Определение движения механических объектов по данным измерений

• Автор: Глотов, Юрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 125 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Определение движения стержня по данным видеоизмерений
1.1. Математическая модель движения стержня
1.2. Определение движения стержня по данным измерений
1.3. Пример определения движения стержня по данным измерений
1.4. Заключение
Глава 2. Определение квазистатических микроускорений на борту космических аппаратов по видеоизображению объектов .
2.1. Квазистатические микроускорения на борту ИСЗ
2.2. Анализ оптической системы
2.3. Автоматическое определение координат дробинки в картинной
плоскости ТВ-камеры и в коробке
2.4. Расчет микроускорения по движению дробинки
2.5. Сравнение с результатами расчета микроускорений по движению спутника
2.6. Заключение
Глава 3. Мониторинг микроускорений на борту ориентированного космического аппарата
3.1. Расчет квазистатических микроускорений, возникающих на борту искусственного спутника Земли
3.2. Математические модели вращательного движения спутника,
используемые при обработке магнитных измерений

3.3. Реконструкция неуправляемого движения методом наименьших квадратов
3.4. Фильтр Калмана
3.5. Реконструкция неуправляемого движения с помощью фильтра Калмана
3.6. Реконструкция управляемого движения Фотона М-3 с помощью фильтра Калмана
3.7. Реконструкция движения спутника в режиме солнечной ориентации
3.8. Заключение
Основные результаты
Литература

Введение
При разработке методов удаленного управления роботами в среде Интернет необходимо учитывать наличие неопределенных временных задержек в канале связи. Временные задержки наиболее остро проявляются при взаимодействии робота' с подвижным объектом. Управление таким взаимодействием целесообразно осуществлять с применением динамической модели объекта, позволяющей прогнозировать его движение. Примером такого взаимодействия может служить задача захвата стержня, качающегося на бифилярном подвесе, роботом-манипулятором, управляемым чераз Интернет. Колебания стержня регистрируются ТВ-камерой, которая поставляет необходимые для выполнения прогноза измерения и обеспечивает удаленному оператору обзор рабочего пространства робота. Разработанная ранее методика автоматизированного захвата стержня позволяла спрогнозировать его движение на несколько секунд вперед, вывести манипулятор в точку захвата и выполнить захват. Однако данная методика не обеспечивает необходимой точности прогноза на более продолжительные интервалы времени, что в задаче управления роботом через Интернет является критическим. Одним из возможных способов успешного решения данной задачи является построение более точной математической модели, основанной на нелинейных уравнениях движения стержня.
Систему технического зрения, выполняющую функцию измерительного прибора, можно также использовать для измерения остаточных микроускорений на борту космических аппаратов. В сентябре 2007 г. на борту спутника Фотон М-3 был произведен эксперимент по определению квазистатических (низкочастотных) микроускорений посредством обработки последовательности видеокадров пробного тела, совершающего свободное движение. В перспективе такая установка может быть использована для проверки бортовых

угол а. Пусть точка внутри коробки имеет в системе АХх2х,з координаты (.Т], х2, Хз). Тогда изображение этой точки в зеркале (точка, симметричная исходной относительно плоскости зеркала) будет иметь координаты (х'1,х'2,х'3), где
Система ОухУзУз связана с камерой. Плоскость ОухУ2 совпадает с картинной плоскостью камеры, ось Оуз совпадает с оптической осью камеры. Формулы перехода от системы Аххх2хз к системе ОухУгУз имеют вид
Здесь (ах, а,2, а3) — координаты точки О в системе АхХхх2х3. Если некоторая точка имеет в системе Оуу2уз координаты {ух,У2,Уз), то координаты изображения этой точки в картинной плоскости камеры будут
с _ /^1 е _

Уз Уз
где / — фокусное расстояние камеры.
Пусть точка внутри коробки имеет в системе А1Х1Х2Х3 координаты (х, х2, Х3). Выписанные соотношения позволяют рассчитать координаты двух изображений этой точки в картинной плоскости камеры. Одно изображение получается через прозрачную переднюю стенку коробки (эта стенка лежит в плоскости хз = а). Второе изображение получается через прозрачную боковую стенку коробки (лежит в плоскости Х2 — а) и зеркало. Координаты первого изображения в системе ОуУ2 обозначим (ф, ф), координаты второго изображения в той же системе обозначим (ф. ф,). Имеют место соотношения
х = х, х*2 — Х2 — 2г зт а , х'3 = Хз + 2г сое а ,
г = (х2 — Ь) ят а — Х3 сой а.
У=х х-ах, У2 = а2-х2, Уз = аз - х3 .
/(Ж1 - ах) /(а2 - х2)
Ф =------------------------- Ло =
(2.2)
аз — Хз — 2г сое а 1 2 а3 — хз — 2г сой а