机器人全闭环定位误差因素敏感度分析

针对因影响定位误差因素较多而不易对机器人定位误差进行准确标定的问题,首先建立了基于雅克比矩阵的机器人全闭环定位误差数学模型;然后给出了用于分析各因素单点敏感度的机器人单因素微分定位误差及相对单因素微分定位误差公式;接着采用正交实验法设计了能全面反映机器人定位误差分布的姿态样本空间并基于区间概率密度给出了单因素综合微分定位误差及相对单因素综合微分定位误差公式;最后通过仿真分别分析了机器人各因素对其定位误差影响的单点敏感度及多点综合敏感度,为进一步进行机器人定位误差的标定打下了基础.     

平面3自由度柔顺微动机器人加工误差分析

在微/纳米级定位领域,误差分析是提高微动机器人运动精度的重要方法.其中,对加工误差的分析尤其关键.为此,对平面3自由度(DOF,Degree of Freedom)柔性并联微动机器人的加工误差进行了研究.通过对机器人静刚度求解,建立了加工误差与其末端执行器定位精度的关系模型.通过理论计算途径及有限元方法(FEM)讨论了各结构参数加工误差对末端精度的影响程度,结果表明柔性铰链圆弧切口半径误差以及铰链圆弧切口中心线角度偏差对机器人末端精度的影响最大.研究所得结论可用于指导此类机构设计,确定加工过程中各机构参数的公差要求,并有助于提高标定精度.     

一种基于指数积公式的空间机械臂自标定方法

为了克服发射过程和在轨极端温度环境对空间机械臂末端位姿精度的影响,提出了一种基于指数积（POE）公式的空间机械臂运动学在轨自标定方法。该方法使用空间机械臂末端双目空间相机和棋盘式标定板测量空间机械臂末端位姿实际值。根据关节旋量理论值和实际值之间的伴随变换关系建立了空间机械臂实际运动学模型,对运动学模型取微分建立了线性化的运动学误差模型,给出了基于最小二乘法的运动学标定模型。进行了7自由度空间机械臂运动学自标定仿真,仿真结果表明运动学标定过程能快速收敛到稳定值,标定后空间机械臂末端位姿精度有明显提高。      

一种基于激光位移测量的机械臂参数标定方法

针对传统机器人参数标定方法, 通常依赖昂贵设备, 技术实现成本高的问题, 提出一种新型低成本的基于激光位移测量的机器人标定系统, 利用安装于机械臂末端的激光位移计进行与外部参照物立方体的相对位置测量, 并设计实现了六自由度机械臂的运动学参数标定方法。基于单维度位移测量值, 采用平面度约束与平面角度约束共同构建误差函数, 并利用非线性优化方法求得最终的标定结果。在实验系统上进行标定方法的验证, 并与利用激光追踪仪标定的实验结果进行对比。实验数据表明:所提方法在操作简便、成本低廉的同时, 能够获得与使用昂贵的外部测量仪器近似的标定效果。      

基于改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法

针对同时定位与建图（SLAM）算法精度不高且跟踪易失败的问题，提出了一种改进关键帧选择的ORB-SLAM2算法。通过ORB-SLAM2算法计算帧间相对位姿；在原有算法的基础上，增加旋转与平移量作为判定依据，决定是否创建新关键帧；针对移动机器人所安装的相机与机器人产生相对运动引发误拍摄，导致劣质关键帧生成的问题，设计了劣质关键帧剔除算法；基于RGB-D数据集与自主研发的移动机器人进行了实验验证。实验结果表明:改进的关键帧选择算法能够准确及时地选择关键帧，最优情况下定位误差约为原误差的51.9%，有效消除了相机与机器人之间相对运动产生的影响，直线误差仅为原误差的82.1%。改进算法能够有效提高定位精度，减少跟踪失败。      

基于CIT技术的广域增强系统电离层延迟修正算法

提出了一种基于电离层层析成像(CIT)技术的广域增强系统(WAAS)电离层延迟 修正算法. 该算法利用模式基函数与截断奇异值分解正则化组合的方式, 实现WAAS单频用户的电离层延迟误差修正. 基于中国区域23个广域基准站 和10个用户站的仿真结果分析表明, 传统的网格算法和基于CIT技术的电离 层延迟修正算法的电离层延迟修正精度与太阳活动、昼夜变化及地磁纬度 之间均存在明显的相关性. 基于CIT技术的电离层延迟修正算法精度优于网格算法, CIT算法的平均误差与标准差相比网格算法均有较大幅度的下降.      

脑外科机器人视觉伺服研究

定位精度是脑外科机器人系统一个最重要的指标.提出了利用视觉伺服提高脑外科机器人系统定位精度的方法.根据机器人辅助脑外科手术的特点,选择基于位置的末端点闭环的视觉伺服方式,提出了一种利用机器人运动信息对机器人的特征点进行视觉跟踪定位的稳定可靠的方法.针对病人体内病灶点在摄像机图像中不可见的问题,推导了脑外科机器人系统的视觉伺服控制律.采用视觉伺服的方法后,系统定位精度有了很大提高,系统定位误差主要由靶点映射误差引起,受机器人绝对定位误差的影响不大.手术过程模拟和定位精度测试验证了该方法的有效性.      

星载单频GPS数据的电离层延迟改正方法分析

利用C/A码单点定位对LEO(Low Earth Orbit)卫星上的电离层延迟改正方法——"电离层比例因子法"进行了分析研究.计算的CHAMP卫星的轨道结果表明:采用电子密度峰值高度(hmF2,F2 region maximum electron density height)平均值和瞬时值计算的电离层比例因子α变化范围分别为0.3~0.4和0.2~0.65之间,两者最大差异可达0.3,相比较而言,hmF2瞬时值的结果更加合理,并且相应的大地高H方向的系统偏差要降低0.05~0.3m左右;与双频无电离层组合的普通单点定位结果相比表明该方法能较好地消除电离层一阶项所引入的H方向上的系统偏差;该方法适用的LEO卫星轨道高度范围大致在200~ 600km之间,当轨道高度超过700km时,该方法并不适用.     

初始定位误差对SINS动基座对准的影响分析

初始定位误差对捷联式惯导系统水下初始对准有着重要影响。针对此问题,基于捷联式惯导系统非线性误差模型利用无迹卡尔曼滤波方法进行载体系测速辅助捷联式惯导系统精对准。首先在水下单应答器定位技术已有研究成果的基础上,对初始定位误差对捷联式惯导系统水下动基座初始对准结果的影响进行理论分析;而后基于船载实测数据对理论分析结果进行水下动基座对准半物理仿真试验验证。试验结果表明,当水下初始位置的定位误差在200m以内时,初始定位误差对捷联式惯导系统动基座精对准的姿态对准结果基本没有影响;会给精对准过程中的位置误差估计带来与初始定位误差相同大小的常值误差。     

基于多约束因子图优化的无人车定位与建图方法

针对目前在特定场景下应用的低速无人车定位系统极度依赖全球导航卫星系统（GNSS），存在定位精度不高、漂移误差大、受环境影响严重等问题，提出一种低成本、高精度的无人车定位与建图方法。该方法基于三维激光定位与建图（SLAM）技术。首先，使用点云主成分分析（PCA）实现基于特征匹配的激光里程计；其次，将GNSS位置信息、点云分割聚类得到的地平面和点云聚类特征作为位姿约束分别加入图优化框架，消除激光里程计的累积误差；最后，得到最优位姿和大规模场景的点云地图，以实现无人车的自主定位导航。利用包含大型户外城市街道环境的KITTI数据集对所提出的SLAM算法进行了评估，结果表明:系统在3km运动距离情况下定位偏差可控制在1.5 m以下，在局部精度和全局一致性方面均优于其他里程计系统，为无人车的定位提供了新思路。      

大气延迟误差对InSAR数据处理影响的定量分析

从重复轨道InSAR测量基本原理出发, 详细给出了相位测量误差对InSAR测高、 双轨法D-InSAR形变测量、三轨法D-InSAR形变测量、四轨法D-InSAR形变测量影响的近似关系式以及大气延迟误差对相位测量影响的近似关系式; 以此为基础分别推导出了大气延迟误差对InSAR测高、双轨法D-InSAR形变测量、三轨法D-InSAR形变测量和四轨法D-InSAR形变测量影响的近似关系式, 同时以ERS-1星载系统为例进行模拟实验, 分析讨论了大气延迟误差对InSAR测高、双轨法D-InSAR形变测量、三轨法D-InSAR形变测量以及四轨法D-InSAR形变测量的影响, 从而得出了大气延迟误差对InSAR数据处理影响的结论.      

应用iGMAS超快速星历的实时精密单点定位研究

中国主导建设的国际GNSS监测评估系统（iGMAS）相比国际上比较成熟的IGS系统在产品精度等方面存在差别，目前实时精密单点定位应用多采用IGS实时、近实时产品。为改变这一现状，针对iGMAS产品特性以及实时精密单点定位对超快速精密星历的需求，对iGMAS超快速星历的精度和稳定性方面进行评估，设计了iGMAS产品实时/事后下载应用程序，开展了基于iGMAS超快速星历的实时精密单点定位研究，并结合NovAtel OEM617双频接收机进行了GPS实时精密单点定位试验。实验结果表明，在连续观测23min后定位误差即可收敛到分米级，较接收机原始定位精度高一个量级，且稳定性好，最终在E/N/U方向定位误差均方根分别为7.2cm、6.4cm、15.2cm，与应用IGS超快速星历实时PPP试验取得相近的结果。研究实现了iGMAS数据获取、评估和实时PPP应用的一整套方案，验证了iGMAS超快速产品的性能，对推进iGMAS产品的应用提供了借鉴。     

自主导航星座旋转误差的差分校正技术

基于星间观测的自主导航星座存在整体旋转不可测问题,一旦星座发生整体旋转,将导致地面用户定位结果存在偏差.针对这一问题建立了地面用户定位误差模型,运用定位原理和球坐标系变换,从数学上推导了星座整体旋转偏差和地面用户定位偏差之间的关系,在此基础上提出了基于差分原理的旋转误差校正技术,并给出了系统组成和校正算法.使用Walker 12/3/1星座的仿真表明,导航星座旋转误差将导致地面用户的大地经度出现相同角度的偏差,地面用户使用差分校正技术后可有效校正这一误差,在星座整体旋转误差小于1'（相当于赤道地区31 m的水平误差）的条件下,地面用户经差分校 正后的水平误差小于 1.5 m,高程误差小于0.003 m.