[发明专利]一种基于轮廓边及内包圆特征的视觉伺服解耦控制方法

权利要求书

1.一种基于轮廓边及内包圆特征的视觉伺服解耦控制方法，所述方法包括下列步骤：

S1：通过设置在六自由度机器人末端执行器上的相机采集具有矩形边框特征的目标物图像，将采集到的图像信息进行目标识别、轮廓提取和畸变校正处理，提取目标物的轮廓和位置信息；

S2：根据目标物在图像中的轮廓信息，提取轮廓中的质心点、轮廓线以及质心点为圆心，质心点到四条轮廓线中最短长度作为半径的内包圆并构建包括这些特征的雅可比矩阵，同时记当前和期望状态下质心点、轮廓线、内包圆组成的图像矩信息分别为s，s^*；

S3：根据当前和期望系统状态下的图像矩信息构建视觉特征误差向量Δs＝(s-s^*)，如果Δs小于预设阈值δ，则机器人末端相机对目标物成图已达到期望图像矩值，即机器人末端达到期望位姿，视觉伺服解耦控制方法结束，否则执行步骤S4；

S4：根据步骤S2、S3构建的雅可比矩阵和视觉特征误差向量，结合视觉伺服控制器分别控制机器人末端执行器的平移量和旋转量，并引入基于内包圆面积特征矢量补偿和质心点位置补偿，实现机器人的位置和姿态解耦控制，机器人调整位姿后返回步骤S1；

所述步骤S2中以质心点、轮廓线、内包圆的特征构建雅可比矩阵以及组成的图像矩信息的方法为：

S201：根据步骤S1中通过图像处理得到的目标物矩形边框在目标物图像的轮廓和位置信息，计算目标物矩形边框在图像中的质心点坐标O(x_g，y_g)；设定轮廓线的极坐标表达式l_i：x_lcosθ_i+y_lsinθ_i＝ρ_i，其中i＝1，2，3，4，(x_l，y_l)表示轮廓线上的像素点坐标，其中θ_i为第i条轮廓线与像素平面水平轴的夹角，ρ_i为像素平面原点到边线的距离，以质心点O为圆心，质心点到边框线的最短距离d_r＝min{d_i}，d_i＝ρ_i-x_gcosθ_i-y_gsinθ_i为半径在图像轮廓区域内作内包圆，计算圆面积

S202：构建质心点O(x_g，y_g)、轮廓内包圆面积a_g、轮廓线l₁，l₂，l₃，l₄在当前系统状态下的图像矩特征矢量s＝[x_g，y_g，a_g，l₁，l₂，l₃，l₄]以及相关雅可比矩阵

S203：在期望系统状态下，根据S201中所述的方法得到目标物矩形边框期望图像质心点、内包圆、轮廓线组成的图像矩信息，记作据此构建期望图像矩特征矢量

2.根据权利要求1中所述的基于轮廓边及内包圆特征的视觉伺服解耦控制方法，其特征在于，所述的步骤S201中计算质心点坐标O(x_g，y_g)的方法为：

其中，Ω为目标矩形边框在相机中的成像区域，(x，y)为Ω中的像素点坐标，f(x，y)为(x，y)像素坐标处的灰度值。

3.根据权利要求1中所述的基于轮廓边及内包圆特征的视觉伺服解耦控制方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S401：根据步骤S202、S203构建的图像矩特征矢量和相关雅可比矩阵，通过视觉伺服控制器计算机器人末端执行器平移量其中T_c是控制循环时间，是的广义逆矩阵，λ_v是位置控制器增益，是末端执行器旋转运动造成的成像平面目标面积变化的补偿项，机器人末端执行器旋转量其中λ_ω是姿态控制器增益，是L_ω的广义逆矩阵；

S402：因质心点在成像平面的投影会因末端执行器进行旋转运动而发生改变，设计质心点因末端旋转运动而造成的位置补偿项为：其中L_xv，L_xω分别是质心点成像平面投影与相机平移、旋转相关的雅可比矩阵，是L_xv的广义逆矩阵，则加入补偿后的机器人位置控制[v_cx，v_cy，v_cz]^T＝[v_cax，v_cay，v_caz]^T+[v_ωx，v_ωy，v_ωz]^T。