视觉物质点跟踪方法在柔索模型验证中的应用

空间柔性绳索在航天航空领域有着广泛的应用,柔性绳索具有结构大、刚度低、大变形的特t点,在做大范围运动时位移、转动与弹性变形相互耦合,增大了其动力学建模的难度。为验证柔性绳索动力学模型的准确性,采用非接触式的视觉测量方法进行实验验证,利用背景建模、差分、平滑与二值化一系列图像预处理方法提取绳索目标区域,并基于距离变换的多尺度连通骨架算法计算出绳索中心线,通过求解相机外参数矩阵计算出绳索中心线的平面位置。由于柔索自身灰度均匀,图像特征不明显,无法对绳索上特定位置进行跟踪,现有方法都在测量对象上粘贴或喷涂特征点,对于质量轻、弯曲刚度小的柔索,这种方法会影响柔索自身的动力学特性,因此提出一种适应绳索弯曲及纵向弹性形变的物质点跟踪算法,能够不借助外加特征的情况下,对绳索上任意给定物质点进行跟踪计算。以基于绝对节点坐标方法建立的柔索动力学模型为例验证其模型的准确性,结果表明,该绳索动力学模型仿真结果与实验结果具有较强的一致性。相比于其他测量方法,物质点跟踪算法能够降低柔索测量过程中的外干扰因素,为动力学模型验证提供准确的实验参考结果。