面向机器人的视觉伺服控制器设计

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1、浙江工业大学硕士学位论文面向机器人的视觉伺服控制器设计作者姓名：张何栋指导教师：姚明海教授浙江工业大学信息工程学院2014年4月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMasterDesignforRobotVisualServoingControllerCandidate：ZhanghedongAdvisor：YaominghaiCollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyAprU2014浙江

2、工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中己经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：唰习椽日期：&驴／绎5月&舌日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大

3、学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。，2、不保妒。(请在以上相应方框内打“√”)let期：&爿甲年日期：a口／y年S只&,blEl歹月复，日浙江工业大学硕士学位论文面向机器人的视觉伺服控制器设计摘要机器入视觉伺服控制是利用摄像机提取的图像特征作为控制信号，驱动机器人完成伺服任务的控制方法。在实现视觉伺服控制过程中必须克服系统模型中的不确定性因素，提高机器人的控制精度，从而提高工业机器人的智能化水平，拓宽了工业机器人的应用范围。针对机器人视

4、觉伺服控制系统中控制器所存在的问题，设计了基于笛卡尔坐标方法和极坐标方法的切换控制器，并在此基础上运用预测控制理论设计了视觉控制器。以RBl．S6一IOL机器人为平台，设计了工业机器人视觉伺服控制系统并进行了相关实验。主要工作和成果如下：1．分析了当前机器人视觉伺服系统存在的问题，针对机器人视觉伺服控制系统结构，建立了相关数学模型，在Matlab／Simulink仿真实验平台搭建了视觉伺服仿真模型。2．由于视觉伺服系统使用2D视觉信息，缺乏图像的深度信息，因此图像目标绕摄像机光轴旋转180度时，会产生机械臂的无限回退。针对机械臂回退问题，设计了一种专门应对旋转问题

5、的控制器一一基于极坐标的控制器。3．针对基于极坐标的控制器在处理目标平移运动时效果较差而能够有效处理目标的旋转问题。采用一种将传统视觉伺服结构与基于极坐标系的控制器相结合的方法，提出了基于切换控制系统理论的切换控制器。运用切换控制器能同时处理目标的平移和旋转运动。4．针对基于切换控制器视觉伺服系统的抖动和时滞问题，设计了一个基于模型预测控制的视觉控制器，通过在线滚动优化动态求解视觉伺服控制系统的最优图像控制信号。根据RBI-S6．10L的6自由度机器人，设计了机器人视觉伺服控制系统实物实验平台。通过RBI—S6—10L机器人对作业场景下的静态目标进行了实时定位和抓

6、取实验。关键词：视觉伺服，图像雅克比矩阵，切换策略，模型预测控制浙江工业大学硕士学位论文DESIGNFoRRoBoTⅥSUALSERVoD呵GCoNTRoLLERABSTRACTRobotvisualservocontroIisamethodtousethecameratOextractimagefeaturesasacontrolsignal,drivetherobottocompletethetaskofservocontroI，Intheprocessofrealizationofvisualservocontrolsystem,robothastoover

7、comethemodelofuncertaintyfactors，improvethecontrolprecisionofthesystem，SOastoimprovetheintelligcntIeVeIofindustrialrobots．wideningtheapplicationrangeofindustrialrobots．Duetotheproblernsofrobotcontrollerinthevisualservocontro[system，Inthispaper’theauthordesignsakindofswitchingcontrolle

8、rbase