复眼相机支撑体结构优化设计及分析
发布时间：2021-04-27 08:45
随着光电信息采集技术的不断发展,单孔径光学系统场景采集越来越无法满足高效化、三维化的工程需求;模仿生物复眼,以多孔径光学系统代替单孔径光学系统,成为一个新的工程研发和应用方向。为了实现快速精准的外部信息采集,实现复杂场景的构建。本文对搭载于无人机飞行系统的复眼相机支撑体结构进行结构设计及优化分析。考虑到无人机本身载重能力,以及复眼相机成像“大视场,少冗余”的需求,本文结合理论分析,结构建模,有限元分析,试验验证等方面,全方位的轻量化、合理化复眼相机的支撑体结构。具体研究内容如下:（1）明确复眼相机设计过程中结构的设计需求,包括搭载对象确定、子眼选型、材料选取,以及整体结构的力学环境等。通过接触理论模型,推导出接触刚度的计算方程。通过建立一种有限元模型来克服螺栓连接的非线性问题,有效减小在有限元分析过程中,因螺栓连接导致结构分析的误差,提高了分析的精度及效率。（2）复眼相机框架结构设计及分析。提出一种基于多目标遗传算法确定子眼个数及排列形式的方法,通过该方法成功地得到可实现180?×360?大视场的“六目”复眼相机框架结构的初步模型;在初步模型...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景、研究目的及意义
1.1.1 应用需求
1.2 国内外研究现状
1.2.1 昆虫复眼及人造复眼研究现状
1.2.2 复眼相机框架结构的研究现状
1.2.3 云台结构设计的研究现状
1.3 存在的问题及课题提出
1.4 本文研究的主要内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 研究内容及技术路线
第2章 复眼相机设计需求及分析方法
2.1 复眼相机整体结构设计需求
2.1.1 搭载对象及子眼选型
2.1.2 云台轴系确定及整体方案
2.1.3 功能及设计要求
2.1.4 材料分析及选取
2.2 复眼相机整体力学环境
2.2.1 静力学环境
2.2.2 动力学环境
2.3 接触问题有限元求解
2.3.1 接触问题
2.3.2 刚度计算理论
2.3.3 数值分析方法
2.3.4 有限元法建模原则
2.4 本章小结
第3章 复眼相机框架结构设计及分析
3.1 框架方案设计
3.1.1 多目标优化理论
3.1.2 多目标遗传算法
3.1.3 子眼相机个数及排布的确定
3.2 复眼相机框架结构设计
3.2.1 子眼框架
3.2.2 主体框架结构设计方案
3.2.3 轻量化结构优化分析
3.3 框架结构有限元分析
3.3.1 有限元静态结构分析
3.3.2 框架结构模态分析
3.4 本章小结
第4章 云台结构设计及分析
4.1 云台三轴系统零件设计
4.1.1 构型设计及电机选取
4.1.2 拓扑优化
4.1.3 俯仰支撑杆设计及分析
4.1.4 横滚支撑杆设计及分析
4.1.5 基座支撑杆设计及分析
4.1.6 其它零件设计
4.2 减振系统设计及仿真分析
4.2.1 振动对复眼相机的影响
4.2.2 减振理论模型分析及设计
4.2.3 减振系统模态分析
4.2.4 减振系统谐响应分析
4.3 模态试验分析
4.3.1 样机试制及控制系统搭建
4.3.2 试验模态分析及系统组成
4.3.3 复眼相机试验模态的实施及分析
4.4 振动测试试验分析
4.5 本章小结
第5章 复眼相机整体结构成像试验
5.1 复眼相机标定模型构建
5.1.1 坐标转换
5.1.2 小孔成像模型
5.1.3 相机参数标定
5.2 复眼相机标定试验
5.2.1 相机标定流程及结果
5.2.2 图像畸变校正
5.3 复眼相机图像拼接试验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 本文不足与展望
致谢
参考文献
附录A 研究生期间科研成果
附录B 学位论文涉及项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多旋翼无人机三轴稳定云台的设计[J]. 宋科. 机电工程. 2018(02)
[2]无人机全景技术在现场监测中的应用[J]. 陈文龙,张煜,叶松,沈定涛,魏思奇. 长江科学院院报. 2016(11)
[3]某航空光电稳定平台方位框架设计和分析[J]. 谭淞年,李全超,张洪伟,李蕾. 应用光学. 2016(03)
[4]再不了解这些装备你就OUT了 全景相机+VR眼镜全解析[J]. 韩尧. 摄影之友. 2016(03)
[5]对两轴光电云台的有限元分析及优化[J]. 王纯阳. 制造业自动化. 2015(23)
[6]智能灭火机器人的设计与实现[J]. 郑英,李香菊,王迷迷,张立珍. 科技展望. 2015(35)
[7]基于Ladybug的全景影像三维坐标解算研究[J]. 周明明,王山东,张平. 信息技术. 2015(04)
[8]长线阵TDICCD空间相机像移匹配及MTF分析[J]. 武奕楠,张宇,韩双丽,金龙旭,王文华. 电子测量技术. 2014(10)
[9]小型无人机机载两轴云台设计与实现[J]. 杨润,闫开印,马术文. 自动化与仪器仪表. 2014(07)
[10]一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法[J]. 涂波,刘璐,刘一会,金野,汤俊雄. 自动化学报. 2014(04)
博士论文
[1]仿生复眼全景立体成像关键技术研究[D]. 王玉伟.中国科学技术大学 2017
[2]多摄像机全景视频监控中的若干关键技术研究[D]. 孟凡阳.深圳大学 2016
[3]超宽覆盖空间相机结构设计与优化[D]. 李畅.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[4]水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究[D]. 陆建山.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]几种视觉仿生光学系统的研究[D]. 冯驰.北京理工大学 2015
本文编号：3163158
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景、研究目的及意义
1.1.1 应用需求
1.2 国内外研究现状
1.2.1 昆虫复眼及人造复眼研究现状
1.2.2 复眼相机框架结构的研究现状
1.2.3 云台结构设计的研究现状
1.3 存在的问题及课题提出
1.4 本文研究的主要内容
1.4.1 课题来源
1.4.2 研究内容及技术路线
第2章 复眼相机设计需求及分析方法
2.1 复眼相机整体结构设计需求
2.1.1 搭载对象及子眼选型
2.1.2 云台轴系确定及整体方案
2.1.3 功能及设计要求
2.1.4 材料分析及选取
2.2 复眼相机整体力学环境
2.2.1 静力学环境
2.2.2 动力学环境
2.3 接触问题有限元求解
2.3.1 接触问题
2.3.2 刚度计算理论
2.3.3 数值分析方法
2.3.4 有限元法建模原则
2.4 本章小结
第3章 复眼相机框架结构设计及分析
3.1 框架方案设计
3.1.1 多目标优化理论
3.1.2 多目标遗传算法
3.1.3 子眼相机个数及排布的确定
3.2 复眼相机框架结构设计
3.2.1 子眼框架
3.2.2 主体框架结构设计方案
3.2.3 轻量化结构优化分析
3.3 框架结构有限元分析
3.3.1 有限元静态结构分析
3.3.2 框架结构模态分析
3.4 本章小结
第4章 云台结构设计及分析
4.1 云台三轴系统零件设计
4.1.1 构型设计及电机选取
4.1.2 拓扑优化
4.1.3 俯仰支撑杆设计及分析
4.1.4 横滚支撑杆设计及分析
4.1.5 基座支撑杆设计及分析
4.1.6 其它零件设计
4.2 减振系统设计及仿真分析
4.2.1 振动对复眼相机的影响
4.2.2 减振理论模型分析及设计
4.2.3 减振系统模态分析
4.2.4 减振系统谐响应分析
4.3 模态试验分析
4.3.1 样机试制及控制系统搭建
4.3.2 试验模态分析及系统组成
4.3.3 复眼相机试验模态的实施及分析
4.4 振动测试试验分析
4.5 本章小结
第5章 复眼相机整体结构成像试验
5.1 复眼相机标定模型构建
5.1.1 坐标转换
5.1.2 小孔成像模型
5.1.3 相机参数标定
5.2 复眼相机标定试验
5.2.1 相机标定流程及结果
5.2.2 图像畸变校正
5.3 复眼相机图像拼接试验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 本文总结
6.2 本文不足与展望
致谢
参考文献
附录A 研究生期间科研成果
附录B 学位论文涉及项目
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种多旋翼无人机三轴稳定云台的设计[J]. 宋科. 机电工程. 2018(02)
[2]无人机全景技术在现场监测中的应用[J]. 陈文龙,张煜,叶松,沈定涛,魏思奇. 长江科学院院报. 2016(11)
[3]某航空光电稳定平台方位框架设计和分析[J]. 谭淞年,李全超,张洪伟,李蕾. 应用光学. 2016(03)
[4]再不了解这些装备你就OUT了 全景相机+VR眼镜全解析[J]. 韩尧. 摄影之友. 2016(03)
[5]对两轴光电云台的有限元分析及优化[J]. 王纯阳. 制造业自动化. 2015(23)
[6]智能灭火机器人的设计与实现[J]. 郑英,李香菊,王迷迷,张立珍. 科技展望. 2015(35)
[7]基于Ladybug的全景影像三维坐标解算研究[J]. 周明明,王山东,张平. 信息技术. 2015(04)
[8]长线阵TDICCD空间相机像移匹配及MTF分析[J]. 武奕楠,张宇,韩双丽,金龙旭,王文华. 电子测量技术. 2014(10)
[9]小型无人机机载两轴云台设计与实现[J]. 杨润,闫开印,马术文. 自动化与仪器仪表. 2014(07)
[10]一种扩展小孔成像模型的鱼眼相机矫正与标定方法[J]. 涂波,刘璐,刘一会,金野,汤俊雄. 自动化学报. 2014(04)
博士论文
[1]仿生复眼全景立体成像关键技术研究[D]. 王玉伟.中国科学技术大学 2017
[2]多摄像机全景视频监控中的若干关键技术研究[D]. 孟凡阳.深圳大学 2016
[3]超宽覆盖空间相机结构设计与优化[D]. 李畅.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2014
[4]水面武器操瞄系统稳定平台姿态测量及控制技术研究[D]. 陆建山.南京理工大学 2013
硕士论文
[1]几种视觉仿生光学系统的研究[D]. 冯驰.北京理工大学 2015
本文编号：3163158
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