球坐标法激光跟踪测量系统自校正方法研究

建立了测量系统运动学模型;针对以往球坐标激光跟踪系统中参考点只能借助于外部具有更高精度的仪器来校正的缺点,提出平面约束自校正方法,并对测量系统进行了自校正研究.仿真结果表明了平面约束自校正方法的有效性.     

双目PMP视觉测量中立体匹配方法的设计与实现

针对PMP视觉测量中物体深度变化大或表面形状复杂时出现的误匹配问题,提出一种基于区域分割和视差修正的立体匹配方法。研究了四步相移法和多频外差相移的基本原理,并采用基于OpenCV的标定立体校正方法对光栅图像进行了校正;结合PMP视觉测量系统的特点对相机视场进行分析,根据视场各区域的相位信息特点以及视差约束,提出基于混合阈值的区域分割原则和实现方法;应用视差求解和视差校正获得有效的视差图,并在自主研发的PMP视觉测量系统中验证了立体匹配方法的有效性。     

基于单张平面靶标的视觉测量系统快速校正研究

为解决双目测量系统传统标定方法过程复杂、应用条件苛刻、很难满足应用过程中准确快速校正的难题,提出了一种简便的校正算法。该算法仅需采集一张平面靶标图像,然后利用多视图几何中的绝对二次曲线特性,即可实现双目测量系统结构参数的校正优化。实验表明,利用该算法可以达到初始标定的精度,满足实际应用的可靠性需求。     

一种基于投影校正的在机工件三维重构方法

提出了一种新的基于投影校正的移动式单目视觉三维重构方法。在投影校正后的立体图像对平面上,所有极线相互平行且处于水平方向,共轭极线位于同一条水平线上,使单目摄像机在移动前后的两个位置拍摄的图像的对应点匹配搜索从二维平面降至一维水平线,为图像匹配提供了极为有利的约束条件。采用该投影校正的方法对铣床上的工件进行了三维重构,证明了该方法的有效性。     

受平面折射影响的视觉测量技术研究

针对防爆相机玻璃保护罩因平面折射导致的相机成像偏差对视觉测量的影响,推导出非平行平面折射下的相机模型,并在此基础上提出了基于动态虚拟焦距的折射畸变的校正方法,有效解决了相机光轴与折射面法向量不平行时折射畸变难以校正的问题。实验结果表明：校正后的图像偏差的均方根误差分别下降了68.69%、72.82%,校正后的测量相对误差低于0.5%,校正后相机的定位精度和测量精度均有明显的提高。     

一种机器人的平面约束自标定技术研究

针对目前基于平面约束的标定方法误差模型复杂、实验条件较为苛刻等问题,提出了一种操作简单的平面约束标定方法。首先提出了修正的末端位置误差模型;其次在标定块的角点上建立坐标系,利用测量头对经过该角点的三个平面分别进行接触式测量,记录接触瞬间的各组关节角度值并将机器人末端位置转换到标定块坐标系中,从而建立平面约束误差模型;另外通过接触式测量头及编程实现了自动化测量,提高了标定效率;最后对运动学参数误差进行辨识并将结果修正到控制器。实验表明,机器人的绝对位置精度有明显提高。该标定方法成本低、效率高、操作简单,在保证精度的前提下简化了误差模型,具有实际应用价值。     

现场双经纬仪三维坐标测量系统

分析了经纬仪透视投影模型以及双经纬仪三维坐标测量模型。采用线性与非线性相结合的方法来求解双经纬仪坐标测量系统的参数,首先由8个以上空间点在两台经纬仪投影平面内对应的投影坐标计算出本质矩阵E,通过本质矩阵E的奇异值分解以及空间绝对距离的约束采用线性方法求出右经纬仪的投影矩阵,然后建立包含空间点在两台经纬仪投影平面内投影点固有约束以及空间点三维坐标在内的目标函数,并以线性方法求出的参数为初值,采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。该方法保证了求解参数为全局最优,且求解速度快。试验结果表明,该方法切实可行。     

利用直线特征的定标图像非线性畸变校正

针对管道弯曲度测量系统中定标图像的特点，提出了一种利用图像中直线特征的非线性畸变校正方法。在畸变得到有效校正的前提下，三维空间中的直线投影到图像平面上应该是直线。先提取畸变图像的边缘，利用边缘线段长度作为判据，剔除野值。把边缘的畸变误差总和作为目标函数，通过最小化目标函数获得最优畸变系数，利用该组系数校正原图像的非线性畸变。实验结果表明，该方法的校正精度较高，适用于管道弯曲度高精度的测量，而且易于实现。     

十字形磁梯度张量系统的误差校正

针对十字形磁梯度张量系统中的单磁力仪误差(三轴灵敏度偏差、非正交误差和零点漂移误差)以及磁力仪之间存在的不对正误差,提出了十字形磁梯度张量系统的误差校正方法。首先,建立单磁力仪误差模型,采用基于椭球约束的最小二乘拟合算法对磁力仪的测量数据进行拟合从而得到椭球拟合参数;然后,接着利用Cholesky分解得到单磁力仪误差校正矩阵;最后在单磁力仪误差校正的基础上,利用正交Procrustes方法对不同磁力仪间的测量数据进行拟合从而得到磁力仪间的不对正误差校正矩阵。对提出的方法进行仿真与实测实验验证,实验结果表明:经过校正,磁梯度张量各分量的最大波动量由10 049nT/m降到52nT/m。提出的校正方法可以基本消除十字形磁梯度张量系统的误差,提高测量结果的准确度,且方法操作简单,不需要高精度的三轴无磁转台等设备,具有较高的实用价值。     

近景摄影测量系统中非编码点匹配算法研究

从同一场景的多幅图像中找出对应的非编码点,是实现近景摄影测量的必要前提。分析了同场景多幅图像中非编码点之间的几何约束,提出了以三视极线和图像拓扑结构为约束的离散图像点匹配算法。先将同时满足三视图三极线和图像拓扑结构约束的点作为确定的匹配点并赋予编码值;再利用已经编码的标记点,以对极几何和图像拓扑结构为约束对剩下的未匹配点进行匹配。将该方法应用于铁牛三维光学测量系统的特征点测量系统进行的实例验证表明,当拍摄像平面和物平面夹角较小时,匹配完全正确;而在一般的拍摄条件下,其正确匹配率约为97%。     

基于弦方法的平面并联操作手工作空间分析

采用一种工作空间边界求解的新方法——弦方法对平面并联操作手工作空间的综合问题进行了研究。首先给出了弦方法的基本原理和求解步骤。在平面并联操作手运动学分析的基础上,利用弦方法易于加入约束条件的特点,以机构的灵巧性指标为约束,采用约束跳步优化搜索算法得到具有良好运动学特性的工作空间边界。最后给出了几个具体的设计算例。     

DYNAMIC DESIGN OF VARIABLE SPEED PLANAR LINKAGES

A method for improving dynamic characteristics of planar linkages by actively varying the speed function of the input link is presented. Design criteria and constraints for the dynamic design of variable speed planar linkages are developed. Both analytical and optimization approaches for determining suitable input speed functions to minimize the driving torque, the shaking moment, or both simultaneously of planar linkages, subject to various design requirements and constraints, are derived. Finally, some examples are given to illustrate the design procedure and to verify its feasibility.     

采用八叉树体素生长的点云平面提取

提出了一种高效的基于八叉树体素自适应生成与体素分层次生长的平面提取方法,其主要思路为采用体素信息统计的方式进行相关阈值参数的自动选定,以及基于体素的生长替代基于点的生长进行平面提取。首先,对点云进行八叉树初始剖分并计算其几何属性信息(包括法矢、特征值以及维度特征描述符等);然后,通过统计得到细分终止条件,并对初始八叉树进行进一步自适应剖分,得到一系列非均匀八叉树体素;最后,在体素层面进行区域生长阈值的统计与体素的分层次生长,进行点云平面的精细提取。利用4种不同类型的点云数据对本文算法进行了测试。实验结果显示:精度和召回率可以达到95%以上,表明本文算法对数据质量不敏感,可以自动适应不同平台采集的、不同分布密度和不同数据质量的激光点云,并且高效地得到精细的点云平面提取结果。     

平面四杆五接头拍扬机构之新构造设计

对平面四杆五接头拍扬机构进行新构造设计研究。依据现有机构,分析归纳其拓朴构造特性,并订定设计需求限制,以颜氏创造性机构设计方法,进行一般化、特殊化、特性编码及具体化,设计出符合设计需求与限制条件的六个平面四杆五接头拍扬机构新构造。     

一种基于几何约束满足的平面连杆机构分析的新方法

通过几何约束满足描述平面连杆机构,运用几何归约方法分析了平面连杆机构的组成,提出了适用于计算机表达的归约树表达形式,在此基础上研究了消极子运动链,解决了平面运动链的驱动副选择问题,研究开发了将归约算法应用于机构运动仿真和二维构件参数化装配系统。     

Force transmission performance for a novel deformation wheel with crank slider mechanism

This study aims to analyze the force transmission characteristics of a novel wheel composed of a mechanism of planar crank slider with virtual constraints.     

轴向柱塞泵平面配流副的优化设计模型研究

轴向柱塞泵平面配流副的优化设计模型研究李小宁毕诸明路建萍（南京理工大学制造工程学院２１００９４）１引言轴向柱塞泵平面配流副是指由泵缸体与配流盘组成的转动摩擦副。在工作时，配流副之间的高压液体对缸体产生必要的反推力和反推力矩，以平衡柱塞对缸体产生的压紧...     

并入约束的实体重构方法

提出了一种并入约束的几何重构新方法 ,即将约束直接并入几何特征参数矢量优化求解。与已有的研究方法比较 ,其特点是减少优化变量个数 ,避免求解大量约束方程。通过实例验证该方法提高了优化求解效率和重构精度 ,并有望在设计与制造领域得到广泛应用。     

平面并联机构位置正解的粒子群复形法

根据杆长约束条件,给出了求解3-RPR平面并联机构位置正解的无约束优化模型.结合复形法与粒子群的优点,提出了机构综合方程无约束优化求解的粒子群复形法.该方法克服了牛顿法初值不易选择的问题,同时也克服了复形法和粒子群算法易陷入局部极值而导致方程组的解精度不足的问题.平面并联机构数值实例表明文中提出的方法能求出全部装配构型.该方法具有全局搜索性,收敛速度较快、精度较高.可以满意地求出对未知数具有敏感性的非线性方程组的解.     

NOVEL METHOD FOR ERROR ANALYSIS AND SELF-CALIBRATION OF LASER TRACKING MIRROR MECHANISM

Laser tracking system （LTS） is an advanced device for large size 3D coordinates measuring with the advantages of broad range, high speed and high accuracy. However, its measuring accuracy is highly dominated by the geometric errors of the tracking mirror mechanism. Proper calibration of LTS is essential prior to the use of it for metrology. A kinematics model that describes not only the motion but also the geometric variations of LTS is developed. Through error analysis of the proposed model, it is claimed that gimbals axis misalignments and tracking mirror center off-set are the key contributors to measuring errors of LTS. A self-calibration method is presented of calibrating LTS with planar constraints. Various calibration strategies utilizing single-plane and multiple-plane constraints are proposed for different situations. For each calibration strategy, issues about the error parameter estimation of LTS are exploded to find out in which conditions these parameters can be uniquely estimated. Moreover, these conditions reveal the applicability of the planar constraints to LTS self-calibration. Intensive studies have been made to check validity of the theoretical results. The results show that the measuring accuracy of LTS has increased by 5 times since this technique for calibration is used.