机械工程学报

作者：胡佳, 刘检华, 刘少丽, 刘金山, 王家修, 孙连胜

单位：1. 北京理工大学数字化制造研究所 北京 100081;2. 北京卫星制造厂有限公司 北京 100094

关键词：位姿估计,实例分割,域随机化,自适应卷积,潜在位姿特征；

基金：民用航天资助项目(D030202)。

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。

来源：2025年第14期

《机械工程学报》期刊编辑部

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