大范围视觉伺服方法在空间机器人上的应用

为了克服人工维护卫星危险性高及成本昂贵等种种弊端,采用在卫星主体上安装一个空间机械臂、臂的末端安装单目摄像机的方法,无需远程遥操作控制,即可利用手眼视觉控制机械臂完成卫星的自我维护.在传统的基于位置的视觉伺服(PBVS)与基于图像的视觉伺服(IBVS)基础上,提出一种复合视觉伺服控制方法,通过在线估计目标的深度和旋转姿态来选择PBVS和IBVS控制器.该方法既具有两种伺服方法各自的优点,又保证了图像空间与笛卡尔空间轨迹的可控性.大范围运动(尤其是涉及到旋转伺服)时选择PBVS控制器,小范围运动时则使用IBVS控制器,从而实现了空间机器人的大范围完全自主视觉伺服控制.针对空间环境的特殊性,设计并实现了一种合作目标识别方法,确保了伺服系统能够在复杂的环境下快速稳定地提取伺服特征.实验结果表明,该方法在进行大范围视觉伺服时,伺服定位准确,对采样和标定误差具有鲁棒性.     

机器人视觉伺服控制及应用研究的现状

在论述机器人视觉伺服控制的发展及研究现状的基础上，讨论了视觉伺服控制的基本结构、控制系统中关键部件的研究和发展状况，并对其中发现的关键性问题进行了分析，提出了解决这些问题的一些方法。     

卡尔曼滤波在视觉伺服机器人控制中的应用

在基于视觉伺服的机器人控制中,准确跟踪动态目标的关键在于快速准确地完成连续图像中的目标辨识.本文在基于特征差异的彩色目标识别方法的基础上,应用卡尔曼滤波算法对运动目标位置进行预测,在预测的局部范围内搜索匹配目标,将全局搜索改变为局部搜索,大大减少了图像处理数据量,提高了机器人快速跟踪运动目标的实时性.     

面向自主机器人的实时彩色视觉系统

设计开发了一种新型的机器人实时彩色视觉系统，以及基于颜色的实时分割和识别软件系统，采用即插即用型的USB接口数字摄像头，简化了系统的使用和维护，首先把输入的彩色图像从RGB空间转换到YIQ颜色空间，提取出和颜色有关的IQ平面的信息；然后根据目标颜色在IQ平面里分割图像，再对图像进行游程编码，并从游程编码中提取出有效的图像信息；最后通过TCP／IP接口将视觉信息发送给机器人控制系统，为了抑制光强变化的影响，采用了一种阈值学习方法，实验结果表明，整套系统具有很高的实时性和较好的识别效果。     

基于图像矩的机器人视觉伺服

区别于图像的简单几何特征,利用图像的全局特征描述子－图像矩特征作为图像作征信息,推导了矩特征变化量与相对位姿变化量之间的关系矩阵,即图像雅可比矩阵。针对平面视觉伺服控制,利用了所推导的基于矩特征的图像雅可比矩阵,在不需要知道目标的成像高度、摄像机焦距及不需要精确标定的摄像机外部参数的情况下实现了基于图像的视觉伺服控制,最后给出了仿真与实验例子,表明了矩特征的有效     

双目视觉机器人物体搬运伺服控制系统研究

机器人视觉伺服系统的研究在机器人研究领域中起着重要作用,其研究结果的运用能使机器人更加智能化.文章以固高GRB-400机器人在双目视觉系统的条件下,基于位置的视觉伺服方法,研究了手爪如何精确定位物体和确定抓取物体的深度并确定目标姿态的方法.实验证明该方法能够实现机器人对物体的精确定位、抓取和搬运.     

机器人操作机位姿空间的测度

自动化生产中对机器人的设计、选择和评价中存在两个弊端，一方面是用户常选择不合理的运动学指标为依据造成购得的机器人不能很好地满足工作要求；另一方面是机器人设计者往往盲目地追求对众多运动学指标的所谓全局优化，实际上却恰得其反。该文试图通过拓扑学中的空间测度来揭示机器人运动学指标之间的内在联系，从理论和实际价值的角度出发定义新的运动学指标。     

基于图像的机器人视觉伺服控制

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。     

一种新颖的冗余度机器人及其视觉伺服方案

视觉伺服冗余度机器人在灵巧操作、装配等领域有很好的应用前景 .为了减少其运动规划的计算量 ,设计了一种具有准万向关节的七自由度机械臂结构 .在此基础上提出了一种基于位姿分散自律速度控制的运动规划方法 :采用速度矢量极小最小二乘分解方法进行腕部运动速度控制 ;根据欧拉角法则正向递推解决操作手的姿态规划问题 .文中还采用数值仿真手段验证了其有效性 .该方法的特点是物理意义明确 ,算法简单 .同时具有一定的运动学鲁棒性 .     

位姿闭环控制的高精度脑外科机器人

为解决现有脑外科机器人存在的绝对定位精度难于满足精细手术应用的问题,提出一种视觉伺服的系统方案,引入高精度光学跟踪手段,对机器人的末端位姿进行实时测量并反馈。采用一种基于关节空间控制和位姿空间动态补偿综合的机器人视觉闭环控制方法,并设计了动态校正控制算法。仿真结果表明:动态位姿闭环可以有效克服各种参数误差因素的影响,对机器人的绝对定位和跟踪误差具有校正作用,明显改善了轨迹跟踪精度,同时提高了鲁棒性能。绝对定位达到神经外科手术±1mm的精度要求,实际运用取得了令人满意的结果。     

漂浮基空间机器人固定时间收敛主动容错控制

针对载体位置不控、姿态受控的空间机器人存在执行机构存在失效及偏置故障的轨迹跟踪问题,设计了基于固定时间收敛的主动容错滑模控制算法。首先结合拉格朗日法推导出了包含力矩偏置及力矩失效故障的空间机器人系统动力学方程;其次,为消除故障对系统稳定性的影响,引入扩张状态观测器,以实现对故障的动态观测,并在此基础上设计基于固定时间收敛滑模控制器以实现主动容错控制。所提方法具备收敛时间与系统初始状态无关,仅需调节控制参数即可保证系统轨迹在固定时间内收敛的优点。最后通过仿真验算,仿真结果表明所提算法能对故障进行精确观测并在失效故障和偏置故障发生条件下保证系统轨迹精确跟踪及稳定控制,同时相较于其他算法所提算法收敛时间更短,稳态误差更小以及拥有出色的故障观测能力和更强的容错控制能力。     

移动式修焊机器人双DSP嵌入式视觉反馈控制系统

针对三峡水轮机叶片坑内移动式修焊机器人的作业过程测控问题,研制了一种基于双数字信号处理器的嵌入式视觉反馈控制系统。采用功能单元模块化设计思想和叠层积木式装配结构,该系统将基于TMS320DM642的图像采集与处理、基于TMS320LF2812的运动控制与参数调整、数字视频输入、模拟视频输入、模拟视频输出、数字视频输出、电源变换等功能模块集成在170 mm×57 mm×40 mm的空间尺寸内。该系统可以安装在移动式修复机器人上、脱离工控机独立工作,适用于MIG、TIG、CO2等多种焊接工艺方法的过程监控、焊缝跟踪和焊缝成形实时控制。     

基于泰勒级数的空间机器人时延神经网络控制

探讨载体位置与姿态均不受控的漂浮基空间机器人在存在时间延迟环境下的关节空间轨迹跟踪的控制问题.在传统漂浮基空间机器人系统动力学模型基础上,融合泰勒级数展开法,建立适用于时延情况下的改进的动力学数学模型.并设计一种基于模糊递归的神经网络跟踪控制方案,利用其对任意不确定非线性项的整体逼近,来消除模型中存在的时延误差.运用Lyapunov第二类方法证明所设计控制系统的渐近稳定性.所提及的控制方案能够有效克服时延对系统稳定性的消极影响,并在提升系统控制品质的基础上得到理论延迟值的适用范围.计算机数值仿真结果验证了上述控制方案的有效性与精确性.     

双自由飞行空间机器人协调操作动力学分析

分析了自由飞行空间机器人(FFSR)的速度和加速度的关系,推导出两个自由飞行空间机器人(FFSR)协调操作的动力学方程以及各机械臂的关节驱动力矩的计算方法。提出了基于机器人广义雅可比矩阵(GJM)实现对机械臂关节驱动力矩的控制方法。最后,用计算机仿真验证文中提出方案的可行性。     

空间目标三维姿态估计方法综述

三维姿态是反映空间目标运动状态的重要参数,有利于对目标的优化设计和故障分析。姿态参数的捕获在目标跟踪、目标被动定位和目标识别等应用方面也将具有重要意义。     

面向微装配机器人的TSB分级智能控制结构

提出了一种面向微装配机器人的TSB(任务 策略 行为 )分级智能控制结构 ,该结构自上而下有三个控制层组成 :任务层、策略层和行为层 .操作者在任务层通过人机交互接口进行微装配任务规划 ,策略层将抽象的装配规划分解为具体的显微视觉伺服策略控制微装配机械手的运动 ,行为层则涉及微装配机器人基本行为的生成与执行监督 .TSB控制结构通过人机交互的方式将操作者的任务规划能力和机器人显微视觉伺服策略结合起来 ,实现了微装配机器人的半自主控制 .     

模型基计算机视觉中的假设－验证策略

本文提出了一种以层次化假设－验证为识别策略，基于模型的计算机视觉方法（ＭＢＣＶ），这种方法将ＭＢＣＶ与立体视觉结合在一起，互补相益。进而提出了由初始假设、姿态估计、高层验证和低层验证４部分组成的实施方案，本系统具有两个突出的特点：一是系统不苛求低层处理，能一次提取大量信息以支撑高层识别；二是强的系统容错能力，这两个特点大大减轻了低层处理的压力，并且改善了鲁棒性，实验证明，本系统在带噪和遮挡情况下都能正常工作。     

基于ROS的自主多旋翼飞行器视觉导航系统

 针对在GPS信号缺失的环境下多旋翼飞行器的定位和自主飞行问题,构建了一个基于视觉导航的多旋翼无人飞行器控制系统。采用目前流行的pixhawk飞行控制模块和单目视觉定位算法,基于机器人操作系统（ROS）构建了通信网络系统,并选用一个低功耗的机载主控计算机实时地在板运行该系统。测试结果表明,搭建的无人飞行器平台能实现较精确的视觉定位和自主飞行。     

一种非完整移动机器人有限时间跟踪控制算法

针对非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题提出了一种有限时间控制算法 .与基于非连续状态反馈的有限时间控制算法相比 ,该控制算法更适合于工程应用 .设计了 2个连续状态反馈的控制律分别渐近镇定前向角和平面坐标跟踪误差 .由此得到的闭环系统是齐次的并且具有负的齐次度 .结合齐次系统的有限时间稳定性结果和Lyapunov方法 ,证明了在这些控制律作用下 ,对满足一定角速度条件的期望轨迹 ,非完整移动机器人能够实现全局跟踪 ,并且能够在有限时间内完全跟踪上期望轨迹 .仿真结果表明了该方法的有效性 .     

A hybrid Jacobian control for uncalibrated robot visual servoing

Visualservocontrolhasbeenanactiveareaofre searchformanyyears.Since1973,therehasbeen significantprogressonvisualservoingcontrol[1],and severalspecialissuesonvisualservoinghavebeen published[2,3].Therearetwobasicapproachestovi sualservocontrol[1]:Position BasedVisualServoing(PBVS)andImage BasedVisualServoing(IBVS).InPBVSsystem,theobject’s3Dposeisrecovered throughcomputervisionandtheerrorbetweenthe currentposeandthedesiredposeiscomputedinthe Cartesiantaskspace.Estimationof3Dmotionsfrom…