基于图像的SCARA机器人的视觉伺服系统仿真.pdf

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1、基于图像的SCARA机器人的视觉伺服系统仿真白龙，杜向党，张宇，贺天鹏(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)SimulationofVisualServoSystemofSCARARobotBasedonImagePlaneBAILong，DUXiang—dang，ZHANGYu，HETian—peng(SchoolofMarineEngineering，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an710072，China)摘要：研究一种无标定视觉伺服控制系统，基于的视觉伺服结构[2]，其误差信号直接用图像特征

2、来机器人仿真工具箱和视觉仿真工具箱，在Matlab／定义，直接利用图像特征变化进行视觉信息反馈，由Simulink环境下，建立SCARA机器人的air—in—图像特征误差信号计算出控制量，并将其变换到机hand视觉伺服系统的Simulink模型，进行运动仿器人运动空问中去，驱动机械手向目标运动，完成伺真。服任务。该方法不需要估计目标在笛卡尔坐标系下关键词：视觉伺服；无标定；图像；系统仿真；运的位姿，减少了计算时间，并且对摄像机和机械臂的动分析校准误差、目标模型误差具有较强的鲁棒性，克服了中图分类号：TP24基于位置的伺服机构的缺点。基于图像的视觉伺服文献标

3、识码：A系统的定位精度对摄像机标定误差不敏感，与基于文章编号：1001—2257(2012)10—0075—03位置的视觉伺服相比具有较少的计算量。因此，采Abstract：Thispaperstudiesauncalibratedvis—用基于图像的视觉伺服方法，建立了SCARA机器ualservocontrolsystem．Thisvisualservoingsim—人视觉伺服系统的仿真模型，并进行了实验。ulationmodelforSCARArobotwasestablishedu—singimage—method．Thissimulationsc

4、hemebased1无标定视觉伺服系统的数学模型onroboticstoolboxandmachinevisontoolboxwas基于图像的无标定视觉伺服[3模型由2个闭环builtwithsub—systemandworksunderMatlab／构成，外环为图像特征闭环，内环为关节环和速度Simulinksituation．环，控制系统原理如图1所示。视觉反馈为目标的Keywords：visualservoing；uncalibrated；im—当前图像特征，由图像采集和特征差来设计机器人age；systemsimulation；motionanal

5、ysis的运动调整策略，并以其输出作为图像雅可比矩阵的输入。0引言基于图像的机器人无标定视觉伺服系统依赖于系统建模和特征辨识，采用基于图像雅克比矩阵[4]随着科学技术的发展，机器人已经广泛应用于的方法得到反映图像特征变化量与机械手位姿变化众多行业，将人们从简单重复的体力劳动中解放出来，尤其在像高温、有毒、粉尘和腐蚀等恶劣的工作环境中替代人的部分或全部操作。机器人的应用，极大地提高生产效率，同时能够很好地保证产品的加工精度和质量。但是，传统的基于位置的视觉伺服控制方式￡1]，其控制精度很大程度上依赖于目标位姿的估计精度，与手眼系统参数标定紧密相关，在实际系统

6、中保证该精度十分困难。而基于图像特征⋯⋯⋯旦，征里⋯收稿日期：2012一O5—29图1基于图像的视觉伺服模型《机械与电子~2012(1O)●SCARA机器人之间的映射关系，从而建立从关节空间到图像特征空间的直接映射。设，∈R为图像特征参数矢量，r∈R为机械手位姿空间的坐标参数，则有，一l，(r)·(1)Of1OflaraJ—(2)OfmOfm3r1OrJ∈R”为图像雅克比矩阵对于控制量输入是关节速度的系数，建立如下微分关系，即P=J(r)·(3)图2基于SCARA机器人的视觉伺服控制系统3r13rl觉伺服控制算法的图像特征，即3q13qp’：Ix1，Y1；

7、z2，Y2；z3，Y3；z4，Y4](7)J，一(4)2．2视觉控制算法3r3r3qlaq系统采用工程中应用广泛的PID控制算法，简∈R为P自由度的机器人关节运动速度矢单有效，定义图像上观察到的运动目标位置为量；J，为机器人雅克比矩阵。(￡)，机器人末端位置为()，定义系统的图像误差由此，可以建立从图像特征空间到机器人关节e(￡)一尸(f)一fk(￡)，同时定义机器人运动控制量U运动空问的模型为：一，根据视觉反馈误差e(￡)可建立以下比例控制-厂一．，·q(5)律：式中J-jJ“一K·(￡)(8)由此可以看出，无标定视觉伺服的关键问题是2．3机器人模型求出

8、雅克比矩阵，这样才能建立图像和关节的映射对SCARA机器人进行仿真