基于动态目标的机器人无标定视觉伺服系统仿真

机器人视觉伺服在智能控制领域有着广泛的应用。为了解决摄像机标定影响机器人视觉伺服精度的问题,研究一种无标定的视觉伺服控制系统。采用基于图像的视觉伺服方法,基于机器人仿真工具箱和视觉仿真工具箱,在Matlab／Simulink环境下建立了图像反馈机器人手眼视觉伺服系统Simulink模型。仿真结果表明：所构建的机器人视觉伺服系统对于正弦波动目标的跟踪定位,反映较快、精度较

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机床与液压 MACHI NE TOOL& HYDRAUL CS I

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第4 0卷第 1 1期

D:1 . 9 9 j i n 1 0 OI 0 3 6/ .s . 0 1—3 8 . 0 2 1 . 3 s 8 12 1. 10 5

基于动态目标的机器人无标定视觉伺服系统仿真 赵喜锋，杜向党，巩静静，白龙 (西北工业大学航海学院，陕西西安 70 7 ) 10 2 摘要：机器人视觉伺服在智能控制领域有着广泛的应用。为了解决摄像机标定影响机器人视觉伺服精度的问题，研究 一

种无标定的视觉伺服控制系统。采用基于图像的视觉伺服方法，基于机器人仿真工具箱和视觉仿真工具箱，在 Maa/ tb l

Sm l k环境下建立了图像反馈机器人手眼视觉伺服系统 Sm l k模型。仿真结果表明：所构建的机器人视觉伺服系统对 i ui n i ui n于正弦波动目标的跟踪定位，反映较快、精度较高，能较好地满足工程应用要求。 关键词：视觉伺服；无标定；图像；系统仿真 中图分类号：T 2 P4文献标识码：A 文章编号：10 3 8 (02 1 1 4 0 1— 8 1 2 1 )1—16—

S m u a i n o m a e ba e b tViu lS r o S s e i l to f I g . s d Ro o s a e v y t m

frD n mi jc 0 y a c0b et Z A i n,D i ga g O G J gig A o g H O X f g U X a d n,G N i j,B IL n e n n n ( r wetm oye h ia nv ri Not s h e P ltc nc lU iest y,Xi n S a n i 0 2.C ia)’ h a x 1 7 a 70 hn Ab t a t R b tvs a e v swiey a p id i n el e tc n r l e d B tte c me a c i r t n i f e c s te p e iin o sr c: o o iu ls r o i d l p l n it l g n o t l . u h a r a b ai n u n e h r cso f e i of i l o l r b tvs a e v o t 1 n o d rt ov i p o lm .a n a ir t d vs a ev o t ls se w s su id o o iu ls r o c nr .I r e o s

le t s rb e o h n u c b a e iu s I o c n r y t m a t d e .T e Smu i k mo e l l o h i l dl n o e v s a eT se tb i e a e n r b t s to b x f rMal b a d ma h n io o l o o t b u d r Malb i l k f h iu ls I o wa sa l h d b s d o o o i o l o o t n c i e vs n tob x fr Mal n e t/Smu i t s c a a a n

evrn e t h xei n eut so afrrcigd nm c bet,h bt i a sross m hs at epneadhg n i m n.T eepr o met rsl hw t t akn y a i ojc t r o v u v t a srsos n i l a s h t o s e o sl e ye f h a c r c . S t est e e gn e n p l a in rq i me t c ua y o i me t h n i e r g a p i t e u r i c o e n. Ke wo d:Vi a e v;No - a ir t n;I g;S s m i l t n y rs s l s ro u n c b ai l o ma e y t smu ai e o

机器人视觉伺服是以实现机器人的控制为目

小变化，根据原有标定参数计算出的结果会有很大的误差，就必须重新进行标定。所以，为了更有效地实现高精度的伺服控制，作者研究无标定的视觉伺服控制系统，即在不预先标定摄像机参数的情况下，直接通过图像上的系统状态误差来设计控制律，驱动机器人达到预期位置，最终使系统误差收敛到一个容许 的误差域内。

的而进行的图像自动获取与分析，它利用计算机视觉的原理，快速进行图形处理，在尽量短的时间内给出反馈信息，构成机器人的闭环控制。当研究对象是机械臂的视觉定位跟踪时，机器人视觉伺服也称为机器人手眼协调。随着图像处理软件和计算机性能的不断提高，机器人手眼协调取得了迅猛发展，广泛应用于传送带工件装配系统、焊接系统等。根据控制方式 J可分为基于位置 ( oio -ae )的视觉伺服控制、 P si bsd tn 基于图像 (m g—ae )的视觉伺服控制和混合 I aeb sd ( yr )视觉伺服控

制。 H bi d 基于图像的控制方式的误差信号直接在图像空间定义，无需估计目标在笛卡尔坐标中的位姿，减少了计算延迟，具有较强的鲁棒性。但是，在计算机 视觉领域，对摄像机的精确标定始终是一个比较困难

作者采用基于图像的视觉伺服方法，建立基于图像反馈的六自由度 P m 6 u a5 0机器人手眼视觉伺服系

统 Sm l k型，通过机械手对空间物体的跟踪仿真 iun模 i试验，验证了模型的有效性。

1无标定视觉伺服数学模型 基于图像的无标定视觉伺服模型由两个闭环构成，外环为图像特征闭环，内环为关节和速度环， 控制系统原理如图 1所示。视觉反馈为目标的当前图

的问题。因为，由于多种因素的影响，即使理论上精度很高的标定算法在实际中也难以得到控制和系统性能所要求的模型；而且，系统标定结果只有在标定条 件成立时才有效，一旦摄像机的位置、焦距等发生微 收稿日期：2 1— 5— 7 0 1 0 2

像特征，由图像采集和特征提取两部分构成。由给定目标的期望图像特征与当前图像特征比较得到特征偏差，根据该偏差设计机器人的运动调整策略，并以其输出作为图像雅可比矩阵的输入。

基金项目：西北工业大学“ 1工程”三期重点学科建设项目 (9 E 18 21 0 X 00 )作者简介：赵喜锋 ( 96 ) 18一，男，硕士研究生，研究方向为机器视觉，机器人视觉伺服控制。E— i x i@13 cn。 ma:zf f 6 .o l gt