用三點法實現(xiàn)機器人三維位置測量的研究摘 要 ：提 出 了一 種 微 小 爬 壁 機 器 人 三 維 位 置 測 量 的新 方 法 。筆 者 通 過 深 入 分 析 研 究各 種 位 置 測 控 方 法 與 系 統(tǒng) ，提 出采 用單 目視 覺方 法 中的 聚 焦法 ，以 CCD作 為 傳 感 器 ，用 三 點 法 實現(xiàn) 對 機 器 人 的 三 維 位 置 測 量 。 驗 證性 實驗 結(jié)果表 明 ，本研 究提 出的測 量原 理和 系統(tǒng)是 正 確 可行 的 。 關(guān)鍵詞 ：機 器人 ；位置 測量 ；CCD傳 感 器 ；單 目視 覺 ；攝 像 機 標 定 中 圖分 類 號 ：TP242．6 文 獻 標 識 碼 ：B Abstract：A new 3D position measurementmethod Ofa wall—climbing micro robothas been researched．Researc— hing on the various position measuring and controlling method，theauthorhasputforwardanewprojecttomeas— ure the 3D position of the robot，in which the focusing method with singlecamera and CCD sensorhasbeen used to getthe position information．The elementary experiment has verified the principle and the system． Key words：robot；position detection；CCD sensor；single camera vision；camera caiibration 位置測量技 術(shù)是智 能機 器人 的關(guān)鍵 技術(shù) ，是各 種 機器人控 制系統(tǒng) 中極 為重 要 的環(huán)節(jié) ，也 是 國內(nèi)外研 究 的熱點所 在。 按 照測試 系統(tǒng) 與被 測機 器 人 的關(guān) 系 ，可 以將位 置 測量技術(shù) 分為接觸 式和非接觸式 兩大類 。接觸 式測量 系統(tǒng) 由于在測 量過程 中或多或少地 對機器人施 加 了載 荷 ，因而僅適用于靜 態(tài) 位置測 量 。而動 態(tài) 位 置測量 系 統(tǒng) 主要分 5類 ：①激光跟蹤 系統(tǒng) ；@ CCD交 互測量 收 稿 日期 ：2001—07—03 基 金項 目：國家 863高科技 研 究 資助 項 目(9804-06)；教 育 部 高 等 學(xué)校 骨干教 師 資助 計 3t,j項 目 作者 簡 介 ：張 智海 (1973一 )，男 ，工 學(xué)碩 士 ，主 要 研 究 方 向 為 智 能 機 器人 測 控 技 術(shù) 。 系統(tǒng) ；③ 超聲波 測量 系統(tǒng) ；④ PSD(positionsensitivede— vice)位 置 測 量 系統(tǒng) ；⑤ 帶 有 接 近覺 傳 感 器 的 測量 系 統(tǒng) 。位置測量 還可 以從另一個分類 角度劃分為主動式 測量和被動 式測 量 。主動式測 量主要可 以分為結(jié) 構(gòu)光方法和激光 自動聚焦法兩類 。被 動式測量 主要 可 以分為雙 目視 覺 、三 目視覺 、單 目視覺 等方法 。 對 比以上各種方法 的 優(yōu)缺 點 ，針對 筆者 研制 的微 小爬壁機器人 的空 間三 維位 置 測量 的要 求 ，測量 系統(tǒng) 必須滿足尺 寸小 、分 辨率 高 、穩(wěn)定 性 和可 靠性 好 、時 間 響應(yīng)快等特 點 ，提 出了采用 單 目視覺方法 中的聚焦法 ， 選用 CCD作 為傳感器 ，用 三點法實現(xiàn)對機器人 的三維 位置測量 ，并用 Matlab和 V
標簽： 機器人
上傳時間： 2022-02-12
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工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究過程中，流量測量必不可少，由于超聲波流量計可以將超聲換能器火裝在管道外面進行非接觸測量，無需中斷管道，設(shè)計和安裝方便，并且滿足大部分工業(yè)生產(chǎn)的精度要求，近年來得到了廣泛應(yīng)用.本設(shè)計采用了多脈沖時差法測量技術(shù)，增強了系統(tǒng)的抗干擾性，改善了測量效果。系統(tǒng)的硬件部分以MSP430F155為控制核心，選用了高精度時間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC-GPI和復(fù)雜可編程邏輯器件spl.S11032等芯片.充分發(fā)揮了ispL.S1032的在系統(tǒng)可編程性，設(shè)計了超聲波退耦合脈沖定時器、抗干擾濾波器、數(shù)字單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等電路，實現(xiàn)了多脈沖的時間差測量，進一步提高了硬件抗干擾性，并且完成了系統(tǒng)時鐘同步和電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)。通過芯片內(nèi)部的門電路傳播時延實現(xiàn)系統(tǒng)傳播時間的測量，可以達到較高的測量精度，與傳統(tǒng)的通過高速數(shù)字計數(shù)器測時的方式相比，有很大的優(yōu)勢，可以在較低的頻率下完成電路的設(shè)計，避免了高頻電路設(shè)計中所帶來的更繁雜的電磁兼容等方面的問題。軟件設(shè)計是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS 430的實現(xiàn).Small RTOS 430是由IC/OS-I和Small RTOS 51經(jīng)過改寫和移植而來，最大限度的減少了操作系統(tǒng)本身的代碼量和所需的內(nèi)存空間，整個軟件系統(tǒng)以任務(wù)為單位，任務(wù)的實現(xiàn)相互獨立，簡化了軟件的開發(fā)過程，縮短了開發(fā)周期，增強了系統(tǒng)的可靠性本文設(shè)計的時差法超聲波流量計，采用了TDC-GPI測量傳播時間差，保證了較高的測量精度；使用ispLS1032完成了多脈沖情況下時間差的確定和超聲波退耦合脈沖定時器、抗干擾濾波器等硬件抗干擾電路，改善了超聲波流量計的測量效果.
標簽： 超聲波流量計
上傳時間： 2022-06-21
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本課題來源于國家863計劃《高速高效防爆稀土永磁同步電機研究》項目的部分研究內(nèi)容。為了進一步提高稀土永磁同步電動機的效率，本論文主要采用有限元分析與實驗相結(jié)合的方法，重點針對稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的諧波轉(zhuǎn)子銅耗、瞬態(tài)起動過程以及空載諧波磁場進行了深入研究。 論文利用有限元電磁場仿真軟件MagNet，對油田抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了詳細的電磁場仿真計算，首次，對諧波磁場引起的稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗進行了深入分析。通過對22kW電機的間接法和直接法效率實驗，分離出諧波引起的雜散損耗，并與仿真計算結(jié)果進行對比分析，證明了：實際稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時是存在轉(zhuǎn)子銅耗的，這也是和傳統(tǒng)稀土永磁同步電動機理論不同的地方。研究成果《稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗分析》發(fā)表在核心期刊《微特電機》2006年第9期上。 論文采用有限元MagNet對抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了起動過程的仿真研究，并利用先進的動態(tài)示波記錄儀DL750對22kW電機進行了空載起動過程的實驗。實驗結(jié)果表明有限元電磁仿真計算結(jié)果是準確的，也為稀土永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。研究成果《基于有限元的稀土永磁同步電動機起動過程仿真研究》發(fā)表在核心期刊《微特電機》2007年第1期上。 論文應(yīng)用有限元電磁場軟件MagNet對作者設(shè)計的370W稀土永磁同步電動機的空載氣隙磁場進行了仿真分析，得到空載諧波磁場的波形畸變率是6.23﹪；為了驗證有限元分析結(jié)果的正確性，專門設(shè)計了兩臺370W稀土永磁同步電動機對拖實驗，利用WT3000電力分析儀分析出：實際空載氣隙磁場波形的畸變率是3.26﹪；通過實驗結(jié)果和仿真結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)實際電機的轉(zhuǎn)子鼠籠條對電機空載諧波磁場有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步電動機空載氣隙磁場的諧波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特電機》上。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著世界經(jīng)濟的高速發(fā)展、人口的增長和科技的進步，傳統(tǒng)能源的消耗量越來越大，這就帶來了一系列能源的耗盡和環(huán)境污染問題。太陽能作為一種優(yōu)越的可再生能源而受到世界各國的重視并具有較大發(fā)展?jié)摿Α榱诉M一步提高系統(tǒng)的性能，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化及可靠運行，本文研究獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、工作原理和控制策略。相對并網(wǎng)系統(tǒng)，這對于國家正大力發(fā)展的西部太陽能資源開發(fā)來說是具有現(xiàn)實意義的。 首先，本文詳細介紹了光伏發(fā)電的國內(nèi)外研究背景，光伏電池的種類、發(fā)電原理及輸出特性，并介紹了獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成、運行原理和應(yīng)用，在此基礎(chǔ)上論述了光伏系統(tǒng)常用的DC/DC變換電路，負載最大功率跟蹤（MPPT）的方法等人們普遍關(guān)注的問題。融合了上述原理技術(shù)，設(shè)計一個功率為25W的獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)。 其次，為減小傳統(tǒng)的固定步長的擾動法進行最大功率跟蹤的步長大振蕩大，步長小跟蹤速度慢的缺陷，本文提出了電壓自適應(yīng)最大功率跟蹤算法，其原理是引入了不同的步長系數(shù)，根據(jù)功率變量值的大小，確定合適的控制步長進行電壓參考值的給定，并在MATLAB環(huán)境下利用Simulink工具搭建模型進行仿真，仿真結(jié)果驗證了此種跟蹤方法具有快速性、穩(wěn)定性和準確性等優(yōu)點。 最后，搭建硬件電路，通過對電池板的不同安裝角度測量得到的數(shù)據(jù)，得出不同季節(jié)在大連地區(qū)安裝的不同最佳角度值。設(shè)計了25W的獨立運行光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路及其控制電路，包括光伏電池的選擇，Boost主電路參數(shù)、控制電路部分、驅(qū)動電路及其檢測電路各模塊分別進行了詳細的探討；對獨立系統(tǒng)的儲能裝置蓄電池的充放電電路進行了設(shè)計，利用單片機dsPIC30F3011控制電路同時實現(xiàn)了最大功率跟蹤和蓄電池的充電電壓、放電極限電壓及充電電流的控制，可防止過充過放現(xiàn)象的發(fā)生，從而實現(xiàn)獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠運行。
標簽： 獨立 光伏發(fā)電系統(tǒng) 運行
上傳時間： 2013-04-24
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繞組勵磁同步電機具有功率因數(shù)可調(diào)、效率高等優(yōu)點，在工業(yè)大功率場合獲得了廣泛應(yīng)用，因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟價值和社會效益。目前開發(fā)高性能繞組勵磁同步電機驅(qū)動系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種：一種是直接轉(zhuǎn)矩控制（DTFC）；另一種是磁場定向矢量控制（FOC）。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結(jié)構(gòu)簡單，物理概念清晰，電流、轉(zhuǎn)矩波動小，轉(zhuǎn)速響應(yīng)迅速，易實現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點。因此，在交流傳動領(lǐng)域中，越來越受到學(xué)者的關(guān)注。但是，無論在國內(nèi)還是國外，交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究，還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構(gòu)架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)進行了初步的理論探討，并進行了詳細的實踐研究，為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng)，打好堅實的基礎(chǔ)。本論文主要研究內(nèi)容如下： @@ 通過廣泛的查找文獻，對幾種常見的同步電機傳動系統(tǒng)進行了綜述，分析了同步電機變頻調(diào)速原理，在此基礎(chǔ)上，講述了無傳感器技術(shù)在同步電機中的應(yīng)用現(xiàn)狀。無傳感器技術(shù)主要有兩大類：基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后，對轉(zhuǎn)子初始位置的估計進行了綜述，其方法有：基于電機定子鐵芯飽和效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置估計，高頻信號注入法，基于定子繞組感應(yīng)電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉(zhuǎn)子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究，建立起矢量控制的理論體系構(gòu)架。 @@ 首先，基于磁勢等效原理，將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉(zhuǎn)直流信號，將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎(chǔ)上，得到凸極同步電機轉(zhuǎn)子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據(jù)上述方程，繪出dq軸的等值電路及矢量圖，得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學(xué)模型。 @@ 其次，根據(jù)模型參考自適應(yīng)原理，對同步電機轉(zhuǎn)速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用，取同步轉(zhuǎn)速為零，得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數(shù)學(xué)模型。將不含有轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息的方程作為參考模型，將含有轉(zhuǎn)速參數(shù)的方程作為可調(diào)模型，根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理，對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進行估計。@@ 最后，根據(jù)模型參考自適應(yīng)估計的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，設(shè)計磁通觀測器來估計轉(zhuǎn)子磁通，實現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測器采用降維觀測器，僅對轉(zhuǎn)子磁通分量進行重構(gòu)，并通過極點配置算法，合理配置觀測器的極點，使觀測器滿足系統(tǒng)的性能指標，達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調(diào)制算法。從空間矢量的基本概念入手，深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關(guān)系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關(guān)狀態(tài)矢量，這六個開關(guān)矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量，去逼近圓形旋轉(zhuǎn)磁場。其次，根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū)，選擇相鄰有效開關(guān)矢量，在伏秒平衡的法則下，計算各有效開關(guān)矢量的作用時間。并且，探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過渡問題，定性分析了空間矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的性能。最后，根據(jù)每個扇區(qū)中開關(guān)矢量作用時間，采用軟件構(gòu)造法，在TMS320LF2407A硬件上實現(xiàn)了SVPWM。實驗結(jié)果表明，該算法簡單易實現(xiàn)，能夠有效的提高直流母線的電壓利用率，具有在低頻運行穩(wěn)定，逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點。 @@ 空間矢量過調(diào)制算法的研究。在上述線性調(diào)制的基礎(chǔ)上，提出一種基于電壓空間矢量的過調(diào)制方法。過調(diào)制區(qū)域根據(jù)調(diào)制度分成兩種不同的模式，分別為模式Ⅰ（0．907
上傳時間： 2013-07-25
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風速是氣象測量的一個重要要素，利用超聲波進行風速測量現(xiàn)如今得到廣泛的應(yīng)用，技術(shù)已經(jīng)很成熟。當超聲波在空氣中傳播時，受到風速的影響，順風和逆風情況下存在一個時間差，基于這個原理制成的時差法超聲波風速測量儀表，具有精度高、可靠性強、集成度高等優(yōu)勢，并可以與雨量、濕度等測量儀表構(gòu)成完整的移動氣象站，與傳統(tǒng)的機械式儀表、電磁式儀表相比，具有較強的優(yōu)勢，其關(guān)鍵參數(shù)是系統(tǒng)的測量精度。 ARM作為32位的微處理器，具有豐富的片上資源，高達60M的處理能力，而且功耗很小，適合作為智能儀表的核心處理器。本文給出了基于LPC2132的風速測量系統(tǒng)，可以實現(xiàn)風速的測量、顯示、精度調(diào)節(jié)以及與上位機之間的通信等功能。系統(tǒng)硬件電路包括ARM7處理器以及外圍的模擬、數(shù)字電路，并采用模塊化進行設(shè)計。這種思想大大簡化了系統(tǒng)硬件電路設(shè)計的復(fù)雜性，增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。軟件部分根據(jù)超聲波信號的特點，選用新型的構(gòu)造包絡(luò)的方法，在準確判斷超聲波到達時間的問題上有所改進。 文章共分六個部分。第一章緒論介紹了超聲波風速測量儀表的發(fā)展現(xiàn)狀、本篇論文選題的目的和意義、所做的工作以及創(chuàng)新點。第二章介紹了超聲波風速測量的基本原理。第三章是介紹基于ARM的超聲波風速測量的系統(tǒng)的硬件設(shè)計。第四章是系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第五章是系統(tǒng)的誤差分析。第六章是全文的總結(jié)以及就下一步的工作提出一些設(shè)想。
標簽： ARM 超聲波 系統(tǒng)設(shè)計 風速測量
上傳時間： 2013-06-04
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采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)可以快速實現(xiàn)數(shù)字電路，但是用于生成FPGA編程的比特流文件的CAD工具在編制大規(guī)模電路時常常需要數(shù)小時的時間，以至于許多設(shè)計者甚至通過在給定FPGA上采用更多的資源，或者以犧牲電路速度為代價來提高編制速度。電路編制過程中大部分時間花費在布線階段，因此有效的布線算法能極大地減少布線時間。 許多布線算法已經(jīng)被開發(fā)并獲得應(yīng)用，其中布爾可滿足性(SAT)布線算法及幾何查找布線算法是當前最為流行的兩種。然而它們各有缺點：基于SAT的布線算法在可擴展性上有很大缺陷；幾何查找布線算法雖然具有廣泛的拆線重布線能力，但當實際問題具有嚴格的布線約束條件時，它在布線方案的收斂方面存在很大困難。基于此，本文致力于探索一種能有效解決以上問題的新型算法，具體研究工作和結(jié)果可歸納如下。 1、在全面調(diào)查FPGA結(jié)構(gòu)的最新研究動態(tài)的基礎(chǔ)上，確定了一種FPGA布線結(jié)構(gòu)模型，即一個基于SRAM的對稱陣列(島狀)FPGA結(jié)構(gòu)作為研究對象，該模型僅需3個適合的參數(shù)即能表示布線結(jié)構(gòu)。為使所有布線算法可在相同平臺上運行，選擇了美國北卡羅來納州微電子中心的20個大規(guī)模電路作為基準，并在布線前采用VPR399對每個電路都生成30個布局，從而使所有的布線算法都能夠直接在這些預(yù)制電路上運行。 2、詳細研究了四種幾何查找布線算法，即一種基本迷宮布線算法Lee，一種基于協(xié)商的性能驅(qū)動的布線算法PathFinder，一種快速的時延驅(qū)動的布線算法VPR430和一種協(xié)商A
上傳時間： 2013-05-18
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對數(shù)字電路設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)--邏輯函數(shù)式的處理進行了解析。分邏輯函數(shù)式的化簡、檢查、變換3個方面作了詳細探討，且對每個方面給出了相應(yīng)的見解，即對邏輯函數(shù)式的化簡方面提出宜采用先卡諾圖法再代數(shù)法的綜合法；對邏輯函數(shù)式的檢查方面指出了觀察互補出現(xiàn)的因子并檢驗在特殊條件下是否存在該因子的“互補相與”和“互補相或”的核心要點；對邏輯函數(shù)式的變換方面則提出了一種具有普適性的二次取非變換法。同時，對這些見解還給出了相應(yīng)的例證。
上傳時間： 2013-10-18
上傳用戶：一天睡三次
根據(jù)太陽能光伏電池的等效電路特點，建立了相應(yīng)的光伏電池組件的仿真模型。該模型可以實現(xiàn)在不同光照強度和溫度下光伏組件的輸出特性，在此模型基礎(chǔ)上研究了光伏組件最大功率追蹤方法（MPPT）。在眾多最大功率追蹤方法中，擾動法有著比較優(yōu)秀的控制效果。針對最常用的最大功率點跟蹤方法-擾動觀察法，提出一種改進型的擾動法算法，通過仿真結(jié)果和實驗證明該方法在一定程度上可解決光伏電池輸出非線性的問題，有效避免跟蹤偏差，提高光伏電池的輸出效率，且動態(tài)響應(yīng)速度快，使光伏系統(tǒng)具有良好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。
上傳時間： 2013-10-31
上傳用戶：liaocs77
目前在超聲波測速技術(shù)中，通常采用單一的時差法或頻差法測速，當被測物體的速度變化范圍較大時，單一的測速方法會引入較大的測量誤差。系統(tǒng)以單片機AT89C51為核心，將時差法測速和頻差法測速集成在同一套系統(tǒng)中，實現(xiàn)了兩種方法的同時測量。分析表明該方法的測量誤差小，測量精度高，在近距離實時測速方面有一定的理論價值和應(yīng)用前景。
上傳時間： 2013-11-23
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