單目眼在手上機器人視覺伺服研究.pdf

1、由于目前機器人感知外界環(huán)境的能力還很有限，因而需要為機器人添加各種傳感器來增強機器人的自主能力，提高機器人的智能水平。視覺傳感器無疑是首選，為機器人添加視覺使機器人構(gòu)成視覺閉環(huán)系統(tǒng)稱之為機器人視覺伺服控制。視覺伺服是當(dāng)前國內(nèi)外機器人研究領(lǐng)域的一個熱點問題，它涉及機器人學(xué)、計算機視覺、控制理論與控制工程、機械、電子等眾多學(xué)科領(lǐng)域，目前無論是在理論上還是在應(yīng)用上，都有很多的難題。在本文中作者對視覺伺服理論和方法進行了研究，具體在以下幾個方面

2、進行了創(chuàng)新性研究。 對機器人視覺伺服任務(wù)進行了分析和總結(jié)。定位任務(wù)是基礎(chǔ)，一個視覺伺服系統(tǒng)必須能完成定位任務(wù)，才有可能完成其它視覺伺服任務(wù)。其它視覺伺服任務(wù)通?？煞纸獬啥ㄎ蝗蝿?wù)和其它簡單的運動任務(wù)。如運動目標(biāo)跟蹤，可理解為一系列定位任務(wù)的連續(xù)。 討論基于圖像雅可比逆的視覺伺服控制算法，分析了這種算法的穩(wěn)定性、魯棒性?；趫D像雅可比逆的機器人視覺伺服算法，每次采樣后都要對雅可比矩陣進行求逆，運算復(fù)雜，容易產(chǎn)生奇異現(xiàn)象。鑒于

3、此，提出基于復(fù)合雅可比矩陣轉(zhuǎn)置的視覺伺服算法，為驗證算法在實際使用時的效果，考慮了機器人動態(tài)特性，把機器人的非線性動力學(xué)模型加入控制環(huán)，不再把機器人看作是理想的定位系統(tǒng)。在二自由度垂直平面機械手進行了仿真實驗，結(jié)果證明該算法克服了基于圖像雅可比逆視覺伺服控制算法的弱點。 把視覺伺服系統(tǒng)的動態(tài)過程分為機器人系統(tǒng)的動態(tài)過程和視覺系統(tǒng)的動態(tài)過程。尤其是把機器人看作是理想的定位設(shè)備的那些視覺伺服算法，在實際使用中要注意伺服系統(tǒng)滯后的影響

4、。為進一步提高系統(tǒng)的動態(tài)性打下了良好的基礎(chǔ)。 為盡量減小視覺系統(tǒng)采樣頻率低對視覺伺服動態(tài)性能的影響，提出了視覺開環(huán)的機器人視覺伺服系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)的魯棒性，并在二自由度機械手上進行了定位和跟蹤任務(wù)的仿真和實驗研究，結(jié)果說明該算法響應(yīng)時間很短；為進一步提高系統(tǒng)的魯棒性和消除穩(wěn)態(tài)誤差，提出了開閉環(huán)結(jié)合控制的復(fù)合視覺伺服系統(tǒng)，既具有開環(huán)系統(tǒng)的快速性，又具有閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性。對開閉環(huán)結(jié)合的視覺伺服系統(tǒng)進行了仿真研究，取得了較好的效果。在

5、實際二自由度機器人手眼系統(tǒng)上也進行了算法驗證。對控制論中基于模型的方法和基于反饋的方法進行了概括總結(jié)。 基于圖像的視覺伺服方法，圖像的變化直接解釋為攝像機的運動，而不是直接對機械手末端實現(xiàn)笛卡爾速度控制，導(dǎo)致機械手的運動軌跡迂回，產(chǎn)生攝像機回退現(xiàn)象。針對這一問題，提出了將旋轉(zhuǎn)和平移分離并先實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的視覺伺服方案。該方案計算量小，系統(tǒng)響應(yīng)時間短，克服了圖像旋轉(zhuǎn)和平移間的相互干擾，消除了傳統(tǒng)基于圖像視覺伺服產(chǎn)生的攝像機回退現(xiàn)象，實現(xiàn)