【摘要】：視覺伺服(Visual Servoing)技術(shù)通過引入實時視覺反饋信息,可有效的拓展機器人的應用范圍,已成為機器人領域的重要研究方向。而無標定視覺伺服技術(shù)無需對機器人視覺伺服系統(tǒng)進行精確的參數(shù)標定,提升了視覺伺服系統(tǒng)對參數(shù)誤差的魯棒性,避免了精確系統(tǒng)標定的繁瑣流程,因而顯著的增強了機器人視覺伺服系統(tǒng)對復雜作業(yè)環(huán)境與任務的適應性�，F(xiàn)有的無標定視覺伺服技術(shù)研究局限于基于圖像的視覺伺服技術(shù)框架,存在實時性、魯棒性以及軌跡不優(yōu)等方面的固有缺陷。本論文提出了一種基于射影單應性矩陣的無標定視覺伺服方法,實現(xiàn)了無標定條件下高效、高精的視覺伺服控制與軌跡優(yōu)化。論文的主要研究內(nèi)容如下:提出了基于射影單應性矩陣的無標定視覺伺服新方法。通過建立任務函數(shù)在三維歐氏空間、圖像空間、歐幾里得單應性矩陣空間以及射影單應性矩陣空間的等效表達式,提出了射影單應性矩陣空間的無標定視覺伺服新思路,克服了基于圖像的無標定視覺伺服方法在計算效率、任務函數(shù)魯棒性等方面的固有缺陷。提出了射影單應性矩陣的精確與魯棒計算方法。通過易于獲取的附加圖像,并結(jié)合虛擬視差法,消除了射影單應性矩陣在計算過程中的比例模糊性。在此基礎上,進一步提出了基于除式模型的徑向畸變參數(shù)精確估算方法,在徑向畸變條件下,同步實現(xiàn)了圖像矯正與射影單應性矩陣的精確求取。實現(xiàn)了無標定條件下射影單應性矩陣的軌跡優(yōu)化。通過分析相機在三維歐氏空間中的最優(yōu)軌跡及其對應的圖像軌跡特征,提出了射影單應性矩陣空間最優(yōu)軌跡的解析表達式。該表達式完全獨立于系統(tǒng)參數(shù),實現(xiàn)了射影單應性矩陣空間的直接高效軌跡規(guī)劃,優(yōu)化了相機/機器人在三維歐氏空間中的運動軌跡。建立了基于射影單應性矩陣的無標定視覺伺服控制器。提出了基于射影單應性矩陣的視覺伺服任務函數(shù)。理論分析證明,該任務函數(shù)相比于現(xiàn)有的無標定視覺伺服任務函數(shù),擁有更高的精度與魯棒性;進而分析了該任務函數(shù)對應的雅克比矩陣形式,提出了雅克比矩陣在線估計方法與對應的控制律,從而實現(xiàn)了基于射影單應性矩陣的無標定視覺伺服控制。通過實驗與仿真驗證了基于射影單應性矩陣的無標定視覺伺服方法的有效性。構(gòu)建了機器人無標定視覺伺服實驗與仿真平臺,對基于射影單應性矩陣的無標定視覺伺服方法的性能從計算效率實時性、定位與跟蹤精度以及運動軌跡三大方面進行了對比研究,證明了所提出的視覺伺服新方法的可行性與優(yōu)越性。
【圖文】：

對于空間中的特征點i ，設其在相機坐標系下的坐標為 = Z Ti i i i X Y，其對像坐標為 1 Ti i ip u v，，根據(jù)相機成像模型可得：圖 2-2 圖像空間的無標定視覺伺服 IBUVS 框圖

-5（a）（b）右圖中的藍色線框描繪的是利用所估計的 G 矩陣和頂點進行映射得到的矩形框。G 矩陣的計算精度越高則藍色框線度越高。兩幅圖像之間的連線表示特征點的匹配情況。綠色連線 射影單應性矩陣對特征跟蹤錯誤的魯棒性。（a）特征誤匹配；（b）特征部
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2656979