[发明专利]具有速度方向控制的视觉伺服跟踪控制方法及机器人系统

权利要求书

1.一种具有速度方向控制的视觉伺服跟踪控制方法，所应用的IBVS系统包括控制单元、机械臂和安装在机械臂执行器末端的摄像头，控制单元根据摄像头获取的图像信息提取出相应的视觉特征，进而生成控制指令驱动机械臂运动，摄像头随机械臂运动并再次获取图像，最终形成运动-反馈-运动的闭环结构，其特征在于，该闭环结构包括以下步骤：

101、设定摄像头和目标物体的相对位姿，获取此时目标物体的图像作为期望目标图像，并得到期望目标图像的特征向量s_d；

102、在六自由度机械臂的当前位置，获取摄像头在当前位置所采集的目标图像，并得到当前目标图像的特征向量s；

103、将所述当前目标图像的特征向量s与期望目标图像的特征向量s_d做差，获取图像特征误差s-s_d；

104、如若所述图像特征误差的范数||s-s_d||小于预设值，则完成任务；

否则，根据当前目标图像特征向量计算图像雅克比矩阵，根据图像雅克比矩阵、图像特征误差和图像的当前特征及期望特征，利用公式一计算出摄像头在笛卡尔空间中的空间速度V_c，再将空间速度V_c转换为驱动摄像头运动到下一位姿的机械臂各关节速度，并跳转至步骤102；

公式一：

其中，Λ(t)＝diag([λ₁(t)；λ₂(t)；λ₃(t)；λ₄(t)；λ₅(t)；λ₆(t)]为时变的速度比例系数，用于调整目标点的速度方向，并且满足λ₁(t)...λ₆(t)＞0，从λ₁(t)到λ₆(t)分别对应着控制律V_c中的六个元素，由此可以看到Λ(t)＞0和Λ(t)＝Λ(t)^T是Λ(t)的性质；表示堆叠的图像雅克比矩阵估计值的伪逆，L_e＝[L_s1；L_s2；...；L_sn]∈R^2n×6，L_s1到L_sn均为图像雅克比矩阵，其中δ∈R^6×6是一个非常小的正定对称矩阵；e(t)为图像特征的误差值；具有速度方向控制的视觉伺服跟踪控制方法包括：

为图像特征点的中心点坐标，为期望特征点的中心点坐标，为当前图像特征点的中心点坐标，

和是介于这三点之间的方向向量；

v_x和v_y为机械臂末端执行器沿着水平和垂直方向的平移速度；

将方向向量d₃向d₀投影，投影点为s_p；

在点s_p与之间定义点s′，构成方向向量

方向向量d₁和d₂根据通过公式四来限制速度v的方向介于二者之间；

公式四：

其中，L_xy＝[I_2×2 0_2×4]。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

摄像头在笛卡尔空间中的空间速度表示为V_c＝[v_x；v_y；v_z；w_x；w_y；w_z]∈R^6×1；其中，v_x、v_y和v_z表示摄像头的线速度，w_x、w_y和w_z表示摄像头的角速度。