机械工程学报 ›› 2025, Vol. 61 ›› Issue (14): 150-165.doi: 10.3901/JME.2025.14.150
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胡佳1, 刘检华1, 刘少丽1, 刘金山2, 王家修2, 孙连胜2
HU Jia1, LIU Jianhua1, LIU Shaoli1, LIU Jinshan2, WANG Jiaxiu2, SUN Liansheng2
摘要: 为保证航天器中管路系统装配的高精度、高可靠性和高效率,精确的目标检测和位姿估计是实现管路系统自动化装配的根本前提。然而,管路无纹理且形状复杂,易受光照、遮挡影响,传统基于纹理和简单几何特征的方法精度低。为解决该问题,提出一种基于自适应卷积和潜在表征的航天器管路位姿估计方法。首先,利用域随机化生成丰富多样且真实的合成数据,有效解决管路大规模数据集获取困难和标注耗时费力的问题。然后,针对管路形状复杂导致的分割精度低的问题,提出基于自适应卷积的管路实例分割网络,根据管路的复杂几何形状进行动态调整,更好地捕捉局部特征和空间关系,并结合结构化剪枝方法优化网络结构,有效提高管路分割的准确与效率。最后,针对传统位姿特征表达有限、容易受到环境变化影响的问题,设计仅对位姿变换敏感而对其他因素鲁棒的潜在位姿表征,融合监督学习和自监督学习机制完成管路位姿的初始估计,并进一步采用基于边缘特征的位姿优化算法提高位姿估计精度。试验结果显示,对比现有的位姿估计方法,所提出的方法能实现更精确的管路分割与位姿估计,分割准确率为99.2%,速度为32.8 帧/s,位姿精度为2.445 mm和1.074°,满足管路自动化装配中目标检测和位姿估计的要求。
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