移动机器人视觉伺服系统设计

《移动机器人视觉伺服系统设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、工程硕士学位论文移动机器人视觉伺服系统设计作者姓名王秋阳工程领域控制工程校内指导教师苏为洲教授校外指导教师禹新路总经理所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2018年4月VisualServoSystemDesignofMobileRobotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangQiuyangSupervisor：Prof.SuWeizhouSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP242学校代号：10561学号：201

2、521013436华南理工大学硕士学位论文移动机器人视觉伺服系统设计作者姓名：王秋阳指导教师姓名、职称：苏为洲教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：控制工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：控制系统分析与综合论文提交日期：2018年4月23日论文答辩日期：2018年6月4日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：王进委员：谢巍杜启亮裴海龙刘富春摘要将视觉传感器应用于机器人的系统设计中，利用视觉传感器得到的信息完成对机器人的闭环控制，称为视觉伺服。机器人视觉伺服涉及机器人学、数字图像处理、

3、控制理论、电子信息等诸多学科，是当前机器人领域的一大研究课题，机器人视觉伺服是机器人定位、机器人导航等技术的基础。本文主要研究了一种基于图像的视觉伺服系统，通过机载摄像机采集到的图像信息作为反馈完成在移动机器人运动的过程中机载摄像机能够始终高精度指向固定目标的功能。本文首先介绍了移动机器人视觉伺服的硬件平台，介绍了两种图像检测的方法，分别为基于RGB颜色空间的圆检测和基于霍夫变换(HoughTransform)的圆检测，并针对两种方法进行了实时性对比实验。针对使用的摄像机建立了摄像机模型，并推导出目标在图像平面的误差与其在3维空间中的位置的关系式，然后对使用

4、的摄像机进行了基于MATLAB的标定实验，确定了摄像机的内参数。接着对机器人关节位置环进行了系统建模，利用最小二乘法和子空间法进行了模型辨识与对比，得到了对象的传递函数，由于模型阶次较高，进行了模型降阶。然后介绍了视觉伺服系统的双环模型，外环为图像环，利用图像信息进行闭环，内环为机器人关节位置环，利用关节处的编码器数据进行闭环。为了提高位置环的响应速度和控制精度，针对辨识得到的位置环模型设计了输出反馈与PI混合控制器。图像环控制器选用PI控制器，通过实验的方法确定了一组较为合适的控制器参数。在此基础上，由于视觉伺服系统是一个双率控制系统，设计了双率高阶保持器

5、(Dual-rateHighOrderHolds)，另外，由于移动机器人始终处于运动中，导致视觉伺服系统存在稳态误差，通过机理建模的方法设计了运动补偿方案，消除了稳态误差。最后，在自行搭建的移动机器人硬件平台上进行了相关的实验验证，实现了移动机器人在运动中的视觉伺服。结果表明，本文所设计的控制方案能够保证机载摄像机较高的指向精度，性能优于传统的PID控制器。关键词：移动机器人；模型辨识；输出反馈；视觉伺服；DR-HOHsIAbstractInthispaper,weapplythevisionsensortotheroboticsystemdesign.Us

6、ingthevisualinformationobtainedbythevisualsensortocompletetheclose-loopcontrolofrobotiscalledvisualservo.Visionservoinvolvesmanydisciplinessuchasrobotics,digitalimageprocessing,controltheory,andelectronicinformation,etc.Anditisoneofhotresearchtopics,whichisthebasisforrobotpositioni

7、ng,robotnavigationandothertechnologies.Inthispaper,wemainlystudytheimage-basedvisualservo,whichusesthevisualinformationobtainedbytheairbornecameratorealizethefunctionthattheairbornecameracanpointtoafixedtargetwithhighaccuracyduringthemovementofthemobilerobot.Inthispaper,wefirstlyin

8、troducethehardwareplatform