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1、第29卷第5期武汉科技大学学报(自然科学版)Vo.l29,No.52006年10月J.ofWuhanUn.iofSc.i&Tech.(NaturalScienceEdition)Oc.t2006基于图像的机器人视觉伺服控制刘晓玉,方康玲(武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉,430081)摘要:介绍了基于图像的机器人视觉伺服原理和基本实现方法,详细阐述了图像特征提取和视觉伺服控制器设计中所面临的问题及其解决办法,并展望了未来的发展方向。关键词:机器人;视觉伺服;卡尔曼滤波;图像雅可比矩阵中图分类号:TP
2、242文献标志码:A文章编号:1672-3090(2006)05-0482-05RobotVisualServoControlBasedonImageLIUXiaoyu,FANGKangling(CollegeofInformationScienceandEngineering,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,China)Abstract:Theprincipleandimplementationofimagebasedrob
3、otvisualservoingareintroduced.Severalproblemswithimagefeatureselectionandvisualservoingcontrollerdesignarediscussedindetai,lwiththesolutionsgiven.Thefutureofthevisualservocontrolresearchispredicted.Keywords:robo;tvisualservoing;Kalmanfilter;imageJacobian
4、机器人视觉伺服是指利用视觉信息控制机器此,有关机器人视觉伺服的研究普遍采用基于图人末端执行器的位姿。这样的设计一方面可以使像的方式。机器人适应环境和操作对象的变化,另一方面也本文对基于图像的机器人视觉伺服方法进行可以克服机器人标定误差对控制精度的影响。上了介绍,对实现机器人视觉伺服中存在的问题及述优点吸引了许多学者对机器人的视觉伺服展开其解决办法进行了总结,并展望了未来的发展方研究,一些视觉伺服系统还投入了实际应用,如装向。配、焊接、水果分拣、航天飞行器着陆和传送带上[1,2]1基于图像的视觉伺服实现
5、方法物体抓取等。实现机器人视觉伺服的方式很多,根据采用1.1系统的视觉配置方案的控制误差不同,可分为基于位置的方式和基于要实现一个基于图像的机器人视觉伺服系图像的方式。基于位置的方式是将用图像估计的统,首先要考虑图像的获取方式。目前机器人视目标对象三维空间位姿与期望位姿之差作为机器觉伺服系统采用的视觉传感器主要是CCD摄像人的控制误差。由于控制误差定义在工作空间,机,根据选用摄像机的数量和安装位置的不同,视所以其符合现有机器人的工作方式。但控制效果觉配置方案也有所差异,有单目视觉,也有双目视与摄像机和机器
6、人的精确标定密切相关,并且控觉;有的摄像机固定安装在现场,有的则固接在机制中逆运动学求解和三维位姿估计的计算量也很器人的末端执行器上(俗称手眼配置,eyein[3,4]大。基于图像的方式则是直接将当前图像特征与hand)。比较而言,单目视觉图像处理简单,期望图像特征之差定义为机器人的控制误差,从但难以获取深度等立体信息;双目视觉可有效地而省去了基于位置方式中的3D建模工作,对传获得空间立体信息,但图像处理的计算量也随之感器、摄像机和机器人的标定误差也不敏感,因增加;固定视觉可同时观察到目标对象和机器人
7、收稿日期:2006-05-17基金项目:湖北省教育厅科学研究计划项目(B200511007).作者简介:刘晓玉(1971-),女,武汉科技大学信息科学与工程学院,讲师,博士生.2006年第5期刘晓玉,等:基于图像的机器人视觉伺服控制48322的末端执行器,虽控制误差直接可见,但需引入摄fxxy-(x+f)0-2y像机与机器人坐标系间的转换,并且要求摄像机ZZff(4)22的精确标定,还可能遇到末端执行器遮挡目标的fy-(y+f)xy0-2-x问题;手眼视觉不会出现遮挡现象,且因摄像机与ZZff[4
8、,9,16]末端执行器的位置相对固定,通过机器人运动学J1(x,y,Z)即为图像雅可比矩阵。和简单的平移转换就可以推知摄像机的空间位在手眼配置中,摄像机的运动是由机器人各姿,因此在机器人的视觉跟踪中得到了广泛应用。关节带动末端执行器运动产生的,所以可以进一步将式(3)表示的运动变化关系转移到机器人的1.2图像雅可比矩阵关节运动上:无论摄像机安装位置如何,也无论目标对象x=J1Jrq(5)运动与否,由于机器人
