基于降维状态观测器的轮轨力估计方法研究

轮轨作用力对车辆的运行品质及安全有重要影响;现有轮轨力测量方法采用了特制的测力轮对测量和轨道静态测量,其成本高、周期长、稳定性差;对现有轮轨力测量方法进行了研究,提出了降维状态观测器的方法观测轮轨力;建立单轮对车辆轨道垂向耦合模型,以车辆状态响应值与轨道激励作为降维状态观测器的输入;通过Matlab仿真计算,得出轮对振动位移的观测值快速收敛于仿真值,轮轨力有很好的吻合性;随着车辆速度增加振动位移收敛时间变长,轮轨力误差增大;结果表明,在一定条件下,此方法能够很好的地观测轮轨力的大小,为轮轨力的实时估计提供一种的新方法。     

基于神经网络的轨道车辆振动预测

车体振动加速度是反映车辆振动状态及轮轨接触品质的重要参数;基于NARX神经网络,结合车辆动力学模型,构建了轨道不平顺激励下的车辆振动加速度神经网络预测模型;为提高模型的预测精度,运用遍历法确定了网络的时延阶数、隐节点等模型参数;基于车辆系统SIMPACK模型仿真数据的验证结果表明,模型输出与目标输出具有较高的相关性以及较小的均方根误差值,模型能够较好的预测出车体振动加速度的变化趋势;最后采用实测数据进一步验证了模型的预测性能,证明了构建的神经网络模型可以准确预测车体振动加速度输出,并有良好的泛化效果。     

基于TOF相机的空间非合作目标位姿测量方法

针对空间非合作目标近距离交会对接时较难获取精确位姿的问题,提出一种高效可靠的基于TOF(time-of-flight)相机的空间非合作目标位姿测量方法.利用TOF相机灰度图可存储光强的特点,用回光反射材质圆点标定板,提高了相机标定精度;基于边缘弧段组合的椭圆检测法计算目标表面对接环内外侧椭圆参数;基于局部阈值的区域生长法对深度图像进行连通域分析,通过面积、长宽比等约束提取出目标表面接插件;利用对接环与接插件建立目标坐标系并解算其在相机坐标系下的三轴位置与姿态角.搭建地面验证系统,通过对比本文方法与ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)方法4组100帧图像的实验结果,验证了该方法的鲁棒性与测量精度的准确性,说明TOF相机在非合作目标位姿测量领域具有广阔的前景.     

空间相机交错拼接线列探测器重叠像元数计算

大视场相机焦平面通常由多个线列探测器交错拼接而成。为保证相机在对地成像中不出现漏缝,提出一种相邻探测器重叠像元数计算方法。通过坐标变换法建立空间相机对地成像模型,分析了漏缝产生的原因。分析了像点在前后两行探测器上沿线列方向的相对位移情况,并利用蒙特卡罗法分析轨道、姿态扰动以及目标高程等因素对像点相对位移计算结果的影响,像点位移计算结果的最小值即为相邻探测器最小重叠像元数,依此给出了相邻探测器的重叠像元数计算模型。将该方法应用于某红外相机焦平面的设计,根据该方法确定了各相邻探测器的重叠像元数,并通过红外遥感图像的匹配实验验证了该方法的正确性。     

基于相位移编码圆的相机离焦快速标定方法

针对大范围视觉系统相机标定难度大、效率低的问题,提出了一种基于相位移编码圆的相机离焦快速标定方法。该方法首先通过相位移编码圆实现离焦状态下的特征点提取;利用标靶空间位置信息构建出单目相机的目标函数,并采用非线性最小二乘法求解相机的内部参数;通过建立双目系统的目标优化函数解析出相机系统的外部参数。该方法无需移动相机或标靶,通过拍摄3幅相位移圆图像,即可完成大范围视觉系统相机离焦状态下的快速标定。经实验验证:标定焦距偏差在0.5%以内,逆向投影误差最大为0.33pixel,解决了大范围视觉系统相机标定难度大、效率低的难题。     

轨道车体底座面型测量中多LED关联点目标的数值提取方法

为了抵抗满载时的负载,轨道车辆制造时车体底座会保留一定向上的挠曲变形,这就要求在进行铝蜂窝板和地板胶铺设前对车体底座表面面型进行测量.提出了一种基于点状目标图像测量原理的车体底座面型测量方法,该方法用CMOS相机对车体底座上的4个LED目标进行图像测量,这4个LED形成关联多目标点.先对CMOS相机采集到的LED目标图...     

航天验证器运动参数摄影测量方法

针对大多数测量实施试验中测量条件的局限性,提出一种基于双相机联合无同名点的双目视觉运动参数测量方法,采用该方法计算位姿初值并采用全局正交迭代算法优化初值。该测量方法在实现过程中不需要同名点参与,只需要两台相机的视场内有6个以上的目标合作标志点,就可得到验证器在运动过程中的位置和姿态等参数。对航天器悬停、避障和着陆阶段进行试验,将该测量方法与同一工况试验下基于同名点的双目位姿测量方法、基于正交迭代的单目位姿测量方法获取的结果和全站仪打点获得的默认真值进行对比,得到姿态测量误差小于0.5°,位置测量误差小于0.01 m。     

高温超导磁浮系统中的振动耗能法制动分析

为了实现磁浮车的无接触的制动,本文提出一种振动耗能的方法.该方法通过人为使得轨道磁场分布不均衡,从而将运行磁浮车体运动方向上的动能转化为与其垂直方向上的阻尼振动,以消耗运行车体的动能并使车体减速.文中忽略空气阻力,采用理论分析与计算机仿真的方法讨论了轨道磁场分布不均对车体振动特性的影响.最后在西南交通大学真空管道高温超导磁浮系统实验平台上实验验证了该方法对车体运行速度的影响,为将来的真空管道磁浮交通系统的设计提供参考.     

空间非合作目标的三目立体视觉测量方法

针对在轨服务任务如何在近距离处获取空间非合作目标的相对位置和姿态的难题,提出一种三目立体视觉测量方法。首先利用三台呈等边三角形布置的大视场可见光相机获取图像;然后采用所提方法对特征点进行匹配;接着采用RANSAC方法解算被测目标在世界坐标系下的位姿参数;最后通过对非合作卫星模型的静止、位置移动和姿态转动进行实验。实验结果表明,静止状态下的相对位置精度优于2.2 mm,相对角度测量精度优于0.3°;当模型位置移动时,绝对位置精度优于3 mm;当模型姿态转动时,相对位置精度优于5.6 mm,相对角度测量精度优于1.7°,说明所提方法可以改善双目立体视觉技术在测量角度大的区域易出现测量盲区、特征点定位误匹配和测量视场有限的不足。     

自由度冗余蛇形臂机器人手眼标定研究

针对自由度冗余蛇形臂机器人的手眼标定问题,提出一种不依赖蛇形臂机构运动参数求解视觉系统与末端法兰盘手眼关系的方法;借助外部辅助双目相机系统,通过构造外部相机、末端法兰盘、视觉导航相机三者坐标系的闭环转换得到待求手眼关系;首先根据立体视觉原理得到标志点在对应相机坐标系下的3D坐标;然后利用四元数法分别求得外部相机坐标系与法兰盘坐标系、外部相机坐标系与视觉导航相机坐标系间的转换关系;最后构建坐标系转换关系闭环求得手眼关系;实验结果表明,该标定法避免了蛇形臂自由度冗余导致运动控制精度差带来的干扰,标定精度满足设计要求。     

基于同心圆合成图像匹配的双目视觉标定

分析了双目视觉传感器的数学模型,提出了一种基于同心圆合成图像匹配的双目视觉传感器的标定方法。在测量范围内任意多次摆放同心圆靶标,由两台摄像机拍摄靶标图像。根据摄像机模型与已知同心圆在靶标坐标系上的位置关系,构造合成图像,将合成图像与观测图像进行相似度匹配,通过优化定位得到靶标上每个圆的圆心点图像坐标。利用左右图像对应的圆心图像坐标和双目视觉的约束关系,对双目视觉传感器参数进行非线性优化,并得到最优解。所提出的标定方法是在张正友方法的理论基础上,利用了图像的整体性进行的优化。实验结果表明,该方法提高了标定精度。     

基于光学测棒的立体视觉坐标测量系统的研究

提出了一种基丁测量与校准功能合一的光学测棒的立体视觉坐标测最系统.采用光学测棒作为成像目标,通过任意放置的两台摄像机获取测棒上的发光特征点的图像实现被测物体三维坐标的测量,同时利用测量数据定期对两台摄像机外部方位参数进行校准.深入研究了两台摄像机内部参数和外部方位参数校准过程中的校准件和校准算法的设计,以及系统测量建模等关键技术,提出了相应的解决方案,减小了摄像机内外参数校准及测量模型对测量结果的影响,提高系统的测量精度.实验结果表明.该系统的最大测量误差为0.11 mm.     

单摄像机虚拟立体视觉测量技术研究

以双目立体视觉传感器三维测量模型为基础,提出了一种用于测量空间三维点坐标的低成本单摄像机模型。该模型利用光学成像,把单摄像机镜像为一对虚拟摄像机,在一个CCD像面上采集到同一物体存在视差的两幅图像,从而恢复空间点的三维信息。讨论了单摄像机传感器测量空间三维点坐标的基本原理,建立了单摄像机传感器的测量模型,克服了双摄像机系统中成本高、切换采集左右摄像机的图像使检测速度减慢等诸多缺陷,为空间三维点的精密测量提供了经济、快速、有效的测量途径。实验表明．传感器可实现约0．8％的相对测量精度．证明了本方案合理、有效。     

基于双目序列图像的测距定位与自车速度估计

为了确定车辆在行驶过程中的相对位置与速度，提出一种基于双目序列图像的实时测距定位及自车速度估计方法。该方法利用车载双目视觉传感器采集周围环境的序列图像，并对同一时刻的左右图像进行基于SURF(speeded up robust features)特征的立体匹配，以获取环境特征点的景深，实现车辆测距定位；同时又对相邻两帧图像进行基于SURF特征的跟踪匹配，并通过对应匹配点在相邻两帧摄像机坐标系下的三维坐标，计算出摄像机坐标系在车辆运动前后的变换参数，根据变换参数估算出车辆的行驶速度。模拟实验表明，该方法具有良好的可行性，速度计算结果比较稳定，平均误差均在6%以内。     

基于单目视觉的矩形靶面弹着点测量

目前机器视觉技术广泛应用于弹着点坐标的测量领域,针对双目视觉技术标定、演算复杂的问题,提出一种基于单目视觉技术的弹着点测量方法。通过图像处理技术定位出靶面4个角点以及弹着点像素坐标,采用矩形P4P方法解算出靶面坐标相对于相机坐标系的位姿,根据单目视觉成像原理计算出弹着点在靶面的实际坐标。根据该方法成功测量出了实验中靶面弹孔的坐标,最大测量误差为2.3 mm。结果表明,该方法可以快速、精确测量靶面与相机的位姿关系以及弹着点的坐标。     

一种新的三维测量机器人手眼标定方法

为了提高三维测量机器人的手眼标定精度以更好地满足工业需求,提出了一种采用动态改变变异率的自适应差异进化算法进行手眼标定的新方法。首先构建了由线结构光测头和机器人组成的视觉测量系统,利用齐次坐标变换的方法建立了测量系统的数学模型;然后针对数学模型中的手眼关系,使用半径已知的球体,采用定点变位姿的方法,进行粗略的估计,并对手眼关系求解的精度进行分析;最后采用动态改变变异率的自适应差异进化算法对手眼关系做进一步寻优。实验结果表明,算法具有较高的求解精度。该方法用于手眼标定是可行的、有效的,整个标定过程简单,便于实际应用。     

基于计算机视觉的航天器间相对状态测量系统

在航天器编队飞行应用中,航天器间相对状态(相对位置和姿态)的确定是实现航天器自主控制的重要条件。通过充分利用计算机视觉理论及相机成像原理,提出了一种基于计算机视觉的航天器间相对状态的测量系统。推导了基于目标靶特征点确定航天器相对状态的四元数法,介绍了系统的测试原理及标定方法,并通过采用APSCMOS相机作为图像传感器,建立了它的试验原型,验证了测量原理和算法的正确性。该测量系统结构简单、体积小、重量轻、功耗低、算法简单、速度快,近距离测量精度高,能够广泛地应用于空间合作目标间相对状态的测量。     

基于光学参考棒的立体视觉测量系统现场标定技术

为实现大空间复杂工件的准确测量,精确标定立体视觉系统变得越来越重要。为了克服传统立体摄像机标定过程繁复、户外实现困难的弱点,提出了一种基于光学参考棒的灵活、有效的立体视觉测量系统标定技术。参考棒水平和深度方向各有三个距离已知的红外LED作为特征点。通过在测量范围内的不同位置和方位移动光学参考棒,两像机同时捕获参考棒上特征点的图像。基于匹配的特征像点以及对极线约束,利用线性算法和Levenberg-Marquardt(LM)迭代算法快速地标定立体视觉测量系统。两像机之间平移量的比例因子由参考棒上特征点间的已知距离确定。参量标定过程中,自动地控制光强,优化曝光时间,使不同位置处光点图像的强度均一致,可以获得高的信噪比,提高标定精度。实验结果表明,该方法灵活、有效,在线标定能达到很高的精度,将现场标定过程应用到实际的大空间三维测量系统中,测量最大误差为0.18 mm。     

传感器和Origin7.0软件在电脑控制韦伯福斯摆的实验研究中应用

研究用电脑控制韦伯福斯摆的实验中,用光电传感器、位移传感器和力传感器测量摆的振动周期和摆幅、角速度等及弹簧的劲度系数,由此来学习一种测量刚体转动惯量的方法。     

A HYBRID FINITE SEGMENT/FINITE ELEMENT MODELLING AND EXPERIMENT ON A FLEXIBLE DEPLOYMENT SYSTEM

This paper focuses on the dynamic responses of a flexible deployment system that has a central rigid body and four articulated flexible beams and undergoes locking impact. A hybrid finite segment/finite element model and an experiment are presented for the deploy-ment system. The flexible beam components in the system are modelled with the finite segments connected by massless beam elements, wherein the finite segments describe the inertia of the large rotation flexible beam and the massless elastic elements describe the elas-ticity of the flexible beam by taking the advantage of small deformation in the relative co-ordinate system. To model the internal impacts in the articulate joints due to clearances, a continuous contact force model of locking joint is also proposed. The governing differential-algebraic equations of the system are established by the Newton-Euler method with Lagrange multipliers and are solved with the method of generalized co-ordinate partitioning. To accelerate the numerical integration, a “longitudinal constraint” is suggested to alleviate the stiff problem of the dynamic equations. In addition, a physical model of the deployment system is constructed. The deployment is released by the compressed springs in the joints. A position measuring system of linear CCD cameras is used to measure the large displacement of the system. Correlations between the mathematical model and the experiments are also presented. Reasonable results are obtained.