无人机自主着陆视觉相对位姿测量误差分析方法

卫星拒止条件下无人机自主安全回收的关键是全自主、高精度的测量无人机相对着陆场站的相对位姿信息。视觉相对位姿测量直接敏感高动态运动体之间的相对位姿信息,具有全自主、高精度等优势,为无人机自主安全回收提供新的技术途径。针对视觉相对位姿测量精度易受目标特征提取精度和相机内参数标定误差影响的问题,提出了一种无人机自主着陆视觉相对位姿测量误差分析方法,该方法通过研究测量机理模型确定关键误差影响因素,计算相关参数变化对测量精度的影响,最后利用仿真分析验证本文所提方法的有效性。     

基于三维激光扫描的蒙皮对缝检测研究

针对传统蒙皮对缝检测方法误差大、效率低等问题以及二维激光对缝检测的缺陷,采用了一种基于三维激光扫描蒙皮对缝的检测方法并开发出相应软件。提出了蒙皮对缝三维点云数据的去噪、临界点识别及提取方法,根据蒙皮对缝间隙阶差对气动外形的影响,分析其实际几何结构,与理论结构对比,提炼出了计算蒙皮对缝间隙阶差的数学模型,并通过对试验模拟件对缝的检测,验证了其计算精度。结果表明:该检测方法可行,与二维激光检测相比精度和重复精度更高,间隙测量精度达到0.04mm,阶差测量精度达到0.02mm,可以满足蒙皮对缝检测需求,为分析间隙阶差对装配质量的影响提供数值依据。     

基于激光扫描的移动机器人实时轨迹测量系统

 设计了一种移动机器人实时轨迹测量系统,主要包括激光扫描仪、数据采集计算机、无线通讯网络和数据处理显示软件4个部分。测量系统采用两台激光扫描仪从不同高度测量机器人身上安装的标志杆的位置,将测量数据经过位置识别和坐标系对准后,传输到一台计算机上进行融合,采用卡尔曼滤波器消除测量随机误差,绘制出机器人的运动轨迹。实验结果表明,测量系统可以在较大的测量范围内实现厘米级测量精度和目标分辨率的轨迹测量,为移动机器人的设计开发和导航控制等研究领域提供了良好的实验测试平台。     

基于三维激光扫描的涡轮叶片高温模态测试技术

提出了基于三维激光扫描技术的发动机涡轮叶片高温模态测试技术,实现了在最高900 ℃的高温环境下的涡轮叶片模态测试。设计了一套高温环境模拟装置,实现了不同温度环境的模拟,基于振动台基础激励技术和三维激光扫描技术,建立了不同温度环境下的涡轮叶片三维测试模型,获取了准确的模态振型、模态频率等参数,验证了方法的可行性。分析结果显示:温度升高会导致涡轮叶片固有频率下降,900 ℃较常温环境1阶频率下降约6%,叶尖振型因热应力产生轻微畸变。      

三维激光成像系统构像点定位误差分析方法

三维激光成像系统是一种包含激光扫描仪、惯性导航系统（SINS）、全球定位系统（GPS）等多种先进技术的复杂系统。影响三维激光成像系统构像点定位精度的因素有扫描仪测距误差、扫描角误差、姿态测量误差、GPS定位误差、系统集成误差。在三维激光成像系统设计开始时需要确定各分系统的技术指标,这需要确定上述各误差项对构像点定位精度的影响大小。为了确定上述各误差大小与构像点定位误差之间的量化关系,研究了一种三维激光成像系统误差分析方法,推导了系统误差方程。通过试验验证,该方法能够准确确定各误差项对构像点定位误差的影响,为系统设计时对各分系统提出合理技术指标提供理论支持。     

基于三维激光扫描的金属基航空模线样板自动检测算法

虽然数字化制造已成必然趋势,但在未来很长一个时期内,模线样板依然将在飞机制造中扮演重要角色。如何以先进的数字化技术提升传统模式下的生产效率和质量,是需要认真研究的课题。针对模线样板的检测需求,结合模线样板的几何特征,提出基于三维激光扫描的金属基航空模线样板自动检测算法。对于样板刻线,将样板点云粗栅格化后,根据点云高度信息进行刻线的粗提取,再根据刻线的特性利用法矢信息优化提取结果;对于外形轮廓,将点云转换成二值图像并计算其边缘,实现外形特征提取;将特征提取结果与CAD数模进行配准并去除噪声,最后计算与数模的误差,实现样板检测,输出误差分布。试验结果显示,本文算法在精度和效率上优于现有算法,相较人工检测提升了可靠性和效率,在实际工程中具有应用价值。     

流量现场校准装置测量误差分析及修正

从流量现场校准装置的结构和测量方法入手,对校准装置的测量误差进行了分析,并根据分析结果对校准装置的测量结果进行了误差修正。通过试验对修正结果进行了验证。验证结果表明,通过测量误差的修正,校准装置的流量测量相对误差可以满足系统设计指标的要求。     

一种基于3D扫描的航天器跨舱对接波导组件位姿测量方法

提出了一种基于Handyscan 700和Geomagic Control的非接触式位姿测量方法。该方法采用手持式便携3D扫描设备Handyscan 700,具有测量速度快、测量精度高的优点。在波导组件位姿测量试验中,本方法解决了航天器跨舱波导组件位姿无法高效测量的难题,实现了跨舱波导组件舱内部分在舱板合舱前就可安装到位,降低了总装风险,提高了波导组件总装效率。     

航姿系统转弯误差分析

针对飞机在实际飞行过程中,在转弯后航向姿态系统出现几十度的航向误差这一故障现象,具体分析了航姿系统产生转弯误差大的故障原因,并提出了应对措施.     

一种面向工业机器人的高精度三维无序抓取系统

在航空航天、汽车等领域中,各类复杂工件结构复杂、纹理弱且混叠堆放,在智能制造过程中存在快速、高精度测量和识别难题。针对上述问题,建立了一种面向工业机器人的高精度三维无序抓取系统。基于面结构光三维测量技术,构建大场景固定基座的三维视觉测量装备,获取大型复杂零件的三维点云数据。建立零件点云模板,设置抓取点位置,利用点云配准技术识别零件并估计当前位姿。提出了一种手眼标定优化策略,实现了对工业机器人的精确引导,完成任意位姿零件的抓取,按要求装配于指定位置。实验结果表明,所设计的无序抓取系统平移误差为0.413mm,角度误差为0.123°,可以快速有效地对散乱堆叠零件进行高精度识别与定位,引导工业机器人准确抓取与放置,该系统可以在航空航天、汽车等领域的工业生产线上进行示范应用。     

垂直于流向的截面中2D-PIV测量误差分析

常规二维粒子图像测速技术（2D-PIV）作为重要的流场测试手段,被越来越多地应用到各种类型的流场测量中。然而采用该技术对垂直于流向的截面进行测量时会产生明显误差,该误差是由2D-PIV原理中几何透视成像关系引起。本文分析了测量截面内有法向速度分量时透视误差产生原因及影响因素,建立了2D-PIV测量平面内的误差模型。通过实验测试验证了误差模型的正确性,确定了影响测量误差的关键参数为测量平面的法向速度和视场的离轴角。计算结果显示,最大透视误差可达法向速度的9.3%。根据误差模型进行分析,透视误差对流向涡类流场测量的影响主要为3个方面：改变流场速度量值大小、改变旋涡形状、改变旋涡的位置。最后,提出了一些减小误差的措施,为2D-PIV应用于垂直流向截面的测量提供了改进方法。     

基于曲线拟合的飞机方向舵偏角测量误差补偿

在对飞参记录系统的方向舵偏角通道进行标校的过程中,俯仰角变化和其它非线性误差都会影响电子罗盘的测量精度。本文研究了基于曲线拟合原理建立误差补偿公式的方法,以减小方向舵偏角通道的测量误差。实验证明,这种方法可以有效地提高电子罗盘的方向舵偏角测量精度。     

基于加权最小二乘法的大部件对接位姿评估算法研究

本文以定位器支撑的大部件调姿系统为研究对象,通过激光跟踪仪测得大部件上多个测点坐标数据.针对各点在不同坐标系下测量点值不匹配且各点精度要求有差异的问题,提出了最小二乘法评估大部件位姿的模型,并利用权值实现对多个测点数据进行误差分配优化,为大型部件的位置姿态评估计算提供一套有效的解决方案.     

基于工业机器人的机身系统件定位方法研究

针对传统系统件安装工艺采用固定式定位工装导致装配系统开敞性差、柔性程度低的问题,提出了基于工业机器人的机身系统件定位方法,确定了系统件辅助定位工装的标定方法,基于奇异值分解法和位姿等价变换原理确定了工业机器人的位姿调整算法,最后通过系统件辅助定位工装定位试验得出了系统件的定位精度。     

基于声震探测技术的靶场炸点坐标测量误差分析

针对靶场试验时需要精确确定弹丸落点（终点）坐标的问题,提出一种声震波联合定位方法,该方法具有监控范围大、不受自然条件影响、能发现未爆弹、性价比高、反应快等特点。该方法按照一定的阵形布设传感器,依据弹丸爆炸时产生的声波（或是未爆弹落地产生的震动波）到达各传感器的时间差,采用TDOA（TimeDifferenceofArrival,到达时间差）方法对弹丸落点坐标进行计算。具体阐述了TDOA方法的定位原理,并给出了整个测量系统的组成,简要叙述了整个测量系统的部署方案;采用GDOP（GeometricalDilutionofPrecision,几何稀释精度因子）方法分析了定位误差的主要影响因素,并对各种影响因素带来的误差量进行了详细分析与计算;最后采用本文设计的测量系统针对大口径火炮弹丸终点坐标的测量在靶场进行了试验,试验结果与理论分析的误差较一致,定位精度满足测量的要求。该方法满足靶场快速测量的要求。     

基于激光扫描的零件毛坯优化设计技术研究

机加零件在飞机零件上的占比逐步增多,传统的毛坯尺寸、形状推导方法往往存在部分区域加工余量不足或加工余量过大的情况,导致毛坯加工中出现残品与浪费现象。针对这种情况,首先提出一种基于激光扫描的零件毛坯优化技术,将激光扫描技术应用于零件毛坯的优化设计,通过将毛坯点云与零件CAD模型拟合求解出毛坯在各加工面上的加工余量,其次研究了该技术的关键点并结合某型飞机某零件完成零件毛坯的可加工性评价与优化设计,相关应用取得了良好的经济效益。     

基于视觉的大尺度部件相对位姿实时测量方法研究

相对位姿是装配过程中的一项重要监控项。针对大尺度部件对接过程中的相对位姿测量需求,提出了一种基于视觉的相对位姿实时测量方法。该方法利用单目视觉技术,通过采集合作靶标的图像,实时解算大部段间的相对位姿,用于辅助大尺度部件的装配。首先,设计了一套相对位姿实时测量系统,包括搭载单目相机的视觉测量单元,以及用于辅助位姿解算的合作靶标;其次,对相对位姿测量的完整流程进行了研究,包含系统标定方法与实时位姿解算方法;最后,在实验室环境下对位姿测量系统的精度进行测试。试验结果表明,位姿测量系统在垂直于光轴方向的重复精度可达0.02mm,沿光轴方向重复精度优于0.2mm,输出位姿结果时间低于0.3s;对多测量单元组网测量进行了仿真计算,垂直于光轴方向的重复精度优于0.1mm,沿光轴方向重复精度优于0.2mm,输出位姿结果时间优于1.3s。试验结果表明,提出的方法可满足一般大尺度部件对接过程实时位姿监控与对接状态评估的需求。     

基于PnP和自适应线性卡尔曼滤波的实时位姿估计

针对实时位姿估计中扩展卡尔曼滤波(EKF)线性化引入非线性误差和依赖已知噪声分布的缺点,提出一种基于PnP的自适应线性卡尔曼滤波位姿估计求解方法。将PnP位姿估计求解策略引入卡尔曼滤波观测方程,通过对动态方程误差统计参数实时估计,自适应调节卡尔曼滤波递推参数。所提算法求解精度高,固定了观测方程的观测向量维度,提高了算法实用性。通过仿真试验,比较了该算法与EKF的位姿估计精度,通过量化误差分析,证明了该方法可以提高三维运动位姿估计精度,也验证了该方法的有效性。     

ORB-SLAM系统优化框架分析概述

首先阐述了ORB-SLAM系统的核心思想和基本框架,介绍了SLAM系统中光束平差法的应用实现,然后针对视觉里程计部分不同的关键帧位姿优化过程分别进行了详细阐述,并利用KITTI数据集的不同序列的实验结果进行比较研究,给出了核心的光束平差法在ORB-SLAM中的具体工作方式及性能分析,最后讨论和分析了ORB-SLAM的优势和不足。