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文檔簡介
1、機(jī)器人視覺伺服控制是基于視覺信息的反饋控制,具備更高的智能性和靈活性。在視覺伺服系統(tǒng)中,相機(jī)模型和機(jī)器人模型的精確標(biāo)定較為復(fù)雜、且精度易受外界環(huán)境的影響,因此無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)逐漸成為了目前的研究熱點(diǎn)。無標(biāo)定視覺伺服方法不依賴于參數(shù)值的估計精度,可以在粗略估計得到的參數(shù)值、甚至任意參數(shù)值下確保伺服任務(wù)的有效執(zhí)行。論文在概括視覺伺服控制研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對不同種類的視覺伺服方案進(jìn)行了性能比較,并重點(diǎn)研究了機(jī)器人關(guān)節(jié)變量遞歸關(guān)系中涉及到的各
2、種優(yōu)化問題。
論文在第一部分中,綜述了視覺伺服控制的研究現(xiàn)狀,指出了該領(lǐng)域中的一些關(guān)鍵問題。然后,討論了不同視覺伺服控制方案的分類問題,并分析了各自的特征。特別地,從笛卡爾空間和圖像空間中系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性、敏感性以及動態(tài)性能等方面對基于位置和基于圖像的視覺伺服方案進(jìn)行了對比研究。
在第二部分中,針對運(yùn)動目標(biāo)的無標(biāo)定視覺伺服跟蹤任務(wù),建立了機(jī)器人末端執(zhí)行器與目標(biāo)特征間的一個誤差性能函數(shù),通過對該性能函數(shù)進(jìn)行泰勒近似
3、并最小化,得到了機(jī)器人關(guān)節(jié)變量的嚴(yán)格遞歸關(guān)系式。該關(guān)系式包含關(guān)節(jié)變量到圖像平面的映射關(guān)系(即圖像Jacobian矩陣)、以及目標(biāo)性能函數(shù)展開所需要的Hessian矩陣。具體包括如下幾個方面:
第一,對于關(guān)節(jié)變量遞歸關(guān)系本身,通過引入可見性約束因子確保了末端執(zhí)行器一直處于視野中;通過引入一個速度成本函數(shù),確保了伺服跟蹤的平穩(wěn)性。理論上更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臉O值推導(dǎo)是此處的創(chuàng)新點(diǎn)。
第二,對于關(guān)節(jié)變量遞歸關(guān)系中的圖像Jacobian
4、矩陣,采用割線法,對關(guān)節(jié)變量到圖像平面的映射關(guān)系建立了一個魯棒性更強(qiáng)的仿射模型,基于此模型并利用Broyden秩一校正規(guī)則,得到了圖像Jacobian矩陣的遞推關(guān)系;進(jìn)一步,通過引入遺忘因子,提高了后期跟蹤的收斂性。基于End-effector仿射模型的割線法應(yīng)用是本文的創(chuàng)新點(diǎn)之一。
第三,對于關(guān)節(jié)變量遞歸關(guān)系中的Hessian矩陣,借助動態(tài)BFGS法和動態(tài)Broyden族校正法,得到了基于目標(biāo)函數(shù)本身估計全局Hessian矩
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