單目眼在手上機(jī)器人視覺(jué)伺服研究.pdf

1、由于目前機(jī)器人感知外界環(huán)境的能力還很有限，因而需要為機(jī)器人添加各種傳感器來(lái)增強(qiáng)機(jī)器人的自主能力，提高機(jī)器人的智能水平。視覺(jué)傳感器無(wú)疑是首選，為機(jī)器人添加視覺(jué)使機(jī)器人構(gòu)成視覺(jué)閉環(huán)系統(tǒng)稱(chēng)之為機(jī)器人視覺(jué)伺服控制。視覺(jué)伺服是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，它涉及機(jī)器人學(xué)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、控制理論與控制工程、機(jī)械、電子等眾多學(xué)科領(lǐng)域，目前無(wú)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(duì)視覺(jué)伺服理論和方法進(jìn)行了研究，具體在以下幾個(gè)方面

2、進(jìn)行了創(chuàng)新性研究。 對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服任務(wù)進(jìn)行了分析和總結(jié)。定位任務(wù)是基礎(chǔ)，一個(gè)視覺(jué)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(jué)伺服任務(wù)。其它視覺(jué)伺服任務(wù)通?？煞纸獬啥ㄎ蝗蝿?wù)和其它簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)任務(wù)。如運(yùn)動(dòng)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(jué)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(jī)器人視覺(jué)伺服算法，每次采樣后都要對(duì)雅可比矩陣進(jìn)行求逆，運(yùn)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(jué)伺服算法，為驗(yàn)證算法在實(shí)際使用時(shí)的效果，考慮了機(jī)器人動(dòng)態(tài)特性，把機(jī)器人的非線性動(dòng)力學(xué)模型加入控制環(huán)，不再把機(jī)器人看作是理想的定位系統(tǒng)。在二自由度垂直平面機(jī)械手進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明該算法克服了基于圖像雅可比逆視覺(jué)伺服控制算法的弱點(diǎn)。 把視覺(jué)伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程分為機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和視覺(jué)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。尤其是把機(jī)器人看作是理想的定位設(shè)備的那些視覺(jué)伺服算法，在實(shí)際使用中要注意伺服系統(tǒng)滯后的影響

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

5、實(shí)際二自由度機(jī)器人手眼系統(tǒng)上也進(jìn)行了算法驗(yàn)證。對(duì)控制論中基于模型的方法和基于反饋的方法進(jìn)行了概括總結(jié)。 基于圖像的視覺(jué)伺服方法，圖像的變化直接解釋為攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)，而不是直接對(duì)機(jī)械手末端實(shí)現(xiàn)笛卡爾速度控制，導(dǎo)致機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)軌跡迂回，產(chǎn)生攝像機(jī)回退現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，提出了將旋轉(zhuǎn)和平移分離并先實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的視覺(jué)伺服方案。該方案計(jì)算量小，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)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(jué)伺服產(chǎn)生的攝像機(jī)回退現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)