發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 07:44

【摘要】：視覺(jué)伺服(Visual Servoing)技術(shù)通過(guò)引入實(shí)時(shí)視覺(jué)反饋信息,可有效的拓展機(jī)器人的應(yīng)用范圍,已成為機(jī)器人領(lǐng)域的重要研究方向。而無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服技術(shù)無(wú)需對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)進(jìn)行精確的參數(shù)標(biāo)定,提升了視覺(jué)伺服系統(tǒng)對(duì)參數(shù)誤差的魯棒性,避免了精確系統(tǒng)標(biāo)定的繁瑣流程,因而顯著的增強(qiáng)了機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜作業(yè)環(huán)境與任務(wù)的適應(yīng)性�，F(xiàn)有的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服技術(shù)研究局限于基于圖像的視覺(jué)伺服技術(shù)框架,存在實(shí)時(shí)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(yīng)性矩陣的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服方法,實(shí)現(xiàn)了無(wú)標(biāo)定條件下高效、高精的視覺(jué)伺服控制與軌跡優(yōu)化。論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:提出了基于射影單應(yīng)性矩陣的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服新方法。通過(guò)建立任務(wù)函數(shù)在三維歐氏空間、圖像空間、歐幾里得單應(yīng)性矩陣空間以及射影單應(yīng)性矩陣空間的等效表達(dá)式,提出了射影單應(yīng)性矩陣空間的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服新思路,克服了基于圖像的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服方法在計(jì)算效率、任務(wù)函數(shù)魯棒性等方面的固有缺陷。提出了射影單應(yīng)性矩陣的精確與魯棒計(jì)算方法。通過(guò)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(yīng)性矩陣在計(jì)算過(guò)程中的比例模糊性。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)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(shí)現(xiàn)了圖像矯正與射影單應(yīng)性矩陣的精確求取。實(shí)現(xiàn)了無(wú)標(biāo)定條件下射影單應(yīng)性矩陣的軌跡優(yōu)化。通過(guò)分析相機(jī)在三維歐氏空間中的最優(yōu)軌跡及其對(duì)應(yīng)的圖像軌跡特征,提出了射影單應(yīng)性矩陣空間最優(yōu)軌跡的解析表達(dá)式。該表達(dá)式完全獨(dú)立于系統(tǒng)參數(shù),實(shí)現(xiàn)了射影單應(yīng)性矩陣空間的直接高效軌跡規(guī)劃,優(yōu)化了相機(jī)/機(jī)器人在三維歐氏空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。建立了基于射影單應(yīng)性矩陣的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制器。提出了基于射影單應(yīng)性矩陣的視覺(jué)伺服任務(wù)函數(shù)。理論分析證明,該任務(wù)函數(shù)相比于現(xiàn)有的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服任務(wù)函數(shù),擁有更高的精度與魯棒性;進(jìn)而分析了該任務(wù)函數(shù)對(duì)應(yīng)的雅克比矩陣形式,提出了雅克比矩陣在線(xiàn)估計(jì)方法與對(duì)應(yīng)的控制律,從而實(shí)現(xiàn)了基于射影單應(yīng)性矩陣的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與仿真驗(yàn)證了基于射影單應(yīng)性矩陣的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服方法的有效性。構(gòu)建了機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服實(shí)驗(yàn)與仿真平臺(tái),對(duì)基于射影單應(yīng)性矩陣的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服方法的性能從計(jì)算效率實(shí)時(shí)性、定位與跟蹤精度以及運(yùn)動(dòng)軌跡三大方面進(jìn)行了對(duì)比研究,證明了所提出的視覺(jué)伺服新方法的可行性與優(yōu)越性。
【圖文】：

對(duì)于空間中的特征點(diǎn)i ，設(shè)其在相機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)為 = Z Ti i i i X Y，其對(duì)像坐標(biāo)為 1 Ti i ip u v，，根據(jù)相機(jī)成像模型可得：圖 2-2 圖像空間的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服 IBUVS 框圖

-5（a）（b）右圖中的藍(lán)色線(xiàn)框描繪的是利用所估計(jì)的 G 矩陣和頂點(diǎn)進(jìn)行映射得到的矩形框。G 矩陣的計(jì)算精度越高則藍(lán)色框線(xiàn)度越高。兩幅圖像之間的連線(xiàn)表示特征點(diǎn)的匹配情況。綠色連線(xiàn) 射影單應(yīng)性矩陣對(duì)特征跟蹤錯(cuò)誤的魯棒性。（a）特征誤匹配；（b）特征部
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2656979