未標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)動力學(xué)不確定性及自適應(yīng)控制方法的研究.pdf

1、由于外界干擾、目標(biāo)操作物特性變化、手眼未標(biāo)定或標(biāo)定不精確以及機(jī)械磨損等原因，機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)中存在著很多不確定性。不確定性會降低系統(tǒng)的控制性能，甚至讓系統(tǒng)無法滿足控制要求。對此，論文在基于圖像的視覺伺服框架下，借助機(jī)器人的動力學(xué)模型設(shè)計(jì)了相應(yīng)的自適應(yīng)控制器，使得機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)不確定性環(huán)境中的定點(diǎn)控制。論文的研究內(nèi)容包括如下幾方面:
　　(1)對于攝像機(jī)未標(biāo)定、機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦力未知的視覺伺服系統(tǒng)，通過合理選取可線性化的攝像機(jī)參數(shù)和

2、摩擦力參數(shù)，將攝像機(jī)未標(biāo)定和關(guān)節(jié)摩擦力未知情況下的不確定性轉(zhuǎn)化為所選取的線性化參數(shù)的不確定性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)參數(shù)自適應(yīng)更新律對攝像機(jī)參數(shù)和摩擦力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線估計(jì)，并使用所得到的不確定性參數(shù)的估計(jì)值進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)。特別地，在控制器的設(shè)計(jì)中，論文使用特征點(diǎn)的圖像偏差作為系統(tǒng)的輸出反饋、機(jī)器人的關(guān)節(jié)速度作為系統(tǒng)的狀態(tài)反饋，設(shè)計(jì)了基于機(jī)器人動力學(xué)模型的關(guān)節(jié)力矩控制器。
　　(2)對于攝像機(jī)未標(biāo)定、機(jī)器人動力學(xué)模型具有不確定性的機(jī)器人

3、視覺伺服系統(tǒng)，通過合理選取一組可線性化的機(jī)器人動力學(xué)參數(shù)，將非線性動力學(xué)模型的不確定性轉(zhuǎn)化為該組線性化參數(shù)的不確定性。然后，設(shè)計(jì)參數(shù)自適應(yīng)更新律對攝像機(jī)參數(shù)和機(jī)器人動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線估計(jì)，并使用參數(shù)的估計(jì)值、特征點(diǎn)的圖像信息、以及機(jī)器人的關(guān)節(jié)變量信息設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)力矩控制器，直接驅(qū)動機(jī)器人完成定點(diǎn)控制任務(wù)。
　　(3)對于攝像機(jī)未標(biāo)定、機(jī)器人動力學(xué)模型具有不確定性的系統(tǒng)，將(2)中基于單特征點(diǎn)的視覺伺服設(shè)計(jì)方法推廣到基于多特征點(diǎn)的情

4、況，即使用多個特征點(diǎn)的信息進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)更新律和關(guān)節(jié)力矩控制器的設(shè)計(jì)。伺服過程中多特征點(diǎn)的使用增加了冗余圖像特征，在一定程度上避免了伺服過程中因特征點(diǎn)被遮擋或跑出像機(jī)視野造成的伺服失敗等不良影響，同時(shí)也提高了控制系統(tǒng)的魯棒性。
　　(4)為了驗(yàn)證(1)、(2)、(3)中所設(shè)計(jì)控制方案的可行性和有效性，論文對一個三自由度的機(jī)械臂進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)建模，并進(jìn)行了MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)。仿真結(jié)果表明，機(jī)器人在具有不確定性的環(huán)境中能夠滿意