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面向串并联镜像加工装备的线激光安装位姿高精度标定方法
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作者 刘海波 李文杰 +5 位作者 丁悦 王鹏飞 梁润 薄其乐 谢福贵 肖世宏 《航空制造技术》 北大核心 2025年第11期14-20,共7页
针对现有串并联机床线激光传感器测量位姿准确标定难题,提出一种适用于串并联机床的线激光安装位姿标定方法。基于标准球特性,求取球心坐标后利用标准球球心不变性建立等式,提出求取旋转矩阵的目标函数;通过扫描标准球表面,获取其点云... 针对现有串并联机床线激光传感器测量位姿准确标定难题,提出一种适用于串并联机床的线激光安装位姿标定方法。基于标准球特性,求取球心坐标后利用标准球球心不变性建立等式,提出求取旋转矩阵的目标函数;通过扫描标准球表面,获取其点云数据并拟合出球心,与球心坐标真值比较并建立平移矩阵的求取模型。与传统手眼标定方法相比,所提方法沿X、Y、Z 3个方向的标定误差分别降低了88.9%、83.6%、82.1%。所提方法无须改变串并联机构的姿态,有效避免了串并联机床定位误差对测量位姿标定的影响,提高了标定精度。 展开更多
关键词 串并联机床 标准球 线激光传感器 位姿标定 测量加工一体化
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VIG-SLAM:基于自适应多传感器融合的SLAM算法
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作者 黄超 黄予昕 +1 位作者 杨泽彬 张毅 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第5期67-74,共8页
在缺乏全球定位系统(GPS)信号的环境中,仅依赖视觉惯性里程计的同步定位与建图(SLAM)算法虽能实现局部精确定位,但长距离移动时累积误差显著,导致定位精度下降。同时,尽管GPS能够提供全局位置信息,但在城市峡谷、隧道等复杂环境中,信号... 在缺乏全球定位系统(GPS)信号的环境中,仅依赖视觉惯性里程计的同步定位与建图(SLAM)算法虽能实现局部精确定位,但长距离移动时累积误差显著,导致定位精度下降。同时,尽管GPS能够提供全局位置信息,但在城市峡谷、隧道等复杂环境中,信号容易受到遮挡和干扰,导致定位性能不稳定,限制了其在复杂环境中的应用。为了解决上述问题,提出了VIG-SLAM算法,将视觉/惯导/轮速计紧耦合定位系统(VIW)与GPS数据进行自适应融合。首先,构建了GPS精度因子模型与异常检测机制,以评估并动态选择适合融合的高质量GPS数据。其次,提出了一种改进的自适应时间差补偿策略,解决GPS与VIW系统时间戳不匹配的问题,同时,在时间差补偿中动态调整GPS信号的权重,提升在复杂环境下的定位精度与鲁棒性。最后,构建了包含GPS约束的全局位姿图优化模型,将GPS全局定位信息作为全局约束,与VIW局部定位信息进行互补,实现大场景下的鲁棒定位。在公开数据集上以及真实实验场景中验证了所提方法的有效性,实验结果表明,相比当前主流视觉SLAM算法,提出的的VIG-SLAM算法平均定位精度至少提高15%,具有较强的鲁棒性和精度优势。 展开更多
关键词 SLAM GPS 位姿图优化 多传感器融合
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面向无人机位姿估计的轻量化面元激光惯性SLAM系统
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作者 刘畅 赵紫旭 +4 位作者 尚源峰 邱大伟 石晶林 刘杰 江济 《航空工程进展》 2025年第3期124-131,共8页
卫星信号易受遮挡的特性导致小型无人机的位姿估计问题面临较大挑战,提出一种面向无人机位姿估计的轻量化面元激光惯性SLAM系统,设计一种基于面元的激光点云配准算法,通过最小化点到面元的距离实现点云配准与位姿估计,通过舍弃不稳定的... 卫星信号易受遮挡的特性导致小型无人机的位姿估计问题面临较大挑战,提出一种面向无人机位姿估计的轻量化面元激光惯性SLAM系统,设计一种基于面元的激光点云配准算法,通过最小化点到面元的距离实现点云配准与位姿估计,通过舍弃不稳定的面元来保证轻量化;同时设计系统框架将该算法部署于基于误差状态卡尔曼滤波的激光惯性SLAM系统。使用该SLAM系统在实验数据集中进行实验测试,结果表明:该SLAM系统比现有的激光惯性系统具有更好的位姿估计精度,在保证算法轻量化的基础上,在野外卫星信号缺失的环境中可降低无人机位姿37.63%的平均位置偏移和33.94%的平均姿态偏移。 展开更多
关键词 无人机位姿估计 轻量化激光惯性SLAM 多传感器融合 点云配准
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基于激光测距传感器的机械臂末端位姿误差校正方法
4
作者 韩金利 尚卓 《传感技术学报》 北大核心 2025年第3期511-517,共7页
机械臂位姿校正由于误差考虑不充分,导致误差校正效果差,机械臂稳定性低,因此,提出基于激光测距传感器的机械臂末端位姿误差校正方法。该方法基于激光测距传感器原理,通过最小二乘算法,确定机械臂末端位姿误差,包括位置误差和姿态误差,... 机械臂位姿校正由于误差考虑不充分,导致误差校正效果差,机械臂稳定性低,因此,提出基于激光测距传感器的机械臂末端位姿误差校正方法。该方法基于激光测距传感器原理,通过最小二乘算法,确定机械臂末端位姿误差,包括位置误差和姿态误差,根据得到的误差,采用适应度改进的遗传算法,结合非线性传递特性分析机械臂的末端位姿,获得误差补偿,构建机械臂末端位姿的误差校正方法,实现机械臂末端位姿误差校正。经过实验证明,所提方法校正后的最高误差仅为0.13 cm,响应时间低于1.25 s,复杂度为0.30,并且振动区间较小,仅为[-0.03,0.02]m,说明该方法较为简洁,可以快速实现机械臂误差校正,降低了算法复杂度的同时,提高了机械臂的稳定性强。 展开更多
关键词 激光测距传感器 机械臂末端位姿 误差校正 最小二乘算法 遗传算法 非线性传递特性
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位姿传感器在冻雨区输电线路监测中的应用研究 被引量:2
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作者 陈庆昊 刘天宇 王璋奇 《电子学报》 北大核心 2025年第2期595-603,共9页
冻雨作为一种常见的灾害性天气,常导致高压输电线路积冰,当积冰达到一定的厚度后,覆冰的脱落会引发导地线间的闪络,进而导致城市电力供应大面积中断.在冻雨频发区域,故障线路相较于正常线路而言,呈现出导线位移和张力变化较大的显著特征... 冻雨作为一种常见的灾害性天气,常导致高压输电线路积冰,当积冰达到一定的厚度后,覆冰的脱落会引发导地线间的闪络,进而导致城市电力供应大面积中断.在冻雨频发区域,故障线路相较于正常线路而言,呈现出导线位移和张力变化较大的显著特征.这些新的特征对现有监测方案提出了更高的要求,为此,本文提出一种基于无线位姿传感器的冻雨区输电线路监测方法.首先分析了无线位姿传感器的优势,开发对应的上位机,设计了一种将传感器安装在直线塔悬垂绝缘子串上,利用测量的倾角结合串长计算实时档距的方案;其次,算法解决实时线长难以测量的问题,并结合实时档距和实时线长得到导线动态张力提出一种基于导线弹性变形的输电线路监测算法,依据相似准则搭建四塔三线输电线路缩比实验平台,验证模型的有效性.结果表明:该方法可以有效利用位姿传感器的实时数据实现对线路张力和位移进行实时精准监测,为电力系统的安全稳定运行提供了有力的技术支撑. 展开更多
关键词 位姿传感器 冻雨 输电线路 解析解 实时档距 弹性变形
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线激光火车轮测量系统标定及误差修正方法
6
作者 李欣飞 鄢然 +2 位作者 夏磊 赵青 张凯飞 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第6期71-82,共12页
针对火车轮三维几何参数在线测量中存在的传感器标定流程复杂、工件放置偏心误差等问题,提出了一种基于多个线激光传感器的高精度测量系统及误差修正方法。通过构建多层坐标动态变换模型,实现了不受放置偏心约束下传感器数据到车轮三维... 针对火车轮三维几何参数在线测量中存在的传感器标定流程复杂、工件放置偏心误差等问题,提出了一种基于多个线激光传感器的高精度测量系统及误差修正方法。通过构建多层坐标动态变换模型,实现了不受放置偏心约束下传感器数据到车轮三维几何信息的精准映射;结合分步标定策略,利用立方体、圆柱体及异形回转体标定块,依次标定传感器安装姿态参数与位置参数,并通过位姿微调机构实现多传感器共面校准,解决大型扫描设备装配误差导致的共面难题;针对车轮放置偏心问题,提出基于极坐标动态修正的偏心误差补偿方法,通过实时计算工件轴心偏移量,追踪工件轴心轨迹,显著降低了径向尺寸测量误差,克服了传统机械定心在特殊工况下的局限性。实验结果表明,系统测量绝对误差<±0.069 mm,重复性标准差<0.049 mm,径向尺寸误差修正后波动范围缩减至0.170 mm以内,满足工业级精密测量要求。实际工程应用中,系统对915KKD型车轮的复杂几何特征测量结果与激光跟踪仪基准值的最大相对误差<0.135%,验证了其可靠性与工程适用性。该系统不仅适用于火车车轮的测量,还可推广至其他回转体等工件的三维精密测量场景,为多个线激光传感器旋转扫描测量系统提供了一种通用的标定与误差修正方法。 展开更多
关键词 线激光传感器 位姿标定 误差修正 火车轮测量 三维测量
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基于触觉感知的新型视触觉传感器设计
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作者 童天宏 梁冬泰 谢林涛 《电子测量与仪器学报》 北大核心 2025年第2期185-192,共8页
针对现有视触觉传感器普遍存在的制造成本高的问题,提出了一种新型的GelSight指尖视触觉传感器设计方案,对视触觉传感器触觉皮肤中的单层弹性体反射膜改进,使用了一种双层的反射膜涂层工艺。在材料选择上,使用了两种不同性质的涂料,分... 针对现有视触觉传感器普遍存在的制造成本高的问题,提出了一种新型的GelSight指尖视触觉传感器设计方案,对视触觉传感器触觉皮肤中的单层弹性体反射膜改进,使用了一种双层的反射膜涂层工艺。在材料选择上,使用了两种不同性质的涂料,分别用于内外反射层的涂层,以通过化学键合的方式将两种不同的反射层紧密结合,实现对细微形变的高灵敏度响应。基于这一工艺技术,设计制造了一种新型的视触觉传感器,并基于光度立体设计了一种重建算法,以实现触觉三维重建。为了验证改进工艺的有效性,对使用该工艺制造的GelSight传感器与其他先进的视触觉传感器在感知分辨率上进行了对比实验。实验结果表明,新型传感器在感知分辨率上优于现有工艺制造的传感器。对具有不同形状和纹理的物体进行了三维重构及位姿估计的实验,结果显示,新型传感器在纹理细节方面具有更优的灵敏度,并且能够对实际物体进行高精度的三维重建和位姿估计。其中,表面接触区域的重建均方误差不超过100μm,位姿估计的精度可以达到亚毫米级,显示了其在实际应用中的潜力。 展开更多
关键词 视触觉传感器 反射层(膜) 触觉感知 三维重建 位姿估计
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一种移动复合机器人引导抓取系统的设计
8
作者 李忠鹏 赵鑫 +2 位作者 许晓川 刘洪志 李海军 《自动化应用》 2025年第13期226-228,231,共4页
针对移动复合机器人在动态环境中因位姿偏差导致的抓取精度不足的问题,提出了一种基于多传感器融合的引导抓取系统。通过2D视觉定位与激光测距传感器协同测量,建立包含水平位移、倾角及旋转偏差的位姿变换数学模型,设计基于齐次变换矩... 针对移动复合机器人在动态环境中因位姿偏差导致的抓取精度不足的问题,提出了一种基于多传感器融合的引导抓取系统。通过2D视觉定位与激光测距传感器协同测量,建立包含水平位移、倾角及旋转偏差的位姿变换数学模型,设计基于齐次变换矩阵的动态补偿算法,并结合PLC控制器实现六轴机械臂的实时位姿修正。实验表明,该系统在±3°倾角偏差与±30mm位移的干扰下,抓取成功率达96.8%以上,定位误差低于0.25mm,响应时间不超过115ms,较传统2D视觉系统定位精度提升45%~58%,综合成本降低约65%。研究成果验证了多传感器融合与动态补偿机制在工业自动化场景中的有效性,为复合机器人高精度作业提供了低成本、易部署的技术方案。 展开更多
关键词 移动复合机器人 倾角补偿 多传感器融合 位姿变换 工业自动化
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基于比例导引法的带电作业机器人双重避障控制方法
9
作者 胡亚旻 《机械与电子》 2025年第9期26-32,共7页
以提高带电作业机器人避障反应为目的,提出基于比例导引法的带电作业机器人双重避障控制方法。通过传感器数据融合提高环境信息的准确性和完整性,并利用位姿插值技术,对数据中的路径关键节点实施插值计算,生成平滑连续的运动路径,保证... 以提高带电作业机器人避障反应为目的,提出基于比例导引法的带电作业机器人双重避障控制方法。通过传感器数据融合提高环境信息的准确性和完整性,并利用位姿插值技术,对数据中的路径关键节点实施插值计算,生成平滑连续的运动路径,保证机器人在行进过程中能够维持稳定的姿态和运动方向。由此,将静动态障碍物视为等效障碍圆,根据目标视线角和机器人当前状态信息,通过比例导引系数来调整机器人的运动状态,并引入避障加速度和速度控制项推导静动态障碍物的避障导航法则,减少重复运动轨迹的规划,确保带电作业任务快速进行。实验结果表明,所提方法避障路径平滑,可保障机器人在复杂环境中准确、安全地避障。 展开更多
关键词 传感器数据融合 位姿插值 比例导引法 避障控制
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激光通信网络多优先级业务负载均衡动态路由优化
10
作者 姚远耀 范少帅 游颖 《激光杂志》 北大核心 2025年第2期198-203,共6页
激光通信网络业务传输时,通常会因为多优先级业务出现通信负载失衡,因此,针对该项问题,提出激光通信网络多优先级业务负载均衡动态路由优化。该方法首先需要根据激光通信网络制定业务的优先级排队策略,对网络内传输的业务进行层级划分,... 激光通信网络业务传输时,通常会因为多优先级业务出现通信负载失衡,因此,针对该项问题,提出激光通信网络多优先级业务负载均衡动态路由优化。该方法首先需要根据激光通信网络制定业务的优先级排队策略,对网络内传输的业务进行层级划分,确保关键任务优先处理。再利用图形卷积网络构建链路带宽占用预测模型,其预测成果将与创新的三角模态算子融合,生成一个综合的路径评估指标——路径选择度。这一指标作为核心依据,指导通信网络在业务传输时选取最优路径,实现了高效且短路径的通信路由策略,从而优化网络性能;最后在激光通信网络完成路由选择后,使用带宽分配方法依据业务优先级次序,完成网络带宽分配,实现网络负载均衡,从而实现通信网络动态路由优化。实验结果表明,使用该方法开展通信网络负载均衡动态路由优化时,效果好、性能高。 展开更多
关键词 激光通信网络 多优先级业务 负载均衡 动态路由优化 三角模算子
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一种低照度场景下的视觉定位技术 被引量:1
11
作者 李磊磊 钟傲 +2 位作者 郝家镁 陈家斌 韩勇强 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第9期857-865,共9页
针对在低照度环境中由于光照不足或光照不均导致的图像噪声过大、特征提取不均匀等问题,提出了一种低照度场景下的单目视觉定位技术。首先,利用微光传感器采集低照度图像信息,对图像噪声设计了一种基于深度学习的图像去噪网络,利用该网... 针对在低照度环境中由于光照不足或光照不均导致的图像噪声过大、特征提取不均匀等问题,提出了一种低照度场景下的单目视觉定位技术。首先,利用微光传感器采集低照度图像信息,对图像噪声设计了一种基于深度学习的图像去噪网络,利用该网络进行图像噪声处理。然后,利用四叉树改进特征均匀提取策略以提高特征跟踪效果,采用对极几何、三角测量等技术估计图像帧间位姿。最后,构建视觉重投影误差方程,利用光束平差法进行位姿估计和优化。实验结果表明,所提定位技术在光照强度为0.01 lx的低照度环境中,轨迹闭环情况下的平均定位均方根误差小于1.47 m,轨迹无闭环情况下的平均定位均方根误差小于4.26 m。 展开更多
关键词 低照度 微光传感器 图像去噪 位姿估计
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基于点线特征融合的延迟边缘化视觉惯性SLAM方法 被引量:3
12
作者 齐咏生 宋继鹏 +2 位作者 刘利强 苏建强 张丽杰 《农业机械学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期373-382,共10页
针对单一传感器SLAM技术在复杂环境中存在精度低、感知退化、可靠性差,导致无法准确估计摄像机轨迹的问题,提出一种基于点线特征融合的延迟边缘化视觉惯性SLAM算法(DM-VI-SLAM)。首先,采用因子图优化模型,提出以IMU为主系统,视觉为辅系... 针对单一传感器SLAM技术在复杂环境中存在精度低、感知退化、可靠性差,导致无法准确估计摄像机轨迹的问题,提出一种基于点线特征融合的延迟边缘化视觉惯性SLAM算法(DM-VI-SLAM)。首先,采用因子图优化模型,提出以IMU为主系统,视觉为辅系统,通过引入辅系统观测因子约束IMU主系统偏差,并接收IMU里程计因子实现运动预测与融合的全新结构。其次,在前端加入点线特征,设计一种基于线段中点的特征匹配方法,在后端加入滑窗机制实现历史状态信息回溯,并构建非线性联合优化问题,提升匹配精度。最后,为加速求解,引入一种延迟边缘化策略,允许重新推进延迟因子图,进而产生新的和一致性的线性化点更新边缘化。通过与典型SLAM算法进行比较,并在EuRoC公共数据集上和真实场景中验证算法有效性,实验结果表明在复杂高速运动场景和低特征纹理场景中本文算法均具有更高的精度和可靠性。 展开更多
关键词 同时定位与建图 惯性测量单元 多传感器融合 非线性优化 位姿估计
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笼养鸡舍巡检机器人惯性导航系统设计与试验研究 被引量:1
13
作者 张铁民 邓鸿锋 +2 位作者 李看 蒋佳城 廖峻添 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第23期135-146,共12页
针对笼养鸡舍内鸡笼密度大、网状结构的鸡笼回波信号弱、路径狭窄导致的巡检机器人障碍物感知难度大、导航控制精度低的问题,该研究设计了一套基于多传感器感知的笼养鸡舍巡检机器人惯性导航系统,实现了巡检机器人在笼养鸡舍内真实作业... 针对笼养鸡舍内鸡笼密度大、网状结构的鸡笼回波信号弱、路径狭窄导致的巡检机器人障碍物感知难度大、导航控制精度低的问题,该研究设计了一套基于多传感器感知的笼养鸡舍巡检机器人惯性导航系统,实现了巡检机器人在笼养鸡舍内真实作业环境下的自主导航避障和示教轨迹跟踪。首先,针对笼养鸡舍内的真实作业环境,通过对超声波传感器阵列进行优化布局,采用滑动窗口检测方法处理多超声波传感器阵列感知的数据,以提升巡检机器人障碍物感知灵敏度和精度。然后提出了基于红外传感器数据差分的位姿矫正算法,实现了巡检机器人在笼养鸡舍内的相对位姿矫正。最后提出了基于位置点和航向角约束的示教轨迹跟踪方法,通过采集机器人示教轨迹的关键点位姿信息,实现了巡检机器人的示教轨迹跟踪。试验结果表明,该研究提出的基于多传感器感知的滑动窗口检测方法,障碍物距离感知误差不超过3.5 cm,差分法位姿矫正算法的最大横向偏差不超过6 cm,最大角度偏差不超过3.89°,不同速度下轨迹跟踪的最大位置平均偏差不超过4.03 cm,最大位置标准差不超过1.20 cm,最大角度平均偏差不超过3.15°,最大角度标准差不超过1.13°。该研究提出的基于多传感器感知的笼养鸡舍导航避障和示教轨迹跟踪方法,实现了笼养鸡舍内真实环境下机器人的巡检可靠避障、精准自主导航,所设计的惯性导航系统适应性强,稳定性好,成本低,为笼养鸡舍自主巡检、自主作业以及笼养鸡养殖产业智慧化发展提供了技术支撑。 展开更多
关键词 巡检机器人 笼养鸡舍 多传感器感知 位姿矫正 示教学习 轨迹跟踪
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基于拉绳位移传感器的飞机大部件对接测量场构建与位姿求解 被引量:1
14
作者 王洪喜 孙正阳 +1 位作者 刘冰 王冠伟 《光学精密工程》 CSCD 北大核心 2024年第21期3184-3199,共16页
针对激光、iGPS、视觉图像等位姿测量系统容易受到温度、湿度、空气扰动、转站以及视线遮挡等因素影响的问题,运用拉绳位移传感器构建了一种用于检测飞机大部件相对位姿的测量场,并采用BP神经网络-牛顿迭代法求解飞机大部件的相对位姿... 针对激光、iGPS、视觉图像等位姿测量系统容易受到温度、湿度、空气扰动、转站以及视线遮挡等因素影响的问题,运用拉绳位移传感器构建了一种用于检测飞机大部件相对位姿的测量场,并采用BP神经网络-牛顿迭代法求解飞机大部件的相对位姿。通过6组拉绳位移传感器在飞机大部件对接面间的合理布局,建立飞机大部件对接位姿计算理论模型,并运用神经网络-牛顿迭代算法对位姿进行求解。数值仿真结果显示,位置最大误差绝对值为4.9×10^(-7)mm,姿态角最大误差绝对值为1.97×10^(-9)°,通过误差仿真并与实验结果进行对比分析,验证了采用拉绳位移传感器构建测量场并运用神经网络-牛顿算法求解大部件位姿是可行的。该方法不易受外界环境的影响,能够准确检测大部件的相对位姿。 展开更多
关键词 大尺寸测量 拉绳位移传感器 大部件 位姿 BP神经网络算法 牛顿迭代法
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New Sensor Concepts for Enhancing Heat Treatment Processes and Analysis
15
作者 Jay I. Frankel 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第5期443-446,共4页
The need for developing accurate quenching models requires an extensive experimental database that includes surface heat flux characterization. Quantification of the quenching process permits i) the development of hig... The need for developing accurate quenching models requires an extensive experimental database that includes surface heat flux characterization. Quantification of the quenching process permits i) the development of high-quality heat treated products, ii) the evaluation of new quenchants and quenchant systems, and iii) the evaluation of quenchant quality over usage time. The surface heat transfer coefficient (or heat flux) is rarely measured, calculated or modeled in sufficient detail for real scientific use. Many single-thermocouple based probes are designed for the purpose of measuring the cooling power of a liquid quenchant or for monitoring quenchant quality. Lumped based probes are sufficient for these types of applications. However, the lack of sufficient distributed detail impedes the development of future high-quality heat-treated products. Frankel and his coworkers are developing a new family of transient thermal-rate sensors that will improve both diagnostic and real-time analyzes in heat transfer studies. Analyzes have been performed indicating that there exists a novel, thermal-rate sensor hierarchy that stabilizes predictions when used with analysis. This concept can be used for investigating both (i) direct surface heat transfer effects, and (ii) projective surface analysis based on embedded sensors. This new sensor family includes the ability to measure temperature, T; heat flux, q"; and their temporal derivatives, i.e., dT/dt, d^T/dt2 and dq’Vdt. 展开更多
关键词 传感器 热处理 热通量 传热系数
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基于姿态信息融合算法的创新实践平台精度优化研究
16
作者 蔚燕舞 雷军莉 《自动化与仪器仪表》 2024年第12期252-256,共5页
为进一步提升高校创新创业实践平台的建设水平,针对自动化类专业的创新创业实践平台,提升智能化设备的运行效果,提出一种基于Mahony互补滤波和扩展卡尔曼滤波的姿态融合算法。首先,在姿态传感器的姿态解算过程中引入Mahony互补滤波法以... 为进一步提升高校创新创业实践平台的建设水平,针对自动化类专业的创新创业实践平台,提升智能化设备的运行效果,提出一种基于Mahony互补滤波和扩展卡尔曼滤波的姿态融合算法。首先,在姿态传感器的姿态解算过程中引入Mahony互补滤波法以优化加速度计所产生的误差,然后在此基础上再增加扩展卡尔曼滤波法对陀螺仪对应误差进行优化,进而提升姿态解算过程精度。仿真测试表明,引入Mahony互补滤波和扩展卡尔曼滤波法后,可进一步提升姿态传感器角度信息的获取精度及稳定性,创新实践平台在进行测量时能够获取到精度较高的角度信息。综上,在姿态传感器中引入所构建的姿态融合算法能够有效提升传感器的测量精度,因此,可将其应用于实际的创新实践平台中,提升智能化设备的测量精度,进一步完善创新创业平台的建设,具有一定的可行性。 展开更多
关键词 创新实践平台 姿态传感器 信息融合 姿态解算
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基于线激光传感器的盾构管片自动拼装方法 被引量:4
17
作者 吴委员 邓斌 +4 位作者 王涛涌 崔望朔 赵恒 朱晨 贺泊宁 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期65-77,共13页
针对盾构管片自动化拼装中的管片位姿检测问题,提出了一种无需事先标记管片且适用于几何参数未知的盾构管片自动化拼装方案,并推导了管片位姿检测算法。该方案利用安装在拼装机器人末端执行器抓取板上的5个线激光传感器分别对管片的直... 针对盾构管片自动化拼装中的管片位姿检测问题,提出了一种无需事先标记管片且适用于几何参数未知的盾构管片自动化拼装方案,并推导了管片位姿检测算法。该方案利用安装在拼装机器人末端执行器抓取板上的5个线激光传感器分别对管片的直边和弧边进行照射,通过检测线激光照射在管片边缘而产生的偏折点的3D坐标,逐步计算出管片在拼装过程中相对于拼装机器人的基坐标系的位姿,再据此计算出机器人将待拼装管片拼装至期望位姿时,机器人末端执行器相对于基坐标系的位姿,从而实现管片的自动化拼装。为了验证该算法的有效性,在实验室环境中搭建了基于线激光传感器的管片自动拼装实验平台,并利用该平台进行了管片自动拼装实验。实验结果表明,提出的盾构管片自动拼装方法在管片定位方面表现出较小的误差,且管片拼装最大错台为1.50 mm,最大间隙为0.96 mm,符合工程要求。这为盾构管片的自动化拼装提供了一种有效的技术解决方案。 展开更多
关键词 线激光传感器 位姿检测 盾构管片 拼装机
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人体上肢运动姿态多点视觉自动跟踪仿真 被引量:1
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作者 刘硕 荆瑞俊 《计算机仿真》 2024年第7期285-289,共5页
由于视觉传感器本身的噪声以及运动模糊等原因,使得采集的运动上肢姿态数据存在噪声和误差,导致多点视觉自动跟踪精度较低。为此,提出人体运动上肢姿态多点视觉自动跟踪方法仿真。布设多维传感器对姿态多点采集,建立传感器加速度误差模... 由于视觉传感器本身的噪声以及运动模糊等原因,使得采集的运动上肢姿态数据存在噪声和误差,导致多点视觉自动跟踪精度较低。为此,提出人体运动上肢姿态多点视觉自动跟踪方法仿真。布设多维传感器对姿态多点采集,建立传感器加速度误差模型,获取误差修正目标函数,利用蚁群算法(Ant Colony Optimization, ACO)寻优,修正传感器采集过程中的误差;采用卡尔曼滤波算法(Kalman Filtering Algorithm, Kalman),实现人体运动上肢姿态的多点视觉自动跟踪。实验结果表明,所提方法能够在保障跟踪稳定性的用时,提高姿态跟踪的精度和效率,跟踪耗时仅为10ms左右。 展开更多
关键词 多维传感器 蚁群算法 误差修正 卡尔曼滤波 姿态跟踪
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基于扩展卡尔曼滤波的清仓机器人位姿识别方法 被引量:2
19
作者 李贵虎 高贵军 +1 位作者 李军霞 贾雪峰 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期99-106,共8页
煤矿水仓巷道光照强度不均匀且结构化特征明显,传统基于视觉的机器人位姿识别方法识别不准确,而单一的机器人定位技术如自适应蒙特卡洛(AMCL)方法随着清仓机器人的长时间运行,输出的位姿信息存在较大累计误差,易出现煤泥清理不干净、与... 煤矿水仓巷道光照强度不均匀且结构化特征明显,传统基于视觉的机器人位姿识别方法识别不准确,而单一的机器人定位技术如自适应蒙特卡洛(AMCL)方法随着清仓机器人的长时间运行,输出的位姿信息存在较大累计误差,易出现煤泥清理不干净、与两侧巷道发生碰撞的情况。针对上述问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的多传感器融合清仓机器人位姿识别方法。首先搭建多传感器融合算法框架,建立里程计、惯性测量装置、激光雷达数据采集模型;其次基于扩展卡尔曼滤波原理,以惯性测量装置角度信息建立观测方程,结合里程计位姿信息,得到第1次融合的清仓机器人位姿矩阵,利用激光雷达的位置信息与之前的位姿矩阵进行迭代,得到第2次融合的清仓机器人位姿矩阵;最后采用互补滤波算法对融合后的清仓机器人位姿矩阵进行处理,输出最终的清仓机器人位姿矩阵。实验结果表明:在直线位姿识别中2次的最大位置误差为0.04 m,最大姿态角误差为0.05 rad;在模拟巷道实验中的最大位置误差为0.1 m,最大姿态角误差为0.085 rad;与AMCL方法相比,基于扩展卡尔曼滤波的清仓机器人位姿识别方法在减少清仓机器人运行过程中的累计误差方面表现出显著的有效性。 展开更多
关键词 煤矿水仓清理 清仓机器人 机器人位姿识别 多传感器融合 扩展卡尔曼滤波 煤泥自主清理
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煤矿井下移动机器人多传感器自适应融合SLAM方法 被引量:11
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作者 马艾强 姚顽强 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第5期107-117,共11页
基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合... 基于同时定位与建图(SLAM)技术的移动机器人能够快速、准确、自动化地采集空间数据,进行空间智能感知和环境地图构建,是实现煤矿智能化和无人化的关键。针对目前煤矿井下多传感器融合SLAM方法存在机器人前端位姿估计退化失效和后端融合精度不足的问题,提出了一种煤矿井下移动机器人激光雷达(LiDAR)−视觉−惯性(IMU)自适应融合SLAM方法。对LiDAR点云数据进行聚类分割,提取线面特征,利用IMU预积分状态进行畸变校正,采用基于自适应Gamma校正和对比度受限的自适应直方图均衡化(CLAHE)的图像增强算法处理低照度图像,再提取视觉点线特征。用IMU预积分状态为LiDAR特征匹配与视觉特征跟踪提供位姿初始值。根据LiDAR相邻帧的线面特征匹配得到移动机器人位姿,之后进行视觉点线特征跟踪,分别计算LiDAR、视觉、IMU位姿变化值,通过设定动态阈值来检测前端里程计的稳定性,自适应选取最优位姿。对不同传感器构建残差项,包括点云匹配残差、IMU预积分残差、视觉点线残差、边缘化残差。为了兼顾精度与实时性,基于滑动窗口实现激光点云特征、视觉特征、IMU测量的多源数据联合非线性优化,实现煤矿井下连续可用、精确可靠的SLAM。对图像增强前后效果进行试验验证,结果表明,基于自适应Gamma校正和CLAHE的图像增强算法能显著提升背光区和光照区的亮度和对比度,增加图像中的特征信息,大幅提升特征点提取数量和匹配质量,匹配成功率达90.7%。为验证所提方法的性能,在狭长走廊和煤矿巷道场景下进行试验验证,结果表明,所提方法在狭长走廊场景的定位均方根误差为0.15 m,构建的点云地图一致性较高;在煤矿巷道场景中的定位均方根误差为0.19 m,构建的点云地图可真实地反映煤矿井下环境。 展开更多
关键词 煤矿井下移动机器人 同时定位与建图 激光雷达−视觉−惯性自适应融合 图像增强 位姿估计 多传感器数据融合 滑动窗口紧耦合优化 SLAM
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