机器人视觉伺服控制方法的设计与研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文机器人视觉伺服控制方法的设计与研究作者姓名：丁建华指导教师：姚明海教授浙江工业大学信息工程学院2013年3月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyFortheDegreeofMasterTheDesignandResearchofControlMethodonRobotVisualServoingCandidate：DingJianhuaAdvisor：YaoMinghaiCollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyMar．

2、2013浙江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。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已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：J走甲日期：如B年5月2／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学可以将本学位论文

3、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2、不保密年解密后适用本授权书。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：J建尹刷噬名捌日期：幻乃年3月工∥EtE1期：年月日浙江工业大学硕士学位论文机器人视觉伺服控制方法的设计与研究摘要视觉伺服控制技术是机器视觉中的重要研究内容。该技术的出现，为解决未知环境中机器人的自主动作问题提供了借鉴依据，极大提高了机器人在未知环境中完成任务的智能性、精确性和灵活性。具有视觉伺服功能的机器人因其高效、灵活等优点，在科学研究和工业生产中越来越受到关注。本文主要针对视觉伺服系统中视觉控制器

4、对应用环境的局限性进行了研究，设计了相关的视觉控制算法，包括基于图像矩特征的视觉控制器，基于单应性矩阵的视觉控制器以及基于切换规则的视觉控制器，并进行了仿真验证。主要工作和成果如下：1．区别于图像的局部几何特征，利用全局特征描述子——图像矩作为图像的特征信息，构造出了基于矩特征的视觉控制器。实验结果表明该控制器由于采用了所有的图像数据作为特征信息，在不需要知道摄像机焦距、目标成像深度的情况下获得了较好的控制精度，而且对外部噪声的干扰也具有较强的鲁棒性。2．针对在视觉伺服过程中采用图像雅克比矩阵方法遇到的对目标深度信息的求取以及有可能出现的奇异点等问题，设计了一种基于单应性矩阵的视觉控制器。该

5、控制器克服了二维图像数据中对深度信息的求取这一难题，并进一步扩大了机器人的运动范围，当外部噪声影响较小时收敛效果较好。3．根据混合动态系统理论，在视觉伺服系统中设计了一种切换控制器。该控制器由上述两个子控制器(图像矩特征控制器和单应性矩阵控制器)以及一个上层决策控制器组成，决策控制器根据切换规则在两个子控制器之间进行切换。该切换系统实现了视觉图像的全局特征和局部特征之间的切换，克服了两种子控制器各自对应用环境的局限性，实现了优势互补，更好的完成了伺服任务。4．运用Matlab／Simulink软件并结合机器人工具箱建立视觉伺服仿真平台，通过控制六自由度PUMA560机器人完成对目标物体的抓取

6、任务对上述几种控制器进行了验证。研究结果表明，本文所设计的视觉控制器具有较强的稳态特性和较高的控制精度。关键词：机器人，视觉伺服，图像矩，单应性矩阵，切换方法浙江工业大学硕士学位论文THEDESIGNANDRESEARCHoFCONTRoLMETHoDoNRoBoTVISUALSERVoINGABSTRACTVisualservocontroltechnologyisoneoftheimportantresearchtopicsinmachinevision．Theemergenceofthetechnologycanprovideareferenceforsolvingtheproblem

7、ofrobotautonomousactionprobleminanunknownenvironment；greatlyimprovetheintelligence，accuracyandflexibilityoftherobottocompletethetaskinanunknownenvironment．Becauseofits’advantageofefficient，flexible，etc．，the