基于弹性导轨的整体三维测头及标定机构设计

测头是坐标测量技术中最关键的零部件之一,测量的精度直接依赖于测头的设备精度.针对目前我国市场上高精度三维测头匮乏的现状,通过对弹性导轨受力模型和受力与平行位移之间关系的研究,在考虑柔性铰链特性的基础上,同时考虑到测头工作中的重力平衡,设计出了整体式三维测头机构与标定机构,该机构与双频激光干涉仪结合对参数进行标定.该方案所设计的测头结构紧凑,测量范围广,工艺性好,标定工作台和标定方案设计科学合理.     

基于迭代CDKF的单站无源定位算法

针对单站无源定位系统存在滤波稳定性差、收敛速度慢和定位精度差等问题,提出一种迭代中心差分卡尔曼滤波算法.在迭代判决准则的约束下,重复利用观测信息对状态向量和误差协方差矩阵进行迭代估计使其更趋向真实值,同时用Levenberg-Marquardt优化方法调整预测误差协方差阵,保证算法的全局收敛.仿真结果表明,在不同参数测量精度条件下,该算法稳定性、收敛速度和定位精度较好.     

基于光轴约束的机械臂运动学标定方法

为了提高机械臂的绝对定位精度,本文提出一种基于光轴虚拟约束的运动学参数标定方法。建立基于虚拟直线约束的运动学误差模型;本文在相机光轴的约束下,使用基于图像的视觉控制方法,使机械臂末端标定板的固定特征点依次到达光轴的多个位置;根据运动学模型计算特征点的对齐位置差,并使用迭代最小二乘法求解运动学参数误差。设计了Reinovo六自由度工业机械臂的运动学参数标定实验,对于随机产生的测试点,标定前的平均对齐误差为1. 50 mm,标定后降至0. 72 mm,机械臂末端的定位精度提高了52%,实验结果验证了该方法的有效性。     

精密装配用并联机器人标定及机构误差分析

为了提高手机摄像头的装配精度,设计开发一款用于精密装配的小型并联机器人,并对机器人进行标定以及机构误差分析.用数值方法推导机器人的正逆运动学模型和误差模型,并探讨机器人运动学模型和误差补偿模型衔接的问题;设计在桥式三座标测量机上进行测量标定的方法,并对机器人进行标定实验;从机构角度对机器人的间隙误差来源进行分析,分析机器人构型对间隙误差的约束,并对机器人进行重复定位精度测试.经过标定及机构误差控制,机器人位姿坐标的最大位移误差由0.345 9 mm降为0.012 1 mm,最大转角误差由0.007 3 rad降为0.001 1 rad,重复定位精度为0.004 8 mm.实验结果表明该标定方法及机构误差分析方法能有效提高机器人的精度.     

改进粒子群算法的工业机器人几何参数标定

针对传统粒子群(PSO)算法在解决工业机器人几何误差标定问题中存在的收敛速度慢的缺点,提出了一种基于两段式的动态粒子群算法(LDPSO-BT)。用Denavit-Hartenberg方法建立工业机器人的误差模型,将几何误差标定问题转换成对高维非线性方程的求解;对粒子群数目进行线性递减,同时针对算法求解过程中粒子数目线性递减的特点,在改进粒子群算法迭代后期采用改进的搜索模式,对传统粒子群的速度迭代公式进行改进;仿真实验对比了工业机器人几何误差标定前与标定后两种算法的末端定位精度。实验结果表明:在采用粒子群算法辨识工业机器人实际几何参数的过程中,粒子群数目对算法的迭代时间有重要影响,通过线性递减的方式减少粒子群的粒子数目可以有效地减少工业机器人几何误差标定时间,同时在粒子群算法迭代后期采用改进的速度迭代公式可以确保收敛精度。与传统粒子群算法相比,使用改进后的粒子群算法,不仅可以有效减少工业机器人的定位误差,而且还拥有更高效的迭代效率。     

利用测距值优化的室内三维定位算法

为了解决实际误差分布与假设误差分布不匹配导致最小二乘三维定位算法精度较低的问题,提出一种基于测距值优化的最小二乘室内三维定位算法.结合残差修正、Cayley-Menger行列式及空间四面体几何约束,利用非线性规划方法优化测距值,使测距误差符合高斯分布特性,从而提高最小二乘三维定位算法的定位精度.实验对比分析结果显示,所提算法具有较高的定位精度及稳定性.     

空间球交会的三维加权质心室内定位算法

针对室内定位缺少全球导航卫星系统(GNSS)信号,且传统定位方式定位精度特别是在高程上精度较低的问题,在分析普通三维定位算法、基于场强的三维加权定位算法和基于距离的三维加权定位算法基础上,提出了一种空间球交会的三维加权质心室内定位算法.该方法以未知点与接入点之间距离为半径绘制空间球体,任意两个空间球体构成一个空间球体对,将空间球体对位置关系划分为5种情况;引入前方交会原理,推导空间球体对与待测未知点的几何关系,反演得出5种情况的坐标计算公式;将距离倒数作为参考点权因子,计算未知点三维加权坐标.实验表明:该方法比普通三维定位算法、基于场强的三维加权定位算法和基于距离的三维加权定位算法定位误差明显减小,在点位高程方向上比这3种方法定位精度提高40%以上.     

一种平行片簧结构扫描测头的研制

针对凸轮轴及曲轴测量的实际需要,设计了一种一维扫描测头,建立了测头的力学理论模型,并重点研究其核心部件平行片簧机构的受力变形理论,推导完善了平行片簧机构的变形公式.定量分析了影响测头测量精度的因素,找出误差产生的根源.以凸轮轴测量仪为实验平台完成了测头的性能实验,采用VDI-3441评价标准得到测头的重复定位误差为1.72μm.     

高定位精度转台检测系统调整误差补偿

某用于实验室激光通信实验的转台要求具有±1.5″的定位精度,为了对该高定位精度转台实施检测,搭建了由24面棱体、定心装置、0.2″二维光电自准直仪和支架组成的高精度测角系统,对该测角系统进行了准直误差理论分析。结果表明:多面棱体偏心对定位精度的测量结果影响很小,一般可以忽略,但自准直仪的调整误差对高定位精度的测量影响很大。为了消除该系统误差,在理论分析的基础上,提出了一种基于角度标定的调整误差补偿的方法并进行了实验验证。通过精细调整减小调整误差方法测得转台定位精度σ为0.936″,而采用新补偿调整误差方法测得定位精度σ″为0.922″,σ″相对σ的相对误差为-1.496%,且满足转台定位精度要求。实验结果证明了本文方法的快速性和可靠性。     

基于迭代学习控制的原子力显微镜成像

原子力显微镜（AFM）在成像过程中要求纳米级的定位精度,利用压电陶瓷扫描器能满足要求。该文针对压电陶瓷的非线性及外部环境干扰带来的不利影响,设计一种基于迭代学习算法的AFM扫描成像控制器。通过将水平平面内的扫描运动转换为路径跟踪控制问题,在跟踪过程中对前一迭代周期的误差信息进行非因果学习,保证输出沿迭代轴的快速收敛性,以获得理想的跟踪性能。路径跟踪仿真和实际系统成像实验表明该算法可以有效改善系统非线性和外部环境干扰带来的不利影响,显著提高原子力显微镜的成像质量。     

基于点球约束的七自由度机器人误差建模与参数辨识

自动化装配对于机器人绝对定位精度提出了更高的要求，由于各种误差因素的影响，机器人理论位姿和实际位姿总是存在着一定的误差，若绝对定位精度过低，容易导致装配过程中零部件之间发生碰撞，严重影响着装配机器人的应用与推广。标定技术是提高定位精度的主要手段，误差建模、数据测量、参数辨识是标定与误差补偿过程中的重要环节。为此，提出了一种基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法：1)通过在机器人末端安装的六维力传感器反馈末端受力情况控制机器人以多种姿态使标定锥与靶标球球面重合，记录接触时各关节的位置数据;2)以靶标球球体半径为适应度函数，利用遗传算法辨识误差参数，从而建立完整的误差补偿模型。以自主研制的七自由度装配机器人为研究对象，针对装配机器人的结构特点，由正向递推建立机器人的正运动学方程，应用固定关节法与反变换法获得机器人逆运动学方程；基于D-H模型，建立机器人的运动学误差模型，在理论研究中，预设定误差参数与位姿变换矩阵，通过牛顿迭代法获取了关节变量值，将关节变量值代入正运动学方程进行验证，利用遗传算法进辨识误差参数，将辨识结果代入运动学模型中进行验证，机器人定位精度得到明显提高。通过实验，采用点球式标定方法采集机器人关节数据，应用遗传算法辨识误差参数，将所求得的误差参数代入误差模型中进行实验，绝对定位精度提升了76.74%，验证了基于点球约束的机器人误差建模与参数识别方法的有效性，为多自由度机器人标定研究提供有益参考。     

仿人多关节坐标测量机的数学建模及其误差分析

仿人多关节坐标测量机是一种新型的非笛卡尔式坐标测量机,它仿照人的腰关节,肩关节,肘关节和腕关节的结构,将一系列杆件和测量间通过具有旋转导轨的关节连接起来,以角度测量基准取代了长度测量基准,从而具有结构简单,体积小,测量范围大,使用灵活方便等优点。     

遗传-禁忌搜索优化的三维DV-Hop定位算法

为进一步提升无线传感器网络的定位精度和稳定性,提出了一种利用遗传-禁忌搜索法改进的三维distance vector-hop （DV-Hop）定位优化算法（TDGT）.首先利用最优跳数、跳数调整因子以及锚节点距离误差加权值对DV-Hop中的节点间跳数和平均跳数进行改进和修正,降低了算法的定位误差;其次将具有快速搜索能力的禁忌搜索引入遗传算法中进行寻优,提升了算法的搜索效率和定位准确性.仿真结果表明,TDGT与现有的无线传感器网络定位算法相比,具有更佳的寻优搜索能力、定位精度和稳定性.     

基于EMD和二次多项式拟合的单双端行波组合定位方法

输电线的准确故障定位是电力系统安全稳定运行的重要保障。为解决单端行波法中反射波头的标定难问题, 提出一种基于EMD的单双端组合定位方法。用双端法进行初步故障定位, 预估反射行波到达测量点的大概时间, 从而对反射波头进行准确识别, 再采用单端行波算法进行定位计算。为减小传统故障定位存在的在采样间隔内的定位误差, 采用基于最小二乘法的二次多项式拟合算法对各个时间点进行准确标定。ATP和MATLAB的故障定位仿真结果表明, 基于EMD和二次多项式拟合的组合定位方法既可以保证可靠性, 又能得到较高的定位精度, 对故障定位技术有一定参考价值。     

基于光线追踪重构可视外壳的算法误差分析

针对二维图像三维重构时对输入数据精度要求比较高的问题,采用Maya建模,运用直接线性变换（DLT）定标系统进行定标实验.对于各种输入扰动进行测试与误差分析,总结出各种输入误差的影响,并使用光线追踪算法进行重构实验,检测参数的误差对最后重构结果造成的影响.相机定位不精确会对重构物体的完整性造成较大的影响,照片边界坐标不精确、旋转角度不精确会根据偏差的程度,在相应的坐标轴方向上对重构结果造成影响.通过分析误差对重构结果偏差的影响,设计调整输入可以减小重构误差的方案.     

汽车行驶跑偏测试系统中标定架的设计

为保证汽车行驶跑偏测试系统的测试精度,运用理论与实验相结合的方法设计标定架以校正CCD图像传感器的安装误差和统一多个传感器的物理坐标;通过研究标定算法与控制点关系,分析控制点分布对标定误差的影响,确定控制点的维数与分布;以尺寸链计算来合理分配标定架各构件公差,保证控制点位置精度,并研讨了再次标定控制点位置精度与首次标定一致性问题。试验证明,设计完成的标定架充分满足系统精度要求和使用要求。     

NLOS环境中的线性回归最小二乘三维定位算法

针对室内非视距无线环境中移动终端的三维定位问题,提出了一种非视距无线环境中基于线性回归与最小二乘法的三维定位算法。首先,基于无线通信环境中波达时间(TOA)的测量误差具有正偏置的特性,运用线性回归估计测试终端到基站之间的非视距测量距离误差与真实距离之间的线性关系;然后,根据该线性关系运用最小二乘原理对移动终端进行三维几何定位。实验结果表明,算法具有较高的定位精度,最大定位误差不超过2 m,且在非视距环境下,所提出的定位算法不仅不需要TOA的时延分布先验知识,而且定位精度优于其他基于TOA的两阶段最小二乘定位算法的定位精度。     

基于iGPS和机器人的大尺寸接触式测量系统

针对传统大尺寸复杂曲面特征点坐标测量过程中存在的被测工件与测量系统进行坐标系统一时会存在较大偏差、被测工件在测量过程中易产生移动和深孔中心位置点无法准确测量等问题,设计了一种用于大尺寸复杂曲面特征点的坐标测量系统。首先,对手持框架和探针的结构进行了设计,使用iGPS定位系统和工业机器人搭建了测量系统。然后,采用微平面法对探针测头进行了补偿。测量系统可同时实现对大尺寸曲面上特征点三维坐标的自动化测量和动态测量。实验结果表明:采用微平面法的测头补偿误差不超过±0.2mm,深孔中心位置点的测量精度在±0.2mm左右,测量系统不确定度为0.279mm。测量系统可实现大型复杂曲面坐标的动态跟踪测量,且适用于带有深孔特征的曲面测量。     

Ultrasound probe guiding method using vision and force

Since images in traditional ultrasound-guided puncture surgery are obtained by touching the position of the lesion with a hand-held ultrasound probe, it often causes puncture failure by inaccurate probe positioning and unstable contact force control due to the doctor’s fatigue or poor experience. In this regard, a method for guiding the automatic positioning of the ultrasonic probe by using vision and force is proposed. First, the combined image processing algorithm and matching algorithm are used to detect the small target feature points. Then, the robotic arm is used to guide the ultrasonic probe to the initial desired pose based on the desired image through the positional visual servo and pose transformation. Finally, the force closed-loop control algorithm is adopted to fine-tune the probe position to ensure a constant contact pressure. Experimental results show that the average of the feature point detection matching error and the average visual positioning error of this method is within 2.5 pixels, and that the average contact force of the ultrasonic probe is stable at 3.86N. Compared with the traditional hand-held method, the ultrasonic probe has a higher positioning accuracy and more stable contact with the measured object, which makes the doctor’s operation easier.