柔性多关节移动机器人末端残余振动控制研究

针对目前柔性多关节移动机器人末端残余振动控制方法控制跟踪误差大,控制柔顺性差问题,提出一种新的控制方法.通过简化概念模型分析柔性关节,利用确定弹性势能、机械动力、运行轨迹建立柔性多关节移动机器人末端动力学模型.分析信号与关节点之间角度,确定柔性多关节移动机器人末端运动误差,建立误差模型,利用DETMAX算法分析运动参数,实现最小姿态选取,利用运动参数,实现振动控制.研究结果表明,引入运动学参数后,在控制机器人运动过程中会考虑阻抗能力和柔顺性能,机器人以线性系统的方式运行,各关节运动都得以优化,末端残余振动受到有效抑制,跟踪误差得到有效减小,移动机器人关节柔性更好.     

基于非精确图匹配的三维CAD模型局部检索

本文提出一种基于非精确图匹配的三维CAD模型局部匹配方法。该方法首先将三维模型转化为属性邻接图表示;然后计算目标模型与被检索模型的属性邻接图之间顶点相容程度矩阵与边相容程度矩阵,并由此建立顶点匹配矩阵的目标优化函数;最后运用平均场理论求解匹配优化问题。在匹配过程中,充分利用属性邻接图的顶点与边属性信息动态裁剪搜索空间,实现快速的匹配。实验结果表明,该方法能够检索到不同相似程度的三维CAD模型,并且检索效率满足实际要求。     

采用改进粒子群优化粒子滤波的三维人手跟踪

针对高维人手状态空间中的采样稀疏问题,提出了一种基于改进粒子群优化粒子滤波的关节人手跟踪方法,用于从Kinect获取的深度图像序列中恢复三维人手运动。首先,利用简单几何基元建立三维人手模型,并为其添加自由度节点,用于在跟踪过程中生成可与观测特征进行比较的人手姿势假设。然后,在粒子滤波框架下,使用深度图像作为观测输入,融合深度特征与区域特征建立了系统观测模型。最后,将粒子群优化粒子滤波应用于关节人手运动跟踪。为避免在高维空间中的早熟收敛问题,利用模拟退火思想和局部随机化方法对算法进行改进,增强了算法的全局搜索能力。通过合成序列和真实序列上的跟踪实验对该方法进行了评价,结果表明该方法的关节角度跟踪误差均值约为2.3°,标准差约为1.7°,优于标准粒子滤波和标准粒子群优化跟踪方法,可以准确、鲁棒地从深度图像跟踪三维人手运动。     

基于模型的大型曲面外形检测与评定

针对大尺度产品曲面外形检测效率低、精度与评定一致性差等问题,提出了基于模型的曲面外形检测与评定方法。针对飞机蒙皮外形检测,在分析大型曲面检测要求的基础上提出"双截平面法"的布点策略,基于隔框位置在蒙皮CAD模型上进行测点布局与检测路径规划。以激光跟踪仪测量结果作为数据支持,提出基于模型的"点-线-面"曲面综合评定方法:基于点的误差分布可视化反映蒙皮上各点的误差分布情况;线轮廓度反映蒙皮在隔框上的装配质量,是保证飞机外形准确度的关键;面轮廓度反映飞机蒙皮总体装配质量。基于模型的曲面外形检测与评定可快速地对蒙皮模型进行测点布局与路径规划,并能精确地评价蒙皮装配质量。     

基于稀疏贝叶斯学习的相关向量跟踪

结合稀疏贝叶斯学习方法和支持向量跟踪(SVT)原理,提出了相关向量跟踪(RVT).由于跟踪系统事先学习到了目标的"知识",故匹配发生在候选图像块与先验知识之间,而不必考虑模板更新.相关向量有比支持向量更稀疏的性能,所以相关向量跟踪比支持向量跟踪有更快的帧处理速度.另外,为了解决由于运动导致目标尺寸发生变化的匹配跟踪问题,采用了灰度真方图特征,引入了运动预测和变尺寸采样的方法.上述性能和方法在实验中得到了证实.     

基于电磁跟踪系统的人体上肢运动实时检测方法

采用电磁跟踪系统对人体上肢运动数据进行测量,建立人体上肢的简化模型,并在此基础上布置传感器,达到实时跟踪的目的.提出一种通过电磁跟踪系统各个传感器得到的数据计算关节旋转矩阵的新算法,从而计算出上肢运动时各关节旋转角度,可用于对人体上肢日常活动范围的测量.     

基于属性关系图优化匹配的多运动目标跟踪

针对复杂监控场景中往往无法准确检测前景目标,导致难以有效跟踪目标的问题,提出了一种基于属性关系图优化匹配的多运动目标跟踪方法,将目标跟踪问题转化为前景目标跟踪标记的优化问题,实现多运动目标跟踪.将前景区域按颜色、空间特征一致性划分为多个碎片;采用属性关系图描述目标模型,分析计算出属性关系图外观模型的属性相似度;提出通过概率松弛法计算目标函数并采用遗传算法进行优化匹配,得到前景碎片最优的跟踪标记,从而完成多目标跟踪.在多个监控视频上的实验结果表明,本方法能大大提高跟踪性能,实现复杂监控场景中的多目标跟踪.     

基于运动捕捉仪的人体上肢运动轨迹参数的测量与分析

针对人体上肢运动的轨迹参数和方程模型复杂、计算量庞大的问题,提出了一种新型的测量上肢运动轨迹方法。首先对人体上肢运动模型进行了重新分析与简化,根据人体上肢运动特点设计了一组实验,其中包含单关节运动实验、多关节协同运动实验及任务实验;通过NDI运动捕捉仪系统采集了实验者的上肢基本运动数据;将实验数据中的离散点用曲线拟合并展开后,得到了各组实验中各关节的周期性轨迹方程;运用ADAMS进行了建模及运动仿真,以验证拟合轨迹方程的正确性。研究结果表明,该方法能有效测量人体上肢运动参数,其结果可供上肢康复训练机器人的运动轨迹控制与上肢运动功能评价时参考。     

液压凿岩机器人机械臂轨迹规划研究

针对液压凿岩机器人机械臂的轨迹规划问题,提出一种液压系统与机械臂轨迹优化相结合的全局功率匹配方法。构建机械臂运动学位姿模型,在关节坐标系内基于三次多项式、五次多项式和带抛物线过渡的线性插值函数等寻优算法进行机械臂轨迹规划。搭建机械臂液压系统运动轨迹跟踪仿真模型,获取仿真环境下多液压缸协同控制的运动规律,根据不同轨迹曲线结合液压系统的各部分变量进行参数合理匹配与控制策略优化,从而进行了液压凿岩机器人机械臂轨迹规划验证。研究结果表明:五次多项式的规划方法能精确跟踪期望的关节运动轨迹,同时满足平稳运动和低耗能的要求。     

飞机蒙皮清洗机器人的运动分析和轨迹规划

针对现阶段飞机蒙皮清洗的手工作业方式劳动强度大和工作效率低等问题,提出采用工业机器人代替手工作业进行飞机蒙皮清洗的方案。以FANUC R2000iB_125L型机器人为研究对象,运用经典的D-H原则,构建了机器人的D-H模型并对其进行运动分析,得到其连杆参数和关节运动的角度、角速度和角加速度曲线,验证了模型的正确性。通过不同的轨迹规划方法对轨迹进行优化,得到了更加符合实际生产要求的机器人轨迹曲线,为确定机器人在飞机蒙皮表面清洗的运动轨迹提供了理论依据。     

Three-dimensional morphing of similar shapes using a template mesh

Shape morphing is the process of transforming a source shape into a target shape, through a series of intermediate shapes. There are two important problems to be considered in three-dimensional shape morphing: conforming mesh generation and path interpolation. In this paper, a novel approach in which a template mesh is mapped directly to the target mesh is proposed for the efficient treatment of the conforming mesh generation problem. Our mapping technique is based on a shape deformation method using an implicit function and the well-known mesh smoothing scheme, so the implementation of the method is very simple and robust. After mapping the source mesh to the target mesh, i.e., after obtaining a consistent mesh parameterization of the two shapes, the intermediate shapes are obtained by linear interpolation of the modified Laplacian coordinates of the source and target meshes. We demonstrate many examples of morphing between various shapes, including a model of the human head, a head sculpture model, and models of the human body in different poses to show the validity and effectiveness of the proposed method.     

融合通用形变模型信息的面部三维重建

基于图像对的立体重建是用于获取人脸三维信息的通用方法,但根据图像数据和重建算法所得到的三维重建结果存在各种误差,本文对通用形变模型进行改进并与三维立体重建融合以得到更精确的重建结果。首先使用Max-Margin对象检测算法来获取面部边界框,其中回归树集合法能直接从像素强度的稀疏子集识别面部特征点。然后通过PCA颜色模型生成形状和颜色的三维面部统计模型,利用ISOMAP算法将三维网格转换为二维表面并提取纹理信息,得到面部模型。最后在源网格上进行两步非刚性表面配准的变形过程:先通过对源网格进行二次采样来选择少量网格点来表示源的全局变化,并选取径向基函数(RBF)进行非刚性全局变形;再对源顶点进行Procrustes分析获得非刚性变换,再通过加权方案来进行k-近邻变换,得到平滑的局部变形。将单图像重建的面部模型,立体重建的面部模型和本文的面部变形模型与高质量扫描云图进行对齐比较,得到面部变形模型的3个RMS值分别为2.795 2,2.102 8和2.153 4,相比于其他模型,面部变形模型更接近高质量扫描云图,即与原图像一致性更高,误差更小。面部变形模型的定性和定量分析表明,立体重建与人脸一般形状信息的组合在几何信息的表达上优于基于通用模型的单个图像重建以及未考虑通用模型的立体重建。     

基于一致性点漂移的智能车视觉目标跟踪方法

针对智能车未知运动下的多目标跟踪问题,提出一种基于一致性点漂移的视觉多目标跟踪方法。 首先利用一致性点漂 移算法构建智能车未知运动模型,得到局部目标状态变换关系;其次建立一种基于外观相似性和运动一致性的自适应特征融合 函数;最后通过匈牙利算法求解轨迹与检测的对应关系,以实现面向智能车的鲁棒数据关联。 实验结果表明,与现有的 5 种主 流目标跟踪方法对比,所提方法在多个指标方面具有更好的效果,相较于结构约束(SCEA)算法,在 KITTI 数据集中较大运动场 景下,所提方法多目标跟踪准确率提高了 6. 3% ,在实拍实验数据下,所提方法多目标跟踪准确率提高了 7. 3% ,证明该算法能 在智能车未知运动下有效的进行多目标跟踪。     

基于三维凸包的可变形离散网格模型

针对有限三维点集的表面重构问题，提出一种可变形网格模型的建模方法。对网格模型的流形表达、可变形网格的约束模型等关键技术进行了研究和探讨，提出了确定和维护网格变形方向的方法，并给出了三维离散点集的凸包计算结果。     

心脏动脉旁路手术中手术辅助机器人的模型跟随控制

为了使非体外循环心脏动脉旁路移植(CABG)手术中的手术辅助机器人能快速、准确地跟踪心脏表面手术点的运动,消除心脏与手术工具的相对运动,提出了心脏运动信号的自适应时变线性回归模型,将对心脏信号的跟踪问题转化为对心脏运动信号模型的运动跟随问题。应用卡尔曼滤波器动态估计手术辅助机器人系统的运动状态,并结合最优跟踪理论实现了基于心脏运动模型的随动跟踪控制。实验结果表明,与以往的相动运动消除算法相比,运用模型跟随控制算法的机器人系统能将相对运动消除能力提高30%,跟踪误差减小0.25 mm。因此,基于心脏运动自适应模型跟随算法能够进一步消除CAGB心脏手术中的相对运动,大大减小了动态跟踪误差。     

形状约束的样本填充式三维模型修复

为解决不完整三维模型修复过程中孔洞形状不规则、现有方法曲面配准精度不高的问题,提出一种能够有效保持孔洞边界过渡自然并恢复模型表面细节特征的模型修复方法。首先,追踪所有1-邻域边和1-邻域三角形数量不相等的点来探测模型的孔洞边界。设计一种基于二维网格数量的算法确定不完整模型的匹配候选集,同时根据双稀疏表示的三角网格顶点位置误差、边平滑误差和正交约束来预测最优匹配模型;然后,结合边界顶点的曲率、边界轮廓线折角的余弦值及相邻边界点的线段长度构造能有效表达不完整模型与碎块模型之间对齐关系的特征点描述子;最后,使用二阶伞算子来平滑模型的修补边界。实验结果表明,模型修复时间节省19%~26%,模型修复误差平均下降35%。该方法打破了当前模型修复方法中修复裂缝大且难以实现模型表面细节的局限性,可快速有效地实现破损模型的修复。     

Quasi Ellipsoid Gear Surface Reconstruction Based on Meshless Local Petrov-Galerkin Method and Transmission Characteristic

Special transmission 3D model simulation must be based on surface discretization and reconstruction,but special transmission usually has complicated tooth shape and movement,so present software can't provide technical support for special transmission 3D model simulation.Currently,theoretical calculation and experimental method are difficult to exactly solve special transmission contact analysis problem.How to reduce calculation and computer memories consume and meet calculation precision is key to resolve special transmission contact analysis problem.According to 3D model simulation and surface reconstruction of quasi ellipsoid gear is difficulty,this paper employes meshless local Petrov-Galerkin(MLPG) method.In order to reduce calculation and computer memories consume,we disperse tooth mesh into finite points-sparseness points cloud or grid mesh,and then we do interpolation reconstruction in some necessary place of the 3D surface model during analysis.Moving least square method(MLSM) is employed for tooth mesh interpolation reconstruction,there are some advantages to do interpolation by means of MLSM,such as high precision,good flexibility and no require of tooth mesh discretization into units.We input the quasi ellipsoid gear reconstruction model into simulation software,we complete tooth meshing simulation.Simulation transmission ratio during meshing period was obtained,compared with theoretical transmission ratio,the result inosculate preferably.The method using curve reconstruction realizes surface reconstruction,reduce simulation calculation enormously,so special gears simulation can be realized by minitype computer.The method provides a novel solution for special transmission 3D model simulation analysis and contact analysis.     

基于直线光流场的三维检测新方法

提出了基于直线光流场的三维检测计算方法。在透视投影下,将表示二维直线的参数对时间的导数定义成直线光流场,详细推导出基于直线光流场检测三维刚体运动参数的模型。使用最小二乘法,求出刚体的三维旋转运动参数、平移运动参数和空间直线坐标,从而实现了刚体的三维检测。该方法利用单目图像序列中连续3幅图像的2对直线光流,能够检测出物体的运动参数和结构参数,有助于全面检测和识别物体。多组实验表明该方法是稳定的,具有较好的鲁棒性能。     

面向激光跟踪仪跟踪恢复的伺服运动角度计算方法

为了解决激光跟踪仪跟踪恢复过程中快速精确的获取伺服运动角度问题,提出了一种面向激光跟踪仪跟踪恢复的伺服运动角度计算方法。首先阐述了基于主动红外探测的激光跟踪仪跟踪恢复原理与合作目标靶球视觉目标检测特点,并分析了跟踪恢复过程中光轴视轴非共轴不平行问题所导致的伺服运动角度非线性变化问题;其次,构建了目标距离、目标像素偏差值与伺服运动角度关系的计算模型,完成了基于整定数据的模型参数整定;最后,开展了验证实验并进行了精度分析。实验结果表明,计算模型得到的跟踪恢复角度与实际跟踪恢复角度差值不大于0.007 7°,最大偏移距离误差小于2 mm,满足激光跟踪仪跟踪恢复的应用要求。     

三维CAD/CAE一体化的参数化动态有限元建模

提出了一种基于CAD参数化技术与CAD／CAE一体化技术的参数化动态有限元建模方法，该方法解决了三维实体有限元建模中几何模型的描述与驱动、参数联动、模型自动更新等一系列问题，为先进的参数化有限元分析与优化设计提供了关键技术基础；阐述了三维参数化动态有限元建模方法中的若干关键技术，包括具有典型意义的基于AutoCAD／MDT二次开发环境ObjectARX的CAD／CAE集成方法、复杂三维组合曲面网格全自动生成算法、复杂三维实体的四面体网格全自动生成算法、面向对象的有限元模型描述方法，以及有限元模型的参数驱动方法等；建立了一个三维参数化形状优化设计应用原型系统。