基于图像的无标定混合双目机械手视觉伺服

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1、基于图像的无标定混合双目机械手视觉伺服重庆大学硕士学位论文（专业学位）学生姓名：周勇指导教师：王牛副教授兼职导师：雷绿银高工学位类别：工程硕士（控制工程领域）重庆大学自动化学院二O一六年四月BasedonImageUncalibratedMixingBinocularVisualServoforManipulatorAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementforProfessionalDeg

2、reeByZhouYongSupervisedbyAssociateProf.WangNiuPluralisticSupervisedbySeniorEngineer.LeiLv-yinSpecialty:ME(ControlEngineeringField)CollegeofAutomationofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaApril,2016中文摘要摘要机器人视觉伺服是机器人研究领域的一个重要部分，其主要核心是对视觉系统的反馈信息进行处理，以此驱动

3、机器人运动，完成机器人的定位、跟踪等控制任务。机器人是一个高度非线性的系统，并且视觉系统内部也存在非线性的映射关系。因此，机器人视觉伺服控制的一个的难点在于建立机器人和视觉系统之间的映射关系。本文以图像雅可比矩阵描述上述两者间的映射关系，采用了“眼固定”和“眼在手”相结合的布局方式，分别以点和角度为图像特征，组成图像雅可比矩阵。采用最小二乘法估计图像雅可比矩阵的初值，作为在线更新的基础，以卡尔曼滤波递推估计算法来进行图像雅可比矩阵的在线辨识更新，主要工作如下：①提出了基于图像的无标定混合双目机械

4、手六自由度视觉伺服控制方法。对于机械手在任务空间中的位姿定位任务，采用基于图像的视觉伺服闭环控制方法，用卡尔曼滤波方法在线估计图像雅可比，通过图像雅可比提供的手眼映射关系，在图像平面设计期望的图像特征位置，通过图像特征偏差驱动、引导机械手在任务空间实现位姿定位的任务。设计了PID机械手视觉伺服控制器，并对控制器的稳定性条件进行了分析。②采用澳大利亚科学家PeterCorke开发的免费开源的机器人工具箱（9.9版本），结合机器视觉工具箱（3.3版本），在Matlab2014a环境下搭建了视觉伺服仿

5、真平台。以“眼在手”和“眼固定”相结合的形式布局摄像头，并设计了基于图像的无标定机械手六自由度视觉伺服仿真对比试验。③利用参与搭建的由DENSOVS6556GM六自由度工业机械手，RC7M控制器和大恒水星系列工业相机等设备组成的平台，以点和角度作为图像特征，用常值图像雅可比结合关节角限制，进行了实物试验。仿真试验结果表明，本文提出的基于图像的无标定混合双目机械手六自由度视觉伺服控制方法，能够有效、准确的完成机械手六自由度的位姿定位任务，验证了方法的可行性和有效性。同时，实物实验采用的方法也较好的

6、实现了基于图像的无标定混合双目机械手视觉伺服位姿定位任务。关键词：图像雅可比，混合双目，无标定视觉伺服，机械手，卡尔曼滤波I英文摘要ABSTRACTRobotvisualservoisanimportantpartinthefieldofrobotresearch.Itsmaincoreisprocessingthefeedbackinformationfromthevisualsystem,todrivetherobotmovementtocompletecontroltasks,suchas

7、positioningandtracking.Robotisahighlynonlinearsystem.Andtherearealsononlinearmappingrelationinsideofthevisualsystem.Therefore,thedifficultislieinestablishingthemappingrelationshipbetweenrobotandvisualsystem.ThispaperbasedonthemethodofimageJacobianmat

8、rixtodescribethemappingrelationshipbetweentheabovetwo,adoptedthelayoutof"eyetohand"and"eyeinhand",combiningwithpointsandanglesasimagefeaturestoconstituteofimageJacobianmatrix.Adoptingthemethodthatbasedonimagevisualservo,combinationwithKalmanfilterrec