基于逆向参数化的B样条曲面重建算法

目的解决B样条曲面重建问题中矩形拓扑网自动生成和参数化两大难点问题,提出一种基于逆向参数化的B样条曲面重建算法.方法首先构建基曲面,在基曲面上根据参数(u,v)进行采样,沿其法线方向进行数据的滤波和精简,求得参数(u,v)对应的精简点,然后对采样求取的精简点集进行B样条曲面拟合,该方法提供了B样条曲面重建的一个新思路.结果新算法突破了传统密集散乱点云数据的B样条曲面重建基本过程,采用与正向参数化相反的过程进行参数化,解决了B样条曲面重建问题中矩形拓扑网自动生成和参数化的难题;具体试验分析表明新算法不仅在参数化的同时完成了数据滤波和精简,而且在时间和迭代效率方面都具有优势.结论新算法避免了求取法线的迭代过程,并且可以较容易的实现矩形拓扑网的自动生成,新算法在自主开发的智能测量建模加工一体化装备中得到了应用验证.

五轴磨抛机器人补偿算法研究与实现

通过分析基于模型的补偿方法和非模型补偿方法的优缺点,结合一个五轴磨抛机器人的结构特点,提出了两种补偿方法相结合的混合补偿算法.针对平移关节误差的主要来源难于建模的特点,采用非模型的方法进行补偿;针对转动关节误差主要来源为几何参数误差,能够建模,但有些参数随机器人末端位置不同而变化的特点,采用二者相结合的混合方法进行补偿.通过对该机器人系统的实验,验证了方法的有效性和可行性.

基于IGES的卷曲类工件结构光测量路径规划研究

本文通过对卷曲类工件IGES文件的分析,本文提出了一种新的基于IGES文件的测量路径规划策略。根据张量积曲面的性质,提出了一种曲面组合算法,运用了张量积曲面的性质,将曲面操作转化为多次曲线操作,将IGES文件中存储的多片曲面片组合为一整片曲面,从而为自由曲面测量路径的提取提供了数学模型。运用二次逼近原理,提出了一种B样条曲线上的等距采样算法。通过在实际系统进行实验,上述策略及算法得到了验证,并在自主开发的智能测量建模加工一体化装备中得到了应用。

基于眼固定安装方式的机器人定位系统

研发了基于眼固定安装方式的机器人定位系统,提出了一种方便有效的手眼标定方法。通过最小二乘法求解手眼坐标的变换关系,再根据工作台平面与摄像机成像模型的约束关系,求解出目标物体的三维位姿,并最终实现了机械手的精确定位。

基于手眼立体视觉的机器人定位系统

研发了基于手眼的机器人定位系统,采用了眼在手上的单目摄像机,通过机械手的一次移动实现了立体视觉的功能。提出了一种方便有效手眼标定方法,避免了复杂的传统手眼标定过程,无需求解摄像机外参数和手眼变换矩阵。仅获取标定时刻的摄像机综合参数和机器人位姿,就可以在机器人基坐标系中视场范围内的任意两点进行检测,根据立体视觉的约束关系求解出目标物体在机器人基坐标中的位置,进而实现对目标物体的精确定位。

高性能机器人控制系统的研究

本文介绍了高性能机器人控制器的研制情况.该系统具有较高的控制精度,可完成对机器人和多个外部轴的协调控制.为便于国内用户使用,实现了中文界面功能键驱动的汉字编程示教盒.为适应机器人生产线的需要,提供了丰富的联网功能和生产线监控诊断功能.目前该系统已用于新松公司的6kg工业机器人产品中.

VRTX嵌入式实时多任务操作系统及其在机器人控制器中的应用

实时计算机系统在很多领域都发挥着重要的作用。该文介绍了一种嵌入式实时多任务操作系统VRTXsa的特点、任务调度、中断处理、同步机制以及这种操作系统在机器人控制器中的具体应用。

模糊免疫非线性PID控制的优化设计

在深入分析生物免疫系统中T细胞对B细胞辅助调节作用的基础上,提出了免疫反馈原理。针对非最小相位极点系统控制的难点,借鉴免疫反馈原理,结合积分控制的规律,提出了一种模糊免疫非线性PID控制方法。由于该方法中的参数确定比较复杂,利用免疫进化算法进行参数优化设计,实现了控制参数的合理设计。仿真结果表明,该方法在非最小相位极点系统控制中可行且有效,优于PID控制方法,具有更好的响应特性和抗干扰性能。

智能测量、建模及加工一体化机器人系统研究

数字化、智能化和集成化是制造技术目前的发展热点和未来的重要特征，也是二十一世纪先进制造技术的发展趋势。随着测量技术、自由曲面重建技术和机器人加工技术的发展，三者之间的联系越来越密切，将上述技术集成，开发智能测量、建模及加工一体化机器人系统适应了现代制造业的需要，可以提高制造系统的柔性和敏捷性，具有广阔的应用前景。 目前对于智能测量、建模及加工一体化机器人系统的研究主要还停留在样机阶段，在系统集成与实现方面还有许多关键问题需要解决。为此，本文以863计划引导项目《智能测量建模加工一体化装备的产业化开发》和中国科学院知识创新工程重大项目《数字化智能制造装备与系统技术》为依托，在分析了国内外测量建模及加工集成技术研究现状和进展的基础上，系统地研究了线结构光测量技术、自由曲面NURBS重建技术和机器人加工控制技术的集成以及集成中出现的相关问题，最后开发完成一测量、建模及加工一体化机器人系统。本文主要贡献概括如下： 1、进行了五轴机器人的补偿技术研究，提出了一种非模型方法与基于模型方法相结合的混合机器人补偿算法，有效解决了单一方法难以解决多种复杂误差源的问题。该混合机器人补偿算法适应了一体化机器人系统工作空间大，精度高等要求，并有效结合了五轴机器人的结构特点。与传统方法相比，它不仅考虑了几何参数误差和非几何参数误差，还充分考虑了非几何参数因素导致的几何参数误差的变化。 2、进行了线结构光测量系统标定技术研究，提出了一种基于探针的手眼矩阵与摄像机外参数矩阵的混合标定算法，并提出了相应的标定补偿算法。针对线结构光测量系统标定中的一个关键问题—手眼标定与摄像机外参数标定，结合手眼矩阵与摄像机外参数矩阵均为常矩阵的特点，应用基于探针的方法，将二者合二为一进行标定；在深入分析标定误差、误差来源及其对测量结果的影响的基础上，提出了标定补偿算法，克服了基于探针标定算法中标定误差受人为操作因素影响的缺陷，简化了其操作要求，同时提高了精度，从而大大提高了探针式标定方法的实用性。 3、进行了线结构光透明件测量路径规划的研究，提出了基于IGES的线结构光透明件路径规划算法与无CAD模型的半自动测量路径规划算法。针对一些形状并不复杂的工件CAD模型由多片曲面片组成的特点，根据张量积曲面的性质，提出了曲面片组合算法，将多片曲面片组合成一整片曲面，为路径统一规划提供模型；与其他线结构光测量规划研究相比，这两种方法都充分考虑了线结构光透明件测量的特殊要求和特点，解决了线结构光测量透明件的难题。 4、进行了自由曲面NURBS重建技术的研究，并针对密集散乱点云数据，提出了一种基于逆向参数化的B样条曲面重建算法。与传统参数化方法由数据点求取对应参数相反，逆向参数化方法根据参数求取相应的数据点，有效克服了传统参数化方法寻找对应点需要反复迭代的缺点；并为B样条的曲面重建提供了一种新的思路，基于逆向参数化的B样条曲面重建算法解决了密集散乱点云传统参数化的矩形拓扑难题，且实验分析表明其在时间效率和精度上较传统算法都具有优势。 5、在解决上述关键技术问题的基础上，完成智能测量、建模及加工一体化机器人系统的开发与调试，使系统达到最终应用要求，为今后的产业化奠定了基础。

制约机器人向先进制造系统集成若干问题的研究

先进制造技术是21世纪各国竞相发展的重要技术，机器人作为佩一种具有高度柔性的自动化生产一设备必将成为先进制造系统的重要组成部分。但是，目一前将机器人集成到先进制造系统中来还存在许多问题，主要包括机器人控制器的开放性、通一讯联网、实用的离线仿真、离线编程、多机器人合作以及纳入车间监控管理系统等问题。我国工业机器人控制器以及机器人机械本体己经进入小批量生产应用阶段，从制造技术发展上来分析，机器人产品飞只有适应了先进制造系统的需求，才能得到更广泛的应用，取得更大的应用效果。结合“863 "重大产业化项目“弧焊机器人产业化开发及应用工程”以及中科院先进制造技术创新基地项目“工业机器人控制器上位机功能软件开发”，我们提出了“制约机器人向先进制造系统集成若干问题的研究”这一课题。本论文研究内容主要包括以下儿个方面：1．机器人虚拟模型三维显示技术的研究通过建立机器人的运动学模型，实现了基于UpenGL的机器人虚拟模型的三维显示。一该模型具有一定的通用性，通过改变机器人的杆件尺寸可适用于关节型的各种机器人操作机。2．机器人标定技术的付佩究提出了一种简单实用的标定方法，为国产机器人性能指标的出厂检测提供了快捷方便的途径。建立机器人的误差模型，提高机器人的离线编程精度。3．基于CAN的现场总线联网技术的研究机器人控制器增加联网功能，可用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通讯，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。4．机器人生产线监控技术的研究通过工业机器人的联网技术，完成了机器人生产线的实时监控，包括机器人工作状态监视、机器人运行参数的监视，机器人运行一记录查询以及系统维护等功能。机器人离线编程技术的砂干究应用以上成果，完成了机器人生产线的实时监控，包括机器人工作状态监视、机器人运行参数的监视，机器人运行记录查询以及系统维护等功能。

一种面向无线传感器网络协同任务分配的动态联盟更新机制

在面向目标追踪等应用的无线传感器网络研究中,协同任务分配机制的研究是很重要的。基于动态联盟机制的协同任务分配方法是事件触发的,适用于任务出现频率相对较低的大规模无线传感器网络。本文在基于动态联盟机制研究的基础上,首先引入了联盟覆盖范围和休眠盟员的概念,进一步消除针对同一任务的检测传感器节点的冗余,降低系统的能量消耗;而后又给出了一种动态联盟的更新机制,以保证动态联盟执行任务时的连续性,在一定程度上保证网络的检测性能。最后通过仿真,从系统总能耗、目标捕获率和检测误差标准差等方面检验了算法的性能,并给出了缓冲带宽度等参数对能耗和网络检测性能的影响。

FDT技术及其应用研究

随着智能仪表的发展,FDT设备集成技术将具有广阔的发展前景。本文分析了FDT技术的特点和应用模式,并结合一个具体FDT设备管理系统的设计说明其在现场总线控制系统中的应用。

由电子设备描述文件到设备DTM

随着自动化程度的不断提高,对设备的种类要求越来越广泛,由此带来的设备配置工作越来越繁琐。设备描述技术和FDT/DTM技术的出现解决了这个问题。本文在对这两种技术研究的基础上,从技术实现的角度上对这两种技术做了分析,并提出了一种多技术结合的方法,以适用于复杂多样的工业应用环境。

基于神经网络的水泥生料配料多目标优化设计方法

为了降低生料成分的不确定性给水泥生料质量控制系统带来的影响,提出了率值补偿的控制策略.分别为三率值创建目标函数,并利用状态空间搜索策略解决多目标优化问题.针对初始样本空间不能覆盖所有样本的问题,提出了基于神经网络的估算模型,对初始样本空间进行拓扑.通过估价函数对状态空间中的状态量进行评价,得到最优的率值状态量;根据率值对原料配比进行调整,最后使率值偏差得到补偿,同时使给配比造成的波动最小.工业实验结果表明,生料的质量合格率由原来的30%提高到50%,该系统能有效地对配料过程进行优化控制.证明了基于神经网络的状态空间搜索策略为水泥生料配料多目标寻优问题提供了一种可行的方法。

一种基于新型数据预测方法的MICA仿真研究

在多元统计过程监控中,为解决因未知过程数据统计分布而产生误报漏报的现象,提出一种结合多向独立元分析法(MICA)和广义相关系数(GCC)数据预测的综合方法,进行在线监控过程的仿真。MICA分析方法能有效分解各变量的关联关系,且不需考虑建模数据是否符合正态分布,用此方法计算的独立元变量能更好地描述过程的变化规律。为提高预报未来过程故障的能力,提出用广义相关系数法进行数据预测:确定与运行轨迹相似的监控模型库中的轨迹,并使其相应部分承接于运行轨迹之后。现场采集聚氯乙烯聚合过程的数据进行仿真,仿真结果显示:对于在线监控和在线故障诊断方面,这种新型预测方法优于其它传统处理预测问题的方法。