将SINS/星敏感器输出的姿态信息进行配准,构建了组合导航系统的Kalman滤波模型。该方法只需航天器在飞行过程中做简单的机动,即可对星敏感器的安装误差角进行实时在线标定。仿真结果表明,采用该标定方法可使星敏感器和惯导的安装误差角的总体估计率达到95%以上,具有较高的工程应用价值。