基于势能场的大尺寸测量中仪器位置的可行域求解方法

提出了基于势能场的大尺寸测量中仪器位置的可行域求解方法。首先构建综合障碍物距离、障碍物主表面积及仪器视角的势能函数,从而得到有关仪器位置的虚拟势能分布。通过合理选择势能阈值,可获得测量仪器的可行域。以某飞机舱门检验型架的测量场景为例,验证了方法的可行性和有效性。     

激波风洞流场密度测量的聚焦纹影技术

在激波风洞试验中发展了聚焦纹影显示技术,对流场的密度进行了定量测量。聚焦纹影显示具有对流场区域聚焦显示的特点,可获得流场某个聚焦测试区域的密度变化信息。依据聚焦纹影成像原理建立了密度计算数学模型,对试验中获得的带窗口模型流场聚焦纹影图像与试验前获得的流场图像灰度变化处理后,得到了流场聚焦区域的密度定量值。试验测量密度值与数值计算结果进行了比较,结果表明试验获得的密度值变化规律与数值模拟吻合较好,证实了利用聚焦纹影技术开展流场密度测量是可行的。     

基于代理模型的升力式再入飞行器质心位置优化

针对传统设计过程中飞行器质心位置的确定需要与弹道、结构、控制等分系统进行迭代设计,设计周期较长,且难以得到准确的质心可行区域问题,以一种升力式再入飞行器为研究对像,分析了飞行器的多种设计约束要求。通过建立质心位置坐标满足设计要求的可行度Kriging代理模型,实现了飞行器质心位置可行区域的精确预测,并采用遗传算法得到了最优的质心位置坐标。研究结果表明,所提方法实现了升力式再入飞行器质心位置的快速选择,大幅提高了设计效率。     

航拍视频拼图中基于梯度域的多帧图像融合方法

图像融合是视频拼图中获得高质量合成图像的重要步骤。利用梯度信息引导插值融合重合区域较小的两幅图像已经取得较好的效果,然而对于视频拼图而言,相邻两帧图像之间重合区域大,且多帧图像之间交叠重合,给这种方法的实际应用带来限制。为解决这一问题,设计梯度域内同时融合多帧图像的策略,利用图像的自然边界将拼图平面进行区域划分,在各区域内分别定义引导矢量场和边界条件,实现各划分区域的一次性融合。为克服拼图平面的过划分问题,提出相应的帧选择方法和区域合并算法。将该策略用于视频拼图实验,获得了视觉效果良好的合成图像,并提高了融合效率。     

基于变分分割模型的结冰冰形测量方法

结冰冰形是结冰风洞试验中关注的要素之一,针对其冰形测量问题,提出了一种基于变分图像分割技术的非接触测量方法。基本思路是对翼型结冰俯视图像进行图像分割,将获得的曲线标定后与翼型数模结合,得到最终结冰冰形。为了排除结冰图像中不相干物体和因素的干扰,更精确获取结冰冰形,提出了选择分割的思想,构造了区域特征函数,建立了新的能量函数。采用所提基于变分分割模型的测量方法,对结冰风洞试验冰形进行了测量,并定量分析了方法的误差,测试了方法的抗噪声能力。结果表明该方法对结冰冰形的测量是准确可行的,且具有较高的精度,另外,其对噪声具有鲁棒性。所提方法可推广至其他与物体形状相关的测量中。     

环面工具加工叶根过渡曲面的刀位可行域

利用环面工具加工过渡曲面时经常发生整体干涉,主要原因是缺乏对复杂环面工具加工复杂曲面时刀位可行域的研究。虽然采用常规的优化方法在大范围内对可行刀位进行搜索是可行的,但是需要耗费大量时间。为了避免刀具与过渡曲面的干涉并同时提高加工效率,研究了一种更加符合此区域结构特点的刀位优化算法,使得叶根过渡曲面得以无干涉地整体宽行加工。通过对典型叶根过渡曲面的可行刀位进行研究,发现其可行域形状为盾形,且行宽最大的刀位位于该盾形区域的两个底部边界上,有时位于该边界的端点上。根据该原理提出一种最优刀位搜索方法——沿着盾形区域底部边界搜索,应用最优化的刀位可行域以获得高的加工效率。以某航空发动机叶片的叶根过渡曲面为例进行了刀位优化计算、仿真和加工实验,验证了该方法在叶根过渡曲面加工中的有效性。     

任意运动变形边界流场测量PIV算法的研究：薄膜涡激振动

提出了一种精确测量任意运动变形边界流场的粒子图像速度场PIV算法,能智能识别强流固耦合问题流场测量中任意运动变形的边界信息,然后生成贴体自适应的图像互相关计算窗口,计算获取运动变形边界附近的速度场数据。这一算法可大大提高任意运动边界附近流场的测量精度,为流固耦合问题的理论分析和数值计算验证提供可靠的高质量实验数据。针对数字合成给定流场的粒子图像序列,采用所发展的PIV算法对粒子图像区域中的运动变形边界进行了精确识别,高质量地复现了原始流场信息。最后,对低速闭式循环水洞中的钝体尾流柔性薄膜涡激振动现象进行了PIV实验测量,获得了柔性薄膜大变形运动状态下的瞬态流场特征。     

7050铝合金搅拌摩擦焊接头软化区温度检测

通过搅拌摩擦焊接头硬度测试,确定了焊缝两侧软化区分布区域;在软化区埋设热电偶,进行搅拌摩擦焊接实验,检测不同测温点的热循环曲线。将焊后接头进行硬度测试,确定硬度最低点位置,对应测温孔分布位置,获得软化区硬度最低点热循环曲线。     

固体火箭发动机射流中存在障碍物时的流场分析

基于N-S控制方程和RNGk-ε湍流模型,采用FLUENT软件对某固体火箭发动机存在球形障碍物的射流流场进行了数值模拟,得到了球形障碍物尺寸及距离喷管出口位置对射流流场的影响规律。计算结果表明,当障碍物处于第一个膨胀压缩过程之后与第二个膨胀压缩波过程之前的特殊位置时,它对整个射流火焰宽度的影响最为显著,该计算结果与某次发动机试车失败时所观测的现象相符。     

禁飞区影响下的空天飞机可达区域计算方法

针对禁飞区影响空天飞机再入可达区域问题,基于极限绕飞轨迹提出一种不限禁飞区位置的可达区域求解方法。首先,考虑空天飞机规避禁飞区后的剩余飞行能力评估,从极限绕飞轨迹与禁飞区的切点出发,提出绕过禁飞区后的子可达区域计算方法,在此基础上获得禁飞区影响下的可达区域和不可达区域的边界。然后,考虑禁飞区在经度/纬度剖面内可能出现的位置,分类讨论不同情形并给出对应子区域的求解算法,使用射线法判定目标点是否位于可达区域内,并应用分段预测校正制导方法实现面向可行目标点的导引。最后,在仿真中,给出了对经度/纬度剖面内散布的圆形禁飞区分类结果,并针对每一分类的禁飞区开展了可达区域求解计算分析。仿真结果表明,对不同种类的禁飞区情况,均能稳定实现可达区域求解,同时对于可达区域以内的目标点,通过应用分段预测校正方法可以满足再入制导精度要求。     

基于路面分割的高精度地图创建优化方法研究

高精度地图主要利用已采集图像的地面信息生成,但是在真实环境中图像的地面信息容易受动态障碍物遮挡,同时GPS难免会有抖动误差,导致地图拼接效果并不理想。针对上述问题提出了一种基于路面分割的动态障碍物去除与图像配准方法。使用深度学习对全景图像进行语义分割并提取路面信息,在去除动态障碍物干扰后,利用路面特征进行图像配准。融合GPS与里程计信息进行定位优化,利用多帧图像叠加填补空缺形成地图。最终,实验验证了该方法在去除动态障碍物的同时也提高了地图的精度。     

基于FastSLAM的绳系机器人同时定位与地图构建算法

绳系式移动机器人可用于极端地形的探测,如陡峭斜坡、松软土壤、高耸悬崖、沟壑等。在运动过程中移动机器人的绳索不可避免地与障碍物接触甚至缠绕。由于绳索与障碍物之间的接触点不相互独立以及机器人模型的非线性特性,经典的FastSLAM框架不适用于绳索机器人的同时定位和地图创建（SLAM）问题。提出基于改进FastSLAM框架的绳系机器人SLAM算法。在该框架中,分别利用无迹滤波和粒子滤波解决接触点位置估计和机器人位姿估计问题,并利用非线性观测模型的无迹变换来简化粒子权重更新。仿真结果表明,该算法可有效地估计接触点位置,同时提高机器人位姿估计性能。     

基于状态改变的机器人路径规划算法

为了解决目前机器人路径规划中时效性低、避障解算量大的问题,借鉴直流电路中理想电感元件两端电压能够从感抗状态恢复到稳定状态的现象,提出了一种利用机器人状态检测量对机器人状态实时检测,从而实现避障的机器人路径规划算法.首先对绕行单个固定障碍物的机器人进行深入分析,然后采用状态叠加的方法,生成任意位置多障碍物同时存在的避障路径.同时对斥力系数进行改进,以确保机器人能够有效到达目标点.为了验证算法在多障碍物环境下的路径规划能力,进行了数值仿真模拟实验.仿真结果表明,使用该算法规划机器人路径时,能够在避免局部极小值点和目标不可达问题的前提下,在较短时间内规划出机器人由起始点到目标点的路径.     

Detection of obstacles in the flight path of an aircraft

The National Aeronautics and Space Administration (NASA), along with members of the aircraft industry, recently developed technologies for a new supersonic aircraft. One of the technological areas considered for this aircraft is the use of video cameras and image-processing equipment to aid the pilot in detecting other aircraft in the sky. The detection techniques should provide high detection probability for obstacles that can vary from subpixel to a few pixels in size, while maintaining a low false alarm probability in the presence of noise and severe background clutter. Furthermore, the detection algorithms must be able to report such obstacles in a timely fashion, imposing severe constraints on their execution time. Approaches are described here to detect airborne obstacles on collision course and crossing trajectories in video images captured from an airborne aircraft. In both cases the approaches consist of an image-processing stage to identify possible obstacles followed by a tracking stage to distinguish between true obstacles and image clutter, based on their behavior. For collision course object detection, the image-processing stage uses morphological filter to remove large-sized clutter. To remove the remaining small-sized clutter, differences in the behavior of image translation and expansion of the corresponding features is used in the tracking stage. For crossing object detection, the image-processing stage uses low-stop filter and image differencing to separate stationary background clutter. The remaining clutter is removed in the tracking stage by assuming that the genuine object has a large signal strength, as well as a significant and consistent motion over a number of frames. The crossing object detection algorithm was implemented on a pipelined architecture from DataCube and runs in real time. Both algorithms have been successfully tested on flight tests conducted by NASA.     

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。     

High-adaption locomotion with stable robot body for planetary exploration robot carrying potential instruments on unstructured terrain

There is a strong demand for Planetary Exploration Mobile robots (PEMRs) that have the capability of the traversability, stability, efficiency and high load while tackling the specialized tasks on planet surface. In this paper, an electric parallel wheel-legged hexapod robot which has high-adaption locomotion on the unstructured terrain is presented. Also, the hybrid control framework, which enables robot to stably carry the heavy loads as well as to traverse the uneven terrain by utilizing both legged and wheeled locomotion, is also proposed. Based on this framework, robot controls the multiple DOF leg for performing high-adaption locomotion to negotiate obstacles via Gait Generator (GG). Additionally, by using Whole-Body Control (WBC) of framework, robot has the capability of flexibly accommodating the uneven terrain by Attitude Control (AC) kinematically adjusting the length of legs like an active suspension system, and by Force/torque Balance Control (FBC) equally distributing the Ground Reaction Force (GRF) to maintain a stable body. The simulation and experiment are employed to validate the proposed framework with the physical system in the planetary analog environments. Particularly, to smoothly demonstrate the performance of robot transporting heavy loads, the experiment of carrying 3-person load of about 240 kg is deployed.     

六足机器人避障功能的研究

通过将红外线传感器安装在腿部最后一个肢节上,实现了六足机器人避障功能。同时对使用的红外线距离传感器的结构、传感器的探测空间以及对传感器干扰的处理进行了分析讨论。实验证明,该传感器布局方案简单、经济实用、性能可靠。     

基于立体视觉的大型客机障碍物探测

为了提高大型客机在低能见度天气下场面滑行时的安全性,提出了一种采用热成像仪进行障碍物探测和识别的系统。对客机前方景物进行热成像,用改进的机器立体视觉算法计算目标距离,使用模糊逻辑融合位置信息识别障碍物。实验表明提出的系统能探测和识别场面上的主要障碍物。     

Chaotic zero dynamics in kinematically redundant robots

The authors attempt to integrate two areas in robotics that are maturing rapidly: the control of kinematically redundant rigid robots and feedback linearization. Kinematically redundant robots have several advantages over nonredundant robot arms. The extra degrees of freedom are used to reach around or between obstacles. Unlike nonredundant rigid link robots that do not exhibit zero dynamics, the self motions of kinematically redundant robots can be used for torque optimization or avoiding obstacles. It is shown that induced self motions can be chaotic. The main contribution is to demonstrate chaos in cases of feedback linearization when the decoupling matrix is nonsquare and there are less outputs than inputs     

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.