網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的機(jī)器人視覺伺服及融合控制.pdf

1、隨著Internet技術(shù)的迅速發(fā)展,社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和人們的生活方式都發(fā)生了巨大的變化,以Internet為載體的信息與娛樂服務(wù)層出不窮.在Internet技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時(shí)也給相關(guān)研究提出了很多新課題,這其中包括了基于Internet的智能機(jī)器人領(lǐng)域的研究.基于Internet的智能機(jī)器人系統(tǒng)不同于本地和遙操作機(jī)器人系統(tǒng),其具有更多的信息資源和更多的不確定性,因此如何處理網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人控制成為了一個(gè)挑戰(zhàn)性的問題.本文因此提出了網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人控制系

2、統(tǒng)的兩個(gè)基本問題:1、任務(wù)動(dòng)態(tài)配置,2、視覺伺服控制.圍繞著這兩個(gè)問題,本文從涉及網(wǎng)絡(luò)特性的四個(gè)相關(guān)方面進(jìn)行了研究:機(jī)器人在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中資源共享方案,移動(dòng)機(jī)器人無標(biāo)定視覺伺服,時(shí)間延遲對(duì)圖像雅可比矩陣估計(jì)的影響及處理方法,多個(gè)攝像頭之間的穩(wěn)定切換方法. 1.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)中資源共享:遙操作機(jī)器人和早期網(wǎng)絡(luò)機(jī)器人以及部分分布式智能機(jī)器人系統(tǒng)都是采用確定的連接,與它們相比,沒有固定控制者和被控對(duì)象的分布式智能機(jī)器人系統(tǒng)的極具靈活性、擴(kuò)展性,

3、可以完成更多類型的任務(wù).但這類系統(tǒng)的資源共享和控制關(guān)系都是難以確定的,因而本文在分析了網(wǎng)絡(luò)特性之后,提出了一種基于.Jini的機(jī)器人自主感知模型以實(shí)現(xiàn)任務(wù)動(dòng)態(tài)配置.機(jī)器人自主感知模型的基本思想就是通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的自主感知,得到一個(gè)臨時(shí)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò),將動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)問題.該方法通過抽象各種網(wǎng)絡(luò)實(shí)體,對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行分類搜索,自主感知實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)傳感信息,可以動(dòng)態(tài)規(guī)劃機(jī)器人路徑.隨后以此為基礎(chǔ)建立了單個(gè)機(jī)器人的服務(wù)序列,優(yōu)化了多機(jī)器

4、人的服務(wù)序列.最后通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)了機(jī)器人自主感知模型,實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的發(fā)布、搜索和利用,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)建立機(jī)器人路徑. 2.移動(dòng)機(jī)器人無標(biāo)定視覺伺服:對(duì)于分布式智能機(jī)器人系統(tǒng),控制者和被控對(duì)象之間的關(guān)系是動(dòng)態(tài)確定的,因而無法為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模,也就很難對(duì)眾多的對(duì)象實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)定.因此本文利用無標(biāo)定視覺伺服控制方法實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)情況下的視覺伺服.無標(biāo)定視覺伺服無須建立圖像空間和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間的映射關(guān)系,通過估計(jì)或?qū)W習(xí)逼近真實(shí)的圖象雅可比矩陣

5、.本文指出移動(dòng)機(jī)器人無標(biāo)定視覺伺服的特殊性,并對(duì)移動(dòng)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及運(yùn)動(dòng)誤差分析.最后通過移動(dòng)機(jī)器人無標(biāo)定視覺伺服仿真和實(shí)驗(yàn),說明這種運(yùn)動(dòng)策略的有效性和跟蹤的穩(wěn)定性. 3.圖像雅可比矩陣估計(jì)的時(shí)延補(bǔ)償方法:針對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有時(shí)延的特點(diǎn),提出一種新的帶有時(shí)延補(bǔ)償?shù)膱D像雅可比矩陣估計(jì)方法,用于存在時(shí)延的無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng).首先介紹了當(dāng)前在視覺反饋閉環(huán)中從兩個(gè)方面克服時(shí)延的方法,指出現(xiàn)有方法的不足,接下來介紹了一種基于遞推最小二乘

6、的圖像雅可比矩陣估計(jì)方法,在此基礎(chǔ)上具體分析這種傳統(tǒng)估計(jì)方法的局限性,并隨后提出了帶有時(shí)延補(bǔ)償?shù)脑诰€圖像雅可比矩陣估計(jì)方法:進(jìn)行了收斂性分析,并得出結(jié)論,帶有時(shí)延補(bǔ)償?shù)膱D像雅可比矩陣估計(jì)方法的空間運(yùn)動(dòng)誤差在所有時(shí)刻都是線性收斂的;然后通過仿真比較帶有時(shí)延補(bǔ)償?shù)姆椒ê蛡鹘y(tǒng)方法,并回歸分析了一次線性擬合和二次線性擬合的擬合效果,驗(yàn)證了所提出的方法的有效性:本章最后,以無標(biāo)定的移動(dòng)機(jī)器人和視覺傳感器為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過實(shí)驗(yàn)表明該方法改善了系統(tǒng)的動(dòng)

7、態(tài)性能,減小了穩(wěn)態(tài)誤差,從而驗(yàn)證帶有時(shí)延補(bǔ)償?shù)膱D像雅可比矩陣估計(jì)方法的可行性和有效性. 4.圖像間的穩(wěn)定切換方法:針對(duì)一些無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)必須采用多攝像機(jī)的特點(diǎn),提出了基于融合方法多攝像機(jī)間的穩(wěn)定切換控制方法,避免了圖像雅可比矩陣跳變的問題,實(shí)現(xiàn)了多攝像頭間的穩(wěn)定切換.首先指出多攝像機(jī)無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)中進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)穩(wěn)定地切換圖像的是一個(gè)關(guān)鍵問題:為了處理這個(gè)問題,本章提出了一種多攝像機(jī)間的穩(wěn)定切換方法. 為了更好地理

8、解,我們介紹了多傳感器融合系統(tǒng),分析了視覺伺服系統(tǒng)的融合模式,確定了無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)的融合結(jié)構(gòu):隨后提出了基于融合算法的多攝像機(jī)間切換控制方法,分析了融合權(quán)值確定方法,并進(jìn)行了收斂性分析:然后通過仿真驗(yàn)證了本文提出的基于融合的切換方式在切換時(shí)刻機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)更穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了多攝像機(jī)間的連續(xù)平穩(wěn)切換,并通過部分融合數(shù)據(jù)表明了切換是一個(gè)漸變過程;最后以無標(biāo)定的移動(dòng)機(jī)器人和兩個(gè)視覺傳感器為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,實(shí)驗(yàn)在切換過程中機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),未出現(xiàn)抖動(dòng)情