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旋翼飞行机械臂系统的机器视觉伺服算法研究

旋翼飞行机械臂系统的机器视觉伺服算法研究

作者：孙敬陶湖南大学

学位级别：硕士

地面移动机器人系统上负载机械臂等主动操作机构的实践应用已得到了广泛的认可,这种将移动平台灵巧的移动能力与传统机械臂的强大操作能力相结合的技术应用,启发并产生了可操作型飞行器的诞生。并结合高清的机载图像传感系统,可广泛应... 详细信息

地面移动机器人系统上负载机械臂等主动操作机构的实践应用已得到了广泛的认可,这种将移动平台灵巧的移动能力与传统机械臂的强大操作能力相结合的技术应用,启发并产生了可操作型飞行器的诞生。并结合高清的机载图像传感系统,可广泛应用在军事及民用领域,如恶劣环境下的替人作业,高空复杂样品采集,仓储物流等。旋翼飞行机械臂系统具有欠驱动,强耦合,非线性等特点,同时会面临非结构三维空间的复杂环境干扰与系统动态不确定性等问题,近年来取得了阶段性成果和重大突破。本文设计了一种旋翼飞行平台挂载多关节机械臂的多自由度飞行机器人,利用双目相机获取三维点云进行目标物体的识别跟踪和位姿估计,最终实现系统在视野范围内的半自主视觉伺服引导和目标抓取,具体如下:1)建立了旋翼飞行机械臂的运动学和动力学模型,考虑了机械臂运动对重心变化的影响,推算出基于力平衡思想的牛顿-欧拉模型。2)针对欠驱动结构造成的目标物体极易偏离机载相机视野范围,提出了一种新的混合视觉伺服控制方法,在图像空间控制平移,笛卡尔空间控制旋转,减弱了平移与旋转之间的相互影响从而实现了解耦合效果,改善了系统对及非结构因素的抗扰能力和全局稳定性,通过MATLAB仿真环境进行了效果验证。3)针对视觉伺服过程中需要对目标的实时定位跟踪以及位姿估计,在Camshifts跟踪算法的基础上,提出三帧差分检测识别方法定位目标;接着通过双目相机获取的物体点云进行目标特征提取和匹配,实现对目标的实时位姿估计,最后通过ROS平台上实际对目标的实验验证了可行性。4)同时,针对机臂系统的欠驱动多自由度特性提出了一种多任务分解组合控制机制,减弱整个伺服过程的耦合影响和障碍物与重心变化的影响。仿真结果显示了该方法的可行性,在伺服仿真的基础上仿真验证了该控制机制的改进效果。本文使用Matlab/Simulink仿真平台和基于Ubuntu系统的ROS平台,进行了上述混合视觉伺服和分层任务组合策略的验证和实物视觉伺服验证、位姿预估和双目跟踪。为可操作飞行器的实际研究提供了充分的理论依据。

关键词：旋翼飞行机械臂立体匹配位姿估计目标跟踪视觉伺服分层任务组合

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旋翼飞行机械臂系统的混合视觉伺服控制

控制理论与应用 2019年第4期36卷 505-515页

作者：孙敬陶王耀南谭建豪钟杭李瑞涵湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 湖南大学机器人视觉感知与控制技术国家工程实验室湖南长沙410082

旋翼飞行机械臂是一种具有强耦合特性的机器人系统,借助视觉进行自主作业还存在诸多问题,如实时深度估计、目标极易丢失以及目标笛卡尔空间模型重建等.本文针对传统的基于图像与基于位置的视觉伺服的缺陷以及系统自身欠驱动等问题,建立... 详细信息

旋翼飞行机械臂是一种具有强耦合特性的机器人系统,借助视觉进行自主作业还存在诸多问题,如实时深度估计、目标极易丢失以及目标笛卡尔空间模型重建等.本文针对传统的基于图像与基于位置的视觉伺服的缺陷以及系统自身欠驱动等问题,建立了运动学模型和提出了基于力平衡原理的动力学联合建模,并通过欧几里得单应性矩阵分解设计出旋翼飞行机械臂系统的混合视觉伺服控制方法,在图像空间控制平移、笛卡尔空间控制旋转,减弱了平移与旋转之间的相互影响实现解耦效果,改善了系统对非结构因素的抗扰性能和全局稳定性.通过仿真和实验检验了系统鲁棒性和算法优越性.

关键词：旋翼飞行机械臂系统动力学联合建模欧几里得重建视觉伺服手眼系统

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加强学科教研组建设促进学科专业发展

辽宁教育 2018年第6X期 39-41页

作者：孙敬陶北京师范大学长春附属学校

学科教研组是学校教育教学工作的基层组织和教师专业成长的共同体,反映了一个学校的文化和特色。从某种意义上讲,一个学校学科教研组建设的质量,决定着学校教育教学工作的成败与发展。因此,明确学科教研组的组织形式、功能及职责,可以... 详细信息

学科教研组是学校教育教学工作的基层组织和教师专业成长的共同体,反映了一个学校的文化和特色。从某种意义上讲,一个学校学科教研组建设的质量,决定着学校教育教学工作的成败与发展。因此,明确学科教研组的组织形式、功能及职责,可以使其真正的发挥学科教研的作用,凸显学科品性,打造学科特色。一、学科教研组的职能教学职能是教研组的基本职能。

关键词：教研组建设学科教研学科专业发展

以个性化问题驱动小学生思维品质的发展——以小学英语教学为例

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辽宁教育 2019年第23期 26-27页

作者：孙敬陶北京师范大学长春附属学校

"对话"是课堂教学中不可或缺的重要组成部分,强调师生间的对话。教师所设计的课堂问题,对有效组织教学、引发学生思考极为重要。英语学科核心素养包括语言能力、思维品质、文化品格和学习能力。

关键词：小学英语教学课堂问题思维品质师生间的对话英语学科核心素养文化品格课堂教学中个性化问题

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基于体验式学习的小学英语教学活动设计

辽宁教育 2023年第13期 42-45页

作者：孙敬陶广东省深圳市盐田区教科院附属田东小学

本文通过对体验式学习内涵的分析,结合英语学科育人价值和学生学情,从体验式英语学习活动的情境性、迁移性和个性化三个特征出发,对基于体验式学习的小学英语课堂教学活动进行设计。实践证明,体验式学习理论能够较好地回应语言教学过程... 详细信息

本文通过对体验式学习内涵的分析,结合英语学科育人价值和学生学情,从体验式英语学习活动的情境性、迁移性和个性化三个特征出发,对基于体验式学习的小学英语课堂教学活动进行设计。实践证明,体验式学习理论能够较好地回应语言教学过程中碎片化、模式化、机械化等问题,有效地改善了学生英语学习中枯燥乏味的学习体验,更大程度上激发了学生主动参与学习的意识,使学生在学习过程中积极思考、大胆创新、有效反思、切实改进,逐步推进学生的语言能力、文化意识、思维品质和学习能力等素养的提升。

关键词：体验式学习英语教学活动设计

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基于体验式学习的小学英语教学活动设计

小学教学研究 2023年第19期 44-47页

作者：孙敬陶广东省深圳市盐田区教科院附属田东小学

本文通过对体验式学习内涵的分析,结合英语学科的育人价值和学生学情,从体验式英语学习活动的情境性、迁移性和个性化三个特征出发,对基于体验式学习的小学英语课堂教学活动进行设计。实践证明,体验式学习理论能够较好地回应语言教学过... 详细信息

本文通过对体验式学习内涵的分析,结合英语学科的育人价值和学生学情,从体验式英语学习活动的情境性、迁移性和个性化三个特征出发,对基于体验式学习的小学英语课堂教学活动进行设计。实践证明,体验式学习理论能够较好地回应语言教学过程中碎片化、模式化、机械化等问题,能有效地改善学生英语学习中枯燥乏味的学习体验,在更大程度上激发学生主动参与学习的意识,使学生在学习过程中积极思考、大胆创新、有效反思、切实改进,逐步促进学生语言能力、文化意识、思维品质和学习能力等素养的提升。

关键词：体验式学习英语教学活动设计

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小学英语课堂有效提问的策略

辽宁教育 2018年第12期 70-72页

作者：孙敬陶北京师范大学长春附属学校

新课程改革以来,在教育教学中特别强调学生的主体地位。教师在教学中的有效提问不仅能够突出以学生为主体的教育理念,也能够激发学生的学习兴趣,活跃课堂气氛,培养学生的综合语言运用能力,有利于实现语言的工具性及人文性的统一,同时回... 详细信息

新课程改革以来,在教育教学中特别强调学生的主体地位。教师在教学中的有效提问不仅能够突出以学生为主体的教育理念,也能够激发学生的学习兴趣,活跃课堂气氛,培养学生的综合语言运用能力,有利于实现语言的工具性及人文性的统一,同时回答的过程也是学生进行个性化表达的必要阶段。提问与回答的过程是增进师生、生生情感交流的过程,也是加速教师对学生知识结构、心理及年龄特点的了解进程,是英语学科核心素养中的重要指标。

关键词：有效提问英语课堂综合语言运用能力以学生为主体小学教育教学新课程改革个性化表达

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具身认知视角下的小学英语课堂教学活动设计

吉林省教育学院学报 2021年第8期37卷 5-9页

作者：孙敬陶东北师范大学教育学部吉林长春130000 北京师范大学长春附属学校吉林长春130000

本文通过对具身认知理论概念的界定,结合小学英语学科育人价值和学生特点,通过对具身认知视角下小学英语课堂教学活动特征的分析,在情境性特征、体验性特征、过程性特征和开放性特征的指导下进行小学英语课堂教学活动设计与实施。实践证... 详细信息

本文通过对具身认知理论概念的界定,结合小学英语学科育人价值和学生特点,通过对具身认知视角下小学英语课堂教学活动特征的分析,在情境性特征、体验性特征、过程性特征和开放性特征的指导下进行小学英语课堂教学活动设计与实施。实践证明,具身认知理论能够较好地回应英语教学中的问题,有效激发学生的学习动机和探究精神,形成良好的学习态度,促进思维意识的发展和综合语言运用能力的提升,对语言教学实践有重要的指导意义。

关键词：具身认知小学英语课堂教学活动应用实践反思创新

指向在线互动策略的小学英语对话教学设计——以沪教版《牛津英语》五(下)Unit 10 Great inventions为例

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