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基于图像的机器人视觉伺服变结构控制

作　者: 邹立颖
导　师: 李惠光
学　校: 燕山大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 视觉伺服手眼机器人系统双目视觉变结构控制无定标
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

机器人视觉伺服是一个具有重要理论研究意义和广阔应用前景的研究课题。近年来随着计算机、机器人、图像采集与处理、控制理论等技术的发展,机器人视觉伺服在工业、航空航天、医疗等领域得到广泛应用,成为智能机器人领域内的发展较快的一个分支。本文主要对基于图像的手眼机器人双目视觉伺服系统进行了深入研究,应用变结构控制理论设计控制器,提出了一些有效的控制策略。主要研究工作概括如下:首先,考虑传统视觉模型下的手眼机器人双目视觉伺服系统,采用变结构控制的方法设计视觉伺服控制器,给出了摄像机的平移和旋转速度;同时,利用初始及期望深度估计值设计了自适应深度更新律,可以在线估计物体的深度,基于图像误差实现了手眼机器人的定位任务。其次,针对最近提出的新双目视觉模型,将变结构控制理论应用到手眼机器人双目视觉伺服控制中,设计了视觉伺服控制器,基于图像误差实现了定位控制,并且用李亚普诺夫定理证明了系统的全局渐近稳定性,仿真结果表明了该方法的有效性。最后,对于无定标视觉伺服,考虑机器人动力学特性,提出一种基于图像的无定标视觉伺服的定位控制方案,同时设计了一种图像雅克比矩阵自适应估计算法。该方法不需要已知摄像机内外参数等先验知识,可以完成定位任务,系统是全局稳定的。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-20
  1.1 引言  9
  1.2 机器人视觉伺服系统  9-14
    1.2.1 机器人视觉伺服系统的分类  11-12
    1.2.2 基于位置的机器人视觉伺服系统  12-13
    1.2.3 基于图像的机器人视觉伺服系统  13-14
  1.3 机器人视觉伺服系统的任务描述  14-15
    1.3.1 定位  14-15
    1.3.2 跟踪  15
  1.4 国内外研究现状  15-17
  1.5 目前存在的问题  17-18
  1.6 本文主要研究内容  18-20
第2章基于图像的机器人视觉伺服基础理论  20-37
  2.1 引言  20
  2.2 视觉伺服系统的坐标关系  20-21
  2.3 计算机视觉中摄像机的内外参数  21-24
    2.3.1 摄像机的标定  21
    2.3.2 摄像机透视投影模型  21-23
    2.3.3 摄像机外参数  23-24
  2.4 机器人运动学  24-30
    2.4.1 位置和姿态  24-27
    2.4.2 机器人的位姿与运动描述  27-29
    2.4.3 机器人的雅克比矩阵  29-30
  2.5 机器人动力学方程  30-33
  2.6 图像雅克比矩阵  33-35
  2.7 手眼关系  35-36
  2.8 本章小结  36-37
第3章具有变结构控制器的双目视觉伺服  37-51
  3.1 引言  37-38
  3.2 变结构控制基础理论  38-40
  3.3 符号说明  40-41
  3.4 双目视觉伺服系统模型  41-42
  3.5 控制器设计及稳定性分析  42-44
  3.6 仿真研究  44-50
  3.7 本章小结  50-51
第4章基于新双目模型的变结构视觉伺服控制  51-59
  4.1 引言  51
  4.2 新双目模型简述  51-54
  4.3 控制器设计与稳定性分析  54-55
    4.3.1 控制器设计  54
    4.3.2 稳定性分析  54-55
  4.4 仿真研究  55-58
  4.5 本章小结  58-59
第5章无定标视觉伺服  59-68
  5.1 引言  59-60
  5.2 具有复合雅克比矩阵估计的无定标视觉伺服  60-63
    5.2.1 摄像机与机器人模型  60-61
    5.2.2 不考虑动力学特性的无定标视觉伺服  61-62
    5.2.3 考虑动力学特性的无定标视觉伺服  62-63
  5.3 仿真研究  63-66
  5.4 本章小结  66-68
结论  68-69
参考文献  69-74
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  74-75
致谢  75-76
作者简介  76

基于图像的机器人视觉伺服变结构控制

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