基于单应性的工业机械臂视觉轨迹跟踪迭代学习控制

发布时间：2017-04-08 16:18

  本文关键词：基于单应性的工业机械臂视觉轨迹跟踪迭代学习控制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：工业机器人通常需要做一些重复的流水线工作,基于视觉的控制可以提高精度。传统的基于图像的视觉跟踪轨迹控制缺少深度信息,导致模型参数不确定,从而影响系统的稳定性和收敛性。本文提出了基于单应性的迭代开闭环视觉控制,能够提高控制系统动态性能,并且精确跟踪轨迹。“眼在手上”的相机安装方式存在目标物体跑出视野问题,本文针对此问题,提出变时长迭代学习控制方案,某次迭代目标物体跑出视野,之后的迭代也能够保证目标物体一直在视野范围内。本文的主要工作分述如下：1、利用全局灰度梯度法求解单应性矩阵,而非如SIFT等算法提取特征点,再根据特征点像素位置求解单应性矩阵的方法求解单应性矩阵,这样可以利用平面物体所有像素的信息,从而避免特征点错误匹配带来的误差,时间上前者是后者的0.3倍。2、针对基于图像的视觉伺服控制缺少深度信息问题,提出基于单应性的工业机械臂视觉轨迹跟踪迭代学习控制方案,并且证明系统的收敛性。相比于基于图像特征的视觉跟踪控制,单应性描述两幅图片的关系,间接反映相机之间的几何关系,和三维空间的关系较为直接,简化了控制器的设计。该方案中,误差是单应性矩阵的表达式,不需要分解单应性矩阵,从而缩短了计算时间并且避免了单应性矩阵分解多解的问题。采用迭代学习控制方案,根据之前误差信息,调整下次迭代系统输入,能够实现轨迹的精确跟踪。利用该方案完成了机械臂跟踪目标物体轨迹的实验,验证了该方案的有效性。3、局部视觉容易出现目标物体跑出视野的问题,针对此间题,提出了基于单应性的工业机械臂视觉轨迹跟踪变时长迭代学习控制方案。目标物体跑出视野,则此次迭代终止,存在迭代时间不一致问题,即下次迭代在上次迭代目标物体跑出视野后没有前馈信息。基于此,本文提出两种方案：1切换变时长迭代学习控制,没有上次迭代信息,则将控制器切换为只有反馈的控制器；2高阶变时长迭代学习控制,上次迭代信息缺失,则选择之前迭代效果最优的迭代信息。通过仿真和实验,说明此方案能够有效解决目标物体跑出视野的问题。
【关键词】：工业机械臂 单应性 全局灰度梯度法 迭代学习控制 变时长 轨迹跟踪
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41;TP242.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 工业机械臂视觉跟踪问题概述15-18
• 1.1.1 视觉跟踪控制的发展15-16
• 1.1.2 图像处理技术在机器人方面运用和发展16-17
• 1.1.3 视野约束问题研究发展17-18
• 1.2 迭代学习控制概述18-19
• 1.3 论文基本思路19-20
• 1.4 论文组织结构20-23
• 第二章 系统方案设计23-37
• 2.1 控制任务23-24
• 2.2 系统结构24
• 2.3 实验平台介绍24-26
• 2.4 实验机械臂26-31
• 2.4.1 机械臂运动学模型26-30
• 2.4.2 机械臂雅克比矩阵的计算30-31
• 2.5 针孔摄像机模型与图像雅克比矩阵31-37
• 2.5.1 针孔摄像机模型31-32
• 2.5.2 相机的标定32-33
• 2.5.3 图像雅克比矩阵33-37
• 第三章 全局快速求解单应性矩阵37-47
• 3.1 单应性矩阵原理37-39
• 3.2 SIFT算法求解图像的特征点像素位置39-40
• 3.3 SIFT与SURF算法的性能比较40-42
• 3.3.1 SURF算法原理40
• 3.3.2 SIFT算法和SURF算法结果对比40-42
• 3.4 全局灰度梯度下降法求解单应性矩阵42-45
• 3.4.1 将图像问题转化为求最小值的迭代问题42-43
• 3.4.2 梯度迭代法求解单应性矩阵43-44
• 3.4.3 特征点提取方法和全局灰度法求解单应性效果对比44-45
• 3.5 结论45-47
• 第四章 基于单应性轨迹跟踪迭代控制方案47-63
• 4.1 轨迹描述47
• 4.2 误差系统47-49
• 4.3 迭代控制器设计49-52
• 4.3.1 控制结构49-50
• 4.3.2 系统收敛性证明50-52
• 4.4 迭代控制方案仿真52-56
• 4.4.1 仿真结果52-56
• 4.4.2 仿真结论56
• 4.5 迭代控制方案实验56-61
• 4.5.1 实验步骤56-57
• 4.5.2 检验算法有效性方法57
• 4.5.3 迭代控制方案具体实验结果57-61
• 4.5.4 迭代控制方案实验小结61
• 4.6 结论61-63
• 第五章 变时长迭代的控制方案63-75
• 5.1 目标物体跑出视野问题背景63-64
• 5.2 变时长迭代控制方案64-65
• 5.2.1 切换变时长迭代控制方案64-65
• 5.2.2 高阶变时长迭代控制方案65
• 5.3 两种变时长迭代控制方案仿真65-68
• 5.3.1 仿真结果65-68
• 5.3.2 仿真小结68
• 5.4 变时长迭代控制策略实验68-73
• 5.4.1 实验结果68-73
• 5.4.2 实验小结73
• 5.5 结论73-75
• 第六章 总结和展望75-77
• 6.1 工作总结75-76
• 6.2 研究展望76-77
• 参考文献77-79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 贾丙西;刘山;张凯祥;陈剑;;机器人视觉伺服研究进展:视觉系统与控制策略[J];自动化学报;2015年05期

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3 田森平;毛琳琳;;带控制时滞广义系统的PID型迭代学习算法[J];控制工程;2012年01期

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5 刘山,吴铁军;基于小波逼近的非线性系统鲁棒迭代学习控制[J];自动化学报;2004年02期

6 刘山,吴铁军;基于稳定逆的非最小相位系统的迭代学习控制[J];控制理论与应用;2003年06期

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  本文关键词：基于单应性的工业机械臂视觉轨迹跟踪迭代学习控制，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：293218