基于CMAC神经网络的机器人平面视觉跟踪.pdf

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1、·62·工业仪表与自动化装置2013年第6期基于CMAC神经网络的机器人平面视觉跟踪戴艳(甘肃靖远煤电股份有限公司职if-．培训处，甘肃白银730900)摘要：在手眼关系及摄像机模型完全未知的情况下，建立了眼在手上机器人平面视觉跟踪问题的非线性视觉映射模型，将图像特征空间和机器人工作空间紧密地联系起来。在此基础上，为将视觉跟踪问题转化为图像特征空间中的定位问题，设计了基于CMAC神经网络的视觉跟踪控制方案，并与PD控制器相并联构成视觉反馈控制。仿真结果表明该算法能完全消除稳态跟踪误差，具有很强的环境适应性，算法简单，易于实时实现。关键词：视觉跟踪；CMAC神经网络；无标定；手眼协调中图分类号

2、：TP183文献标志码：A文章编号：1000—0682(2013)06—0062—042DroboticvisualtrackingbasedonCMACneuralnetworkDAIYan(GansuJingyuanCoalCorporationstaffTraining，GansuBaiyin730900，China)Abstract：Inthispaper，withoutexplicitexternalandinternalcalibration，weproposeanonlinearvisualmappingmodelfortheeye—in—handroboticvisualtr

3、ackingproblem，whichconnectstheimagefeaturespacewiththeroboticworkspacetightly．Moreover，anewvisualcontrolschemebasedonCMACneuralnetworkisdesigned，whichisparalleltothePDcontroller，thevisualtrackingproblemisconvenedintoaservoprobleminimagefeaturespace．Simulationresultsshowthatthismethodcandrivethestat

4、ictrackingerrortozeroquicklyandkeepgoodrobustnessandadaptabilityatthesametime．Additionally，thealgorithmisveryeasytobeimplementedwithlowcomputationalcomplexity．Keywords：visualtracking；CMACneuralnetwork；calibrationfree；hand—eyecoordination踪运动目标时对图像特征的依赖性很大，图像特征0引言的稍微变化可能导致图像雅可比矩阵的奇异，导致近年来，无标定方法引起各国学者

5、的广泛关控制系统失控。潘且鲁等提出用神经网络逼近一种注¨

6、3，其核心是在不精确或未知手眼关系条件新的非线性视觉映射模型实现机器人手眼无标定视下，利用视觉反馈误差规划机器人运动，从而完成视觉跟踪任务的方法J，以图像平面上目标点投影的觉伺服、跟踪任务。由于采用了闭环反馈控制策略，位置、速度、加速度和机器人空间中手爪加速度数据从根本上消除了模型准确度对机械臂定位精度的影为学习样本，对BP网络进行离线训练，实现从图像响。但问题的关键在于如何将视觉空间误差信息映空问信息到机器人空间控制信息的映射关系，从而射到机械臂所在的三维运动空间中去。对于眼在手克服了基于图像雅可比矩阵的视觉伺服系统的缺上结构的视觉

7、系统，在应用图像雅可比矩阵设计视陷。在此基础之上，该文提出了基于CMAC神经网觉控制器时，需要估计摄像机与目标物体之问的距络的机器人平动视觉伺服方法。离J，实际中估计精度难以提高J，甚至无法估计，1视觉映射模型这使得基于图像雅可比矩阵的方法难以实现。另外，即使深度信息可以精确得到，但是由于图像雅设k时刻目标点在图像平面上的瞬时速度(即可比矩阵对图像特征点的变化十分敏感，因此，在跟光流)为(u()，())，加速度为(△“()，Av(k))。由文献[7]可得：收稿日期：2013—06—13基金项目：甘肃省自然科学基金资助项目(1112R『ZA010)]㈩作者简介：戴艳(1972)，女，甘肃兰州人

8、，现为甘肃靖远煤电股份有限公司职工培训处讲师，从事机电一体化等方面的研究。式中：U。、。表示目标运动产生的图像平面速度分2013年第6期工业仪表与自动化装置·63·量，U、Vc表示因摄像机平移产生的图像平面速度分替代摄像机加速度变量，是由于手爪作平动运动时，量。当图像采集帧率足够高时，u()，V(k)可以由二者具有确定的一一对应关系(固定的手眼坐标系以下两式近似求取：映射关系)。将式(6)代人式(4)可得正映