[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

摘要

本发明涉及一种具有速度方向控制的视觉伺服跟踪控制方法，包括：获取当前目标图像的特征向量s，根据期望目标图像的特征向量sd，若||s‑sd||小于预设值，则视觉伺服任务完成，否则计算图像特征对应的图像雅克比矩阵，利用具有速度方向调整的跟踪控制方法计算摄像头的空间速度Vc，从而驱动机械臂运动，重新获取目标物体当前图像特征，直至||s‑sd||小于预设值；本发明对标定误差和深度误差具有鲁棒性，可以抑制目标特征在图像平面中的冗余运动，从而获得更加满意的图像平面轨迹，并且可以降低视觉伺服期间目标点离开视觉区域的风险，具有良好的实时性，为机器人视觉伺服控制问题提供了一种新的解决方案。

主权项

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。