图像反馈机器人视觉伺服系统仿真

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1、Vol.15No.12系统仿真学报Dec.2003JOURNALOFSYSTEMSIMULATION·1737·图像反馈机器人视觉伺服系统仿真杨延西，刘丁，闫振杰（西安理工大学109#,西安710048）摘要：机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可以直接用于机器人自动避障、轨线跟踪和运动目标跟踪等问题中。分析了基于图像雅克比矩阵的机器人视觉伺服方法的基本原理，通过创建子系统(Sub-system)使得Matlab和Simulink有机结合，基于机器人Matlab仿真工具箱(RoboticsToolboxfo

2、rMatlab)实现了六自由度Motoman-SV3工业机器人图像反馈视觉伺服系统的Simulink模型。采用该模型进行了机器人跟踪三维空间螺旋运动目标的仿真实验，结果验证了该方法的有效性。关键词：Matlab/Simulink;图像雅可比矩阵;Motoman-SV3机器人;视觉伺服文章编号：1004-731X(2003)12-1737-04中图分类号：TP391.9文献标识码：ASimulationofImageFeedbackRobotManipulatorVisualServoSystemYANGYan-xi,LIUDing,Y

3、ANZhen-jie(Xi’anUniversityofTechnology,Box109,Xi’an710048,China)Abstract:Roboticvisualsystemisoneofthemostimportantsubjectsinthefieldofrobot,itsresearchfindingscanbedirectlyappliedtorobotobstacleavoiding,trajectorytrackingandmovingobjecttracking,etc.Inthispaper,theprinc

4、ipleforrobotvisualservosystembasedonimageJacobianisanalyzedandtheMatlabfunctionsfortherobotcontrolandtheSimulinkmodelsareintegratedorganicallybybuildingsub-systems.TheSimulinkschemeforasixDOFsMotoman-SV3industrialrobotvisualservosystembasedontheimagefeedbackisbuiltwitht

5、heroboticstoolboxforMatlab.ThesimulationexperimentforMotoman-SV3robottrackingatargetinthe3Dspacewithaspiraltrajectoryiscarriedoutbasedonthescheme.Simulationresultsshowthevalidityofthescheme.Keywords:Matlab/Simulink;imageJacobianmatrix;Motoman-SV3robot;visualservo1姿，减少了计

6、算延时，并且可以克服摄像机标定误差及关节引言位置传感器误差对定位精度的影响。为此本文中就采用了基机器人视觉伺服系统起源于80年代初，随着计算机技于图像的视觉伺服方式。但是，为了将图像特征参数的变化术、图像处理技术、控制理论的发展取得了很大进步，有一同机器人位姿变化联系起来，该方法必需计算图像雅可比矩些系统已投入使用，如美国斯坦福大学和SRI共同开发的阵（ImageJacobianMatrix）及其逆矩阵。[1]SRIVisionModule，荷兰Philips公司研制的PAPS系统等。实现机器人视觉伺服系统涉及到许多学科的内容，如图机

7、器人视觉伺服系统的种类繁多，存在多种分类方法。根据像处理、控制理论、运动学、动力学、实时计算等。因此，控制方式可分为两类，即基于位置(position-based)和基于图建立机器人视觉伺服仿真系统，对研究智能机器人具有重要[6]像(image-based)的控制方式。的意义。由于机器人系统本身的高度非线性以及视觉信息处目前，多数视觉伺服系统采用基于位置的控制方式。但理的复杂性，要建立通用系统是相当困难的，许多学者为此是，该方式的控制精度在很大程度上依赖于目标位姿的估计付出巨大的努力，做了大量的工作，提出了各种仿真软件，精度。位姿计算

8、与手/眼系统参数标定有关，许多手眼标定如RoboticsToolboxforMatlab，InternationalAdvanced方法需要辅助参考物，在工业环境中很难保证目标位姿估计RoboticsProgram(IA