视觉伺服系统的智能控制器研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文视觉伺服系统的智能控制器研究作者姓名：赵瑜指导教师：姚明海教授浙江工业大学信息工程学院2013年3月DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster／／l丫l／I／Iz／／／I／／14／／I／1111／／／ll／／／I／／／7ll$7／／t11／／ll／ResearchonVisualServoSystemofIntelligentControllerCandidate：Zhao

2、砌Advisor：YaoMinghaiCollegeofInformationEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyMarch2013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

3、明。本人承担本声明的法律责任。作者签名：趑箱日期：，2口劈夕月2厂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，衫年解密后适用本授权书。2、不保密匦(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：趑髟石日期：2。脾多月?／日导师签等乏磊彭

4、彭日期：年月日浙江工业大学硕士学位论文视觉伺服系统的智能控制器研究摘要在机器人研究领域，视觉伺服控制是其中的一个前沿课题，也是一个重要的研究方向。机器人视觉伺服的研究对于机器人智能化水平的提高、机器人应用场合的扩展乃至机器人学的发展都具有非常重大的意义。机器人视觉伺服控制融合了机器人学、自动控制理论、计算机视觉和计算机科学等学科及研究领域。本文将智能控制技术融入视觉控制器的设计中，提出了以小脑模型关节控制器(CMAC)为基础的视觉控制器。优化了图像特征空间与运动空间之间的图像雅可比矩阵(IJM)非线

5、性映射关系；补偿了由于标定误差带来的映射关系不确定性。本文的主要工作内容和研究成果如下：1．分析了视觉伺服系统的分类和关键研究，之后探讨了智能控制的研究方法及发展现状。研究了视觉伺服系统的相关数学模型，构建了雅可比矩阵。综合上述数学模型利用matlab／simulink平台建立了视觉伺服系统仿真模型。2．针对图像雅可比矩阵估计存在的问题，本文采用了小脑模型关节控制器作为视觉伺服系统的视觉控制器，提出了一种优化改进的变学习率CMAC学习规则，并给出了收敛性证明。而后通过仿真验证了提出的变学习率CMAC

6、智能控制算法能有效的逼近雅可比映射关系。之后通过对比变学习率CMAC视觉控制器与传统CMAC视觉控制器在仿真实验中的性能，证明了变学习率CMAC性能更好，逼近速度更快。3．选取机器人关节二阶简化模型，利用常规PID进行阶跃响应跟踪仿真，给出了对于惯性时间常数较大的机器人关节，常规PID调节存在缺陷的实验结论。针对PID存在的缺陷以及CMAC控制器需要离线学习的缺点，本文采用了CMAC前馈控制结构，将其与PID控制器相结合，提出了变学习率CMAC+PID复合视觉控制器。最后本文通过构建的simulin

7、k仿真平台，进行了静态目标定位仿真实验，分析了提出的复合控制器的控制效果，证明了所提出的控制器算法可以快速使跟踪误差趋于零，建立的视觉伺服系统控制效果良好。关键词：机器人视觉伺服，图像雅可比矩阵，小脑模型关节控制器，复合控制算法浙江工业大学硕士学位论文RESEARCHONVISUALSERVoSYSTEMoFINTELLIGENTCoNTRoLLERABSTRACTVisualservocontrolisafrontierfieldandalsoanimportantresearchdirectio

8、ninrobotics．Theresearchonrobotvisualservohasgreatsignificanceforimprovingtherobotintelligencelevel．Expandingtheapplicationfieldsofrobotsandevenforthedevelopmentofroboticssubject．Therobotvisualservocontrolcombinesmanyresearchareas，suchas