[发明专利]基于视觉伺服系统的机械臂动态模糊逼近器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于视觉伺服系统的机械臂动态模糊逼近器，具体涉及模糊系统在视觉伺服机械臂系统上的应用。

背景技术

中国工程院院长宋健指出：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。机器人的研究是自动控制、电子技术、计算机技术和人工智能等多个学科交叉的产物，代表机电一体化的发展成果。机器人已经广泛地应用在生活、娱乐、服务、医疗，工业与国防军事等各个领域，如管家机器人，清洁机器人，焊接机器人，无人机等，随着机器人执行任务的复杂性不断增加，需求日益商品化，并要求它能够适应比较复杂的生产环境。机器人的应用范围不断扩大，其工作环境发生了很大变化：从室内环境发展到空、天、地、海等各种环境；从简单、规则的环境发展到复杂、非结构化的环境；从已知环境发展到未知环境(全部或部分)。这就要求机器人智能化程度不断提高，自主能力不断增强，从而对传感器的智能性提出了更高的要求，视觉传感器具有较高的智能和优势。

随着大规模集成电路、专用集成电路、信息处理技术、计算机视觉技术的飞速发展，视觉传感器的可以提供丰富的信息，进行极大的计算量，因此视觉传感器在移动机器人中的应用越来越受到人们的重视，并表现出良好的发展前景。视觉伺服的机器人系统具有以下的有点：1)视觉传感器系统本身所需要的能量很少，比较适合能源紧张的移动机器人使用；2)提供了丰富的信息，不仅含有颜色、几何形状等表面信息，而且包含较高精度的距离等隐性信息；3)视觉传感器相互之间没有“污染”，而且受外界的干扰也小，可以更加稳定、可靠地工作；4)视觉传感器采样周期短，采样速度快，有利于及时地提供信息。因此，国内外研究人员开始关注和研究机器人视觉伺服控制算法始于上世纪80年代末，并且在机器人视觉的研究多侧重于视觉检测、视觉导引控制、移动机器人视觉导航等方面。中国科学院沈阳自动化研究所是国内率先对此领域展开了研究机构，主要是针对视觉导航技术在移动机器人上应用的研究。进入90年代后，人们逐渐认识到视觉伺服系统在机器人视觉控制应用方面价值，国内外的多所高校和研究所也都纷纷开展了针对机器人视觉伺服课题的研究。

根据图像检测与控制指令发出的先后顺序不同，可将视觉控制方法划分为静态和动态两种；根据反馈信号的表达方式，分为基于图像、基于位置和混合视觉的控制方式；根据物理结构摄像机有两种主要的安装方式：眼固定构型和眼在手上构型。在本发明中，采用动态的眼固定构型的基于图像控制的伺服控制机械臂系统。目前，在上述所采用的视觉伺服机械臂系统中，存在若干研究上的难题：1)目前的机器人视觉系统大都需要对摄像机进行参数标定，可想而知标定是比较繁琐，无标定技术为我们解决了这一难题，无标定的视觉伺服系统可分为基于位置和基于图像两类，前者的摄像机参数是通过特定场景自标定或者在线进行标定，后者直接将摄像机参数与机器人参数融入雅克比矩阵，不需参数估计，但无论是摄像机参数的自标定、在线标定或者图像雅克比矩阵的估计，其都属于视觉自学习的范畴，如何改进视觉系统的自学习将是机器人视觉领域的一个由于重要研究方向。2)在很多的生产，军事，娱乐场合下，机械臂的动态特性由于随时间损耗发生变化或者发生被改装结构、质量等改变机械臂的动态特性，在未知机械臂动态特性以及受到随机干扰情况下，难以设计控制器控制机械臂的运动，更加难以保证视觉伺服系统的稳定性和最后的图像跟踪精度。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述视觉伺服机械臂控制系统在未知机械臂动态以及受到随机扰动影响而提供一种基于视觉伺服系统的机械臂动态模糊逼近器。