基于图像雅可比矩阵的机器人视觉力控制.pdf

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1、《电气自动化}2010年第32卷第6期机器人技术RobotTechno1ogies．．．．．．．．．．．．——基于图像雅可比矩阵的机器人视觉／力控制六李战明李二超李炜(兰州理工大学电气与信息工程学院，甘肃兰州730050)摘要：在实际的接触型作业任务中，需要在控制位置的同时，控制末端执行器与环境之间的接触力。针对这一问题．首先通过力反馈信息对未知环境中的法线方向进行估计，然后设计了一种基于模糊自适应Kalman滤波的动态图像雅可比矩阵辨识方法，并将其应用于机器人视觉反馈控制任务中。最后提出视觉／力混合控制算法，在该算法

2、中给出了视觉／力混合控制的约束条件，对视觉采用变结构控制器，力控制采用PI控制器。仿真结果表明，该策略具有较高的力控制精度和曲线跟踪能力。关键词：图像雅可比矩阵卡尔曼滤波视觉伺服力控制【中图分类号】TP242[文献标识码】A[文章编号j1000—3886(2010)06—0016—03HybridControlforRoboticVisual／ForceControlBasedonImageJacobianLiZhanmingLiErehaoLiwei(CollegeElectricalandInformationEn

3、gineering，LanzhouUniversityofTechnology，l~mzhouGansu730050，China)Abstract：hitherealworld，thecontactoperationtasksneedtoimplementthecontactforcecontrolatthesametimeimplementationofthepositioncontro1．inordertosolvethisproblem，firstlyamethodtoestimatethenormalvecto

4、rofthemlknownconstraintsurfacebygleansoftheforcefeedbackisintroduced，secondlyestimationofdynamicimageJacobianmatrixbasedonfuzz),adaptiveKalmanfilteringisproposedandappliedinthetasksoftherobotvisualfeedbackcontro1．Finally，hybridvisualsel~'o／forcecontrollerispropo

5、sed，constraintsaregiveninthecontroller，variablestructureeonlrollerisappliedforvisualservo．PIcontrollercontrolisappliedforforcecontro1．Simu．1ationresultsareshowntodemonstratetheefectivenessoftheproposedscheule．Keywords：imagejacobiankahnanfilteringvisualservoforce

6、control0引言阵，同时利用力反馈数据对约束环境的法线方向进行估计，对视觉机器人的许多应用场合，例如，精密装配、修刮或磨削工件表采用变结构控制器，力控制采用PI控制器。仿真结果表明，视觉／面、抛光等都要求机器人具有力感知能力。在操作过程中要求保力混合控制提高了机器人对任务的适应性和工作过程的柔顺性。持其执行器末端与环境接触，就必须具备基于力反馈柔顺控制的1未知环境的法线方向估计[5]能力。为完成复杂的任务，多传感器融合控制是必须的，z一1。机器人与环境发生接触的主要表现形式就是接触力，若能利无标定视觉伺服通过在线辨

7、识图像雅可比矩阵，减少了对机用力反馈信号弥补机器人对环境理解的不足，在线估计环境约束器人参数等先验知识的依赖程度，增加了系统对环境变化的自适的法线方向，将能更好的指导机器人柔顺控制。假设外部环境相应性。文献[4】将雅可比矩阵的辨识问题转化为状态观测问题，在对于机器人末端位置的约束为S()=0，对约束微分可得：假定过程噪声参数Q和量测噪声参数尺已知的前提下，利用=0(1)Kalman—Bucy滤波算法实现了静态雅可比矩阵元索的递推估计，然式中，R表示机器人末端位置的状态向量，ef表示位置平而对存在未知不确定性的机器人系统

8、来说，获取精确的上述滤波面的法线向量。机器人接触点处终端所受的切向力f和法向力f参数是非常困难的，而且可能导致Kalman滤波发散。本文在文献可通过装在机器人终端上的腕力传感器求得，最后得到法向单位【4]的基础上，提出了一种基于模糊自适应Kalman滤波的动态图向量ef=f／lfIf(2)像雅可比矩阵在线辨识方法，该方法由模糊自适