視覺伺服常見的幾種分類和目前存在的問題分析

時(shí)間:2009-10-27

來源:中國傳動(dòng)網(wǎng)

導(dǎo)語:機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)有以下幾種分類方式:按照攝像機(jī)的數(shù)目的不同,可分為單目視覺伺服系統(tǒng)、雙目視覺伺服系統(tǒng)以及多目視覺伺服系統(tǒng)。

目前,機(jī)器人視覺伺服控制系統(tǒng)有以下幾種分類方式:按照攝像機(jī)的數(shù)目的不同,可分為單目視覺伺服系統(tǒng)、雙目視覺伺服系統(tǒng)以及多目視覺伺服系統(tǒng)。   單目視覺系統(tǒng)只能得到二維平面圖像,無法直接得到目標(biāo)的深度信息;多目視覺伺服系統(tǒng)可以獲取目標(biāo)多方向的圖像,得到的信息豐富,但圖像的信息處理量大,且攝像機(jī)越多越難以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)前的視覺伺服系統(tǒng)主要采用雙目視覺。按照攝像機(jī)放置位置的不同,可以分為手眼系統(tǒng)(eye in hand)和固定攝像機(jī)系統(tǒng)(eye to hand或stand alone)   在理論上手眼系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制,但對系統(tǒng)的標(biāo)定誤差和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差敏感;固定攝像機(jī)系統(tǒng)對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差不敏感,但同等情況下得到的目標(biāo)位姿信息的精度不如手眼系統(tǒng),所以控制精度相對也低。   按照機(jī)器人的空間位置或圖像特征,視覺伺服系統(tǒng)分為基于位置的視覺伺服系統(tǒng)和基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)在基于位置的視覺伺服系統(tǒng)中,對圖像進(jìn)行處理后計(jì)算出目標(biāo)相對于攝像機(jī)和機(jī)器人的位姿,所以這就要求對攝像機(jī)、目標(biāo)和機(jī)器人的模型進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)精度影響控制精度,這是這種方法的難點(diǎn)??刂茣r(shí)將需要變化的位姿轉(zhuǎn)化成機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,由關(guān)節(jié)控制器來控制機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。 在基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)中,控制誤差信息來自于目標(biāo)圖像特征與期望圖像特征之間的差異。對于這種控制方法,關(guān)鍵的問題是如何建立反映圖像差異變化與機(jī)器手位姿速度變化之間關(guān)系的圖像雅可比矩陣;另外一個(gè)問題是,圖像是二維的,計(jì)算圖像雅可比矩陣需要估計(jì)目標(biāo)深度(三維信息),而深度估計(jì)一直是計(jì)算機(jī)視覺中的難點(diǎn)。   雅可比矩陣的計(jì)算方法有公式推導(dǎo)法、標(biāo)定法、估計(jì)方法以及學(xué)習(xí)方法等,前者可以根據(jù)模型推導(dǎo)或標(biāo)定得到,后者可以在線估計(jì),學(xué)習(xí)方法主要利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。按照采用閉環(huán)關(guān)節(jié)控制器的機(jī)器人,視覺伺服系統(tǒng)分為動(dòng)態(tài)觀察-移動(dòng)系統(tǒng)和直接視覺伺服 前者采用機(jī)器人關(guān)節(jié)反饋內(nèi)環(huán)穩(wěn)定機(jī)械臂,由圖像處理模塊計(jì)算出攝像機(jī)應(yīng)具有的速度或位置增量,反饋至機(jī)器人關(guān)節(jié)控制器;后者則由圖像處理模塊直接計(jì)算機(jī)器人手臂各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的控制量。 視覺伺服所面臨的主要問題。視覺伺服的研究到目前已有近20年的歷史,但是由于視覺伺服所涉及的學(xué)科眾多,所以其發(fā)展有賴于這些學(xué)科的發(fā)展,目前在視覺伺服的研究中仍然有很多問題沒有很好地解決。圖像處理的方法在理論和實(shí)際計(jì)算處理速度上都是圖像伺服最大的難點(diǎn);在圖像處理完成后,圖像特征與機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)之間模型的建立是圖像伺服的另一難點(diǎn);目前的許多控制方法都不能保證系統(tǒng)在工作時(shí)是大范圍穩(wěn)定的,所以對有關(guān)控制方法的研究也是必要的。
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