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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
陈璐 关立文 刘春 陈志雄 薛俊
在制孔工艺中,垂直度很大程度上影响着飞机装配精度、飞机使用寿命和安全性。开展基于先进视觉检测技术的姿态修正研究具有十分重要的意义。该文基于机器人制孔工艺流程,提出了基准孔位置和法向量检测的改进方法,设计了机器人视觉检测系统的工作原理和主要模块,搭建了仿真平台和原理样机;建立了法向量检测模块的三维测量模型,生成了工件表面的点云数据,通过基于无迹Kalman滤波的在线手眼标定方法,将相机坐标系中的点云转换成制孔刀具坐标系中的点云。通过提取待制孔点法向量,提出了机器人制孔姿态修正方法。三维测量结果表明:法向量检测方法精度能够满足航空工业对制孔垂直度的要求。
关键词：
机器人制孔 编码结构光 孔位精度 垂直度
[期刊] 林业科学
[作者]
张睿珂 陈梅香 李明 杨信廷 温俊宝
【目的】在农林业害虫自动识别分类过程中,目标蛾类三维姿态的准确获取可以优化识别过程,提高识别效率。通过对复杂的蛾类害虫三维姿态进行量化,准确获取虫体三维姿态的信息数据,可克服二维姿态识别的信息缺失问题,提高算法的鲁棒性,为蛾类虫体的自动识别奠定基础。【方法】以棉铃虫为例,提出一种基于机器视觉原理的蛾类虫体前翅间夹角计算方法,以确定虫体的三维姿态,即:通过角点检测原理提取蛾类虫体前翅的标记特征点,获取标记特征点的空间坐标,进而计算虫体前翅间夹角角度。【结果】此方法能够快速、便捷、准确地获取棉铃虫成虫虫体前翅
[期刊] 南京农业大学学报
[作者]
姜鑫 尹文庆 浦浩 胡飞 陈彩蓉 李旭辉
[目的]针对螺旋输送器在输送谷粒的过程中需要在线测量物料输送量的问题,选择合适的在线测量方法,实现螺旋输送器输送谷粒体积的在线测量。[方法]选择常用的螺旋输送器,应用激光三角法构建结构光三维视觉测量系统;通过试验参数标定法建立物长与像素偏移值的关系;在对结构光图像进行预处理的基础上,通过阈值判定法获取谷粒流轮廓;分别用图像处理法与几何解析法对螺旋叶片裸露情况进行判定,对断裂的谷粒流轮廓运用最小二乘法进行拟合;基于梯形微元积分求和法,分别建立谷粒流截面计算模型与体积计算模型。[结果]螺旋输送器填充率在45%以上,转速在26.3～46.0r·min~(-1),输送3种不同体积谷粒时,谷粒流体积测量平均误差小于5%,重复试验变异系数小于0.024,均方根误差小于0.969。当测量体积为11.6 L,螺旋输送器转速为32.8 r·min~(-1)时,图像处理法的最小误差为1.73%,几何解析法最小误差为1.97%。[结论]采用结构光三维视觉测量系统,应用梯形微元积分求和法建立谷粒流体积计算模型,可以实现螺旋输送器输送谷粒体积的在线测量。
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
杨长才 魏丽芳 周术诚 田金文
提出一种基于单目视觉的连续多帧空间非合作目标姿态估计算法．根据目标主体主轴方向和太阳能帆板方向将目标姿态切分成姿态子空间，采用方向Ｃｈａｍｆｅｒ匹配在姿态子空间中搜寻与目标匹配的候选姿态．通过连续多帧候选姿态的方向Ｃｈａｍｆｅｒ匹配代价和转移代价来构建轨迹的总代价，采用动态规划对轨迹代价进行优化．结果表明该算法求解精度高，鲁棒性好．
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
邹铁方 孙浩 赵晓波 袁湘婷 刘志旗
本研究提出手工及软件辅助两种测量自行车骑/推行姿态的方法，并通过物理实验测得自行车控制人的背角、上臂抬高角、肘部弯曲角、左/右侧大腿抬高角及膝盖弯曲角共7种姿态参数。统计分析发现，背角、大腿抬高角是区分骑/推行姿态的主要特征参数，当控制人背角α＞12°且大腿抬高角θ≤60°时为骑行；当控制人背角α≤12°且大腿抬高角θ＞60°时为推行。以此为基础提出判断骑/推行姿态的方法。对464张真实照片的判别结果显示，仅凭一张图就能准确判别出90.3%的骑/推行姿态，说明了该方法的有效性。这种方法是一种测量自行车控制人骑/推行姿态的低成本解决方案。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
葛桂萍 徐永安 范聪聪 梁艳玲
基于双目视觉测量原理设计了一种三维测量装置。该装置采用投影仪将光栅条纹投射到被测量物体表面上,通过双CCD摄像机采集光栅条纹图像。提出了一种基于仿射几何交比不变原理的摄像机标定方法,解决了摄像机标定、用Gray编码提取光栅条纹边界、左右像点匹配、像坐标与物坐标换算等关键问题,该装置实际测量误差小于±0.05 mm。
关键词：
视觉测量 三维测量 光栅 格雷编码
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
张倩 代伟 朱美强 张坤 王军
针对机器人抓取问题进行了综合性教学实验设计，提出了基于物体点云信息的机器人跟踪抓取方法。通过阈值处理保留运动模糊光条中亮度较高的部分，改善了运动模糊情况下光条区域提取困难的问题；利用特征直方图对不同物体的点云进行特征描述，实现了由未知的点云信息查询得到实际的抓取位置的目标；采用基于位置控制的优化算法实时更新跟踪路径，完成抓取操作。通过该完整的实验设计能够帮助学生理解激光三角法、点云信息、位置逼近等基本理论和方法，培养学生理论联系实际的能力和对科学研究的兴趣。
关键词：
三维点云 激光条纹 抓取 教学实验
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
卢艳军 吴金宇
为更好地掌握四旋翼飞行器姿态测量和姿态变化的过程,设计了一种基于LabVIEW的姿态测量实验系统。该系统以自主研发的四旋翼飞行器控制系统为实验平台,通过获取飞行器的姿态数据,进行解算和上传到PC机,在LabVIEW中实现四旋翼飞行器姿态数据的存贮、波形显示和飞行器姿态的三维动态图形模拟显示等功能。系统测试精度较高、响应灵敏、操作简单、实用性强,可为学生提供一个良好的姿态测量实验平台。
关键词：
四旋翼飞行器 LabVIEW 姿态测量
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
罗晶 陈金海 彭志轩 李杰 伍万能 周广兵
针对工业机器人成本高、开源性差和维护困难等问题，设计了一种基于机器视觉的机器人抓取实验系统。该系统利用机器视觉、深度学习和路径规划等技术对目标工件进行识别、定位，并完成抓取任务。机器人系统在结构设计上采用串联结构，利用无刷直流电机作为机器人关节的驱动机构。为了解决工件识别与定位问题，利用Pytorch框架下的深度学习模型，对工件图像进行处理，并利用YOLOV3算法对工件进行识别；基于机器人操作系统（ROS）实现机器人6自由度的运动学求解与运动规划；完成了系统总体与软硬件设计，并验证了机器人抓取试验系统的有效性。该系统具有成本低、灵活性好和高可靠性等优点，软硬件完全开源，便于日常实验和教学，提升了学生的动手能力和创新能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
万春秋 李擎 崔家瑞 杨旭 李希胜
针对飞行器姿态复合控制问题研究中直接力连续化处理导致的与实际工程特性差距较大问题，研究了体现直接力离散特性的控制系统构建方法及控制参数优化设计方法。首先，搭建了体现直接力离散特性的飞行器姿态复合控制系统框架及模型；然后针对复合控制问题的非线性、强耦合、多约束等复杂特性，采用PSO算法对控制律及控制分配参数进行多目标优化设计，构建了飞行器姿态智能控制系统；再通过数字仿真从控制算法、PSO算法参数、飞行器系统参数三个方面对智能控制问题研究方法进行了说明；最后，依托最新科研成果设计开发了飞行器姿态智能控制实验系统，为自动化专业本科生智能控制类课程实践教学及创新型人才培养提供了自主开放的实验研究平台。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
徐利民 张涛
该文提出一种基于外扰状态观测器的航天器姿态控制方法。该方法基于航天器姿态控制模型的线性形式,利用双通道控制原理,分别设计镇定补偿器和伺服补偿器解决恒值调节和随动跟踪问题,通过状态反馈实现极点配置,使系统满足给定的动态和静态指标,同时用外扰状态观测器获取干扰量估计并通过补偿通道对干扰进行抑制和消除。仿真结果表明:该系统具有良好的静态和动态特性,同时具有较强的抗干扰能力和一定的工程应用价值。
关键词：
姿态控制 双通道 外扰观测器 内模原理
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
张文 丁雨林 陈咏华 孙振国
针对相对封闭、磁干扰等特殊环境下传感器应用受限,导致爬壁机器人自主定位误差随时间累积的问题,该文提出并实现了一种基于外部RGB-D相机和惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)组合的爬壁机器人自主定位方法。该方法采用深度学习和核相关滤波(kernelized correlation filter,KCF)组合的目标跟踪方法进行初步位置定位;在此基础上,利用法向量方向投影的方法筛选出机器人外壳顶部的中心点,实现机器人定位中的位置定位。推导了机器人底盘法向量、横滚角与航向角的定量关系,设计了串联的扩展Kalman滤波器(extended Kalman filter,EKF)计算横滚角、俯仰角和航向角,实现机器人定位中的姿态估计。实验结果表明:该方法使爬壁机器人位置定位误差小于0.02 m,姿态估计的航向角和横滚角误差小于2.5°,俯仰角误差小于1.5°,有效地提高了爬壁机器人定位精度。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
刘志 陈恳 徐静
提高运动精度是机器人执行精密操作的基础.该文针对重载操作造成的机器人末端结构变形问题进行位姿补偿研究.首先,提出了基于模型和数据驱动的机器人末端6D位姿估计方法,该方法利用基于Gauss过程回归的机器人运动学误差模型获得部分目标点空间位置的预测值;然后,提出了基于测量平差的位姿修正方法,对目标点位置的实测值和预测值进行修正,以提高位姿的估计精度.实验结果表明,该文提出的位姿估计方法能够精确地补偿重载操作引入的结构变形误差.
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
刘士兴 朱妍 宋亚杰 孙操
为了改善光电子技术、数字图像处理等3D打印相关技术课程的实践教学效果,设计了基于激光三角法的三维轮廓测量系统。采用单片机作为主控制器,步进电机驱动旋转靶台使待测物体做360°旋转,工业相机采集线激光器照射到被测物体的反射光,对图像进行二值化和滤波预处理、极值法提取激光线中心、点云坐标计算等处理后获取被测物体三维轮廓信息。实验结果表明,该系统能够准确获取被测物体三维轮廓,测量误差小于±0.5mm。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
郑军 李文庆
双目视觉已在机器人视觉、三维测量等多个领域得到广泛应用。但是,随着研究的不断深入,双目视觉的局限性也逐渐突显出来。例如测量复杂形面的三维形貌精度低,计算速度慢等。基于此,该文提出一种基于双光敏位置探测器(position sensitive detector,PSD)的三维测量方法。利用2个PSD从不同的角度捕获、跟踪激光点的方式来还原工件的三维信息,省去了传统双目视觉中的特征点识别和匹配部分,极大简化了三维测量模型。由于传统的标定方法不再适用,该文提出2种标定方案,改进的Faugeras标定加LM(Le
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