[发明专利]基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统，其特征在于，包括：六轴串联机器人、机器人控制柜、控制主机、单目RGB摄像机、数据存储模块、数据计算模块以及视觉模块; 其中：

所述单目RGB摄像机固定在六轴串联机器人的末端执行器上，并与控制主机通信连接；

所述视觉模块对单目RGB摄像机采集的图像数据进行处理并提取目标的像素位置，向控制主机提供反馈信息；

所述六轴串联机器人固定在工作空间中，由机器人控制柜控制其关节运动，所述机器人控制柜与控制主机通信连接；

所述数据存储模块与控制主机数据连接，用于实时从控制主机中获取历史数据并进行存储；

所述数据计算模块与数据存储模块数据连接，用于实时从数据存储模块中获取历史数据进行计算，将计算得到的数据驱动控制补偿量提供给控制主机，用于视觉伺服控制；

所述数据存储模块对操作数据进行实时存储，所述数据计算模块对获取的历史数据进行优化计算，计算所得到的结果作为视觉伺服控制补偿量，用于补偿视觉伺服控制量；

所述数据计算模块对获取的历史数据进行优化计算的具体过程为：

数据计算模块求解数据驱动的最优权重系数λ为：

式中，为历史误差增量，e(k)为目标在k时刻的像素与期望像素的误差，T为矩阵转置运算；

求解数据驱动控制补偿量为：

式中，为历史控制量。

2.一种权利要求1所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对系统进行初始化；

S2，在k时刻，数据计算模块从数据存储模块中获取历史数据并求解数据驱动最优权重系数以及数据驱动控制补偿量；

S3,从视觉模块获取目标当前的像素与期望像素的误差，从数据计算模块获取数据驱动控制补偿量加入传统视觉伺服反馈控制率中，计算生成新的控制量；控制主机将单目RGB摄像机运动转换为六轴串联机器人关节运动，将新的控制量转换为机器人指令，并将机器人指令发送给机器人控制柜；

S4，将该k时刻产生的所有数据送入数据存储模块，等待下一次控制使用；如果目标当前的像素到达期望像素，则停止控制；否则返回S2。

3.根据权利要求2所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统的控制方法，其特征在于，所述S1中对系统进行初始化包括如下内容：

初始化数据存储模块和数据计算模块，包括：数据滚动窗口长度初始化为l，历史控制量的最优权重系数初始化为滚动窗口下的单目RGB摄像机历史运动速度初始化为滚动窗口下的历史误差增量初始化为

初始化控制主机的视觉伺服反馈控制率h、控制周期以及图像处理周期；获取系统控制目标的指定跟踪对象的期望图像，其中，所述控制目标为工作空间中的指定跟踪目标。

4.根据权利要求2所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统的控制方法，其特征在于，所述S2中，求解数据驱动最优权重系数的方法为：

数据存储模块提供单目RGB摄像机历史运动速度和历史误差增量其中：

式中，l为数据滚动窗口长度；

数据计算模块计算数据驱动的最优权重系数λ如下所示：

式中，e(k)为目标在k时刻的像素与期望像素的误差，T为矩阵转置运算。

5.根据权利要求2所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统的控制方法，其特征在于，所述S2中，求解数据驱动控制补偿量的方法为：

式中，h为控制主机的视觉伺服反馈控制率，为图像雅可比矩阵逆矩阵的估计。