基于PUMA560機(jī)器人的視覺伺服控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、視覺伺服作為機(jī)器人控制技術(shù)已經(jīng)被廣泛地接受了。第一個(gè)視覺伺服系統(tǒng)可以追溯到20世紀(jì)70年代后期和80年代早期，隨著圖像處理技術(shù)及相關(guān)硬件的快速發(fā)展，從90年代中期到現(xiàn)在，在這個(gè)方向上的研究論文不斷增多。由于視覺伺服所涉及到的領(lǐng)域比較多，所以對(duì)它的研究是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的課題。這篇論文主要對(duì)視覺伺服系統(tǒng)的分類、建模，控制器設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行了較為詳細(xì)的研究。 隨著國內(nèi)外學(xué)者對(duì)機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)研究的深入，人們按照不同的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視覺伺服系統(tǒng)

2、的分類是多種多樣的，不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)有各自的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。文章參考大量文獻(xiàn)歸納出當(dāng)前視覺伺服系統(tǒng)的各種分類以及它們的特點(diǎn)，弄清楚不同種類系統(tǒng)的特點(diǎn)，這對(duì)于后面對(duì)系統(tǒng)做進(jìn)一步的研究是非常重要的。 視覺系統(tǒng)可以將三維空間的物體特征映射到二維圖像平面上，再利用所獲得的圖像信息來控制機(jī)器人，這就需要建立圖像特征向量變化與機(jī)器人空間位姿變化的一種關(guān)系，即圖像雅可比矩陣的建立。本研究針對(duì)當(dāng)前主要的基于圖像、基于位置和2<'1/2> D的三種控

3、制結(jié)構(gòu)，采用任務(wù)函數(shù)法，先進(jìn)行任務(wù)變量的選擇，再詳細(xì)地推導(dǎo)出任務(wù)雅可比矩陣。在清楚圖像信息與空間位姿的關(guān)系之后，進(jìn)行兩種控制器的設(shè)計(jì)。 攝像機(jī)標(biāo)定是從二維圖像提取三維空間信息必不可少的步驟，給攝像機(jī)精確定標(biāo)是個(gè)比較復(fù)雜的過程，各國學(xué)者采用很多方法來避開這一過程，多數(shù)都是采用在線估計(jì)的辦法來確定未知參數(shù)。在本研究中針對(duì)eye-in-hand攝像機(jī)與機(jī)器人結(jié)構(gòu)，對(duì)PUMA560六自由度機(jī)器人設(shè)計(jì)了一個(gè)自適應(yīng)控制器，能夠在線估計(jì)任務(wù)雅

4、可比矩陣和攝像機(jī)相對(duì)機(jī)器人末端的變換矩陣中的未知參數(shù)，并進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。從仿真結(jié)果可以看出，這種控制方法在避開攝像機(jī)標(biāo)定的同時(shí)，能夠使機(jī)器人末端從初始位姿運(yùn)動(dòng)到期望位姿。 極線幾何討論的是兩個(gè)攝像機(jī)圖像平面的關(guān)系，本研究將極線幾何的理論應(yīng)用到視覺伺服控制中，找到當(dāng)前攝像機(jī)位姿所獲得的圖像與期望圖像的關(guān)系，然后利用這樣一個(gè)關(guān)系控制機(jī)器人。從仿真結(jié)果來看，這種控制方法能夠使圖像上特征向量的誤差收斂到零，機(jī)器人能夠到達(dá)期望的位姿上。