机器人视觉伺服系统控制结构的研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一,其研究成果可直接用于机器人手-眼系统,移动机器人的自动避障及对周围环境的自适应,轨线跟踪等问题,该文介绍了三种主要的机器人视觉伺服系统;基于位置的控制系统,基于图像的控制系统,2-1/2D视觉伺服,并详细论述了它们的控制结构及由此产生的优缺点,最后分析了今后的发展趋势。

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2 O第 4期 O 2年

工业仪表与自动化装置

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机器人视觉伺服系统控制结构的研究 沈晓晶,潘俊民 (海交通大学自动化系,海 203 )上上 000[摘要]对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一, 其研究成果可直 接用于机器人手一眼系统、动机器人的自动避障及对周围环境的自适应、线跟踪等问题。该文移轨 介绍了三种主要的机器人视觉伺服系统:于位置的控制系统、于图像的控制系统、 ./ D视觉基基 21 2

伺服,并详细论述了它们的控制结构及由此产生的优缺点,最后分析了今后的发展趋势。 [关键词]位置;觉伺服;视图像;./ D; 2 12图像特征;图像雅可比矩阵

[图分类号]I 26中 T ̄4 . 2[献标识码][章编号]000 8(020.090文 A文 10.62 20 )400-4 Re e r h n t e c n r lsr c u e o o o iu lS l ' y t m s a c o h o t o tu t r fa r b tvs a e-O s se v S E i -n,A u- i H N Xa j g P N Jnm n oi ( u m tn脚 At a/ o o o f jw ̄ n e i, h c U i rt mg v sy 20 3 C i 0 00, h a) n

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ao i s m da oue l c rb m s u m t dp t n t j t yt cig e、hs a vi n s t s l sdt s v s hp l a t i aa t i, a o akn,t 1 i p. d g ye a n s oo eu o e s ao c a a o re r r c c p rd

s rb s t e c nr lsr cu e o h e i iua e v y tm d t era v tg s a d d a a k o g e e ci e o to tu tr ft r e ma n vs l s ro se h s s a h i d a a e r wb c sa n n n n l wi e d v lpig tn e c h h t t e eo n e d n y.

Ke r s P st n i a ev;ma e 2 1 2 I g e tr;ma eJ c ba y wo d: o io;vsl sro I g; / D;ma e faue I g a o i i u n

1前言 对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一,研究成果可直接用于机器人手其 一

图像平面的坐标位置 l、或投影面的形心及其惯 3[, 4 J 3量的高次幂。文献 E3 2讨论了如何选取图像特征。

2视觉伺服系统的分类 视觉伺服的控制策略主要基于以下两个问题: 1是否采用分层控制结构?即机器人是否需要 ) 闭环关节控制器?进一步说,是系统的视觉反馈就

眼系统、动机器人的自动避障及对周围环境的移自适应、线跟踪等问题中。通常所说的机器视觉轨

是指:自动获取并分析图像,以得到一组可对景物描述的数据或控制某种动作的数据。而视觉伺服则不同于机器视觉,利用机器视觉的原理对图像进行它自动获取与分析,以实现对机器人的某项控制为目 的…。正是由于系统以实现某种控制为目的,以所

是为机器人的关节控制闭环提供输入量,是由视还 觉控制器直接控制机器人各关节。 2误差输入量是以机器人所在空间的三维坐标 )

表示,是以图像特征?还 按控制策略 2区分,觉伺服系统分为两 )视类【:于位置的控制系统 (oio—ae otl又 5基 J psi bsdcn o。 tn r称3 D视觉伺服,Dvsa sro )基于图像的控制 3 i l evi, u g n 系统 ( g—aecn o,称 2 i ebs ot l或 a m r D视觉伺服, D v u 2 sa i l

视觉伺服系统中的图像处理过程必须快速准确。 视觉伺服系统采用视觉反馈环形成闭环,在视觉反馈环中抽取某种

图像特征。图像特征可以是 点、曲线、图像上的某一区域等,比如,它可以是点在

sr i ) ev n。由于基于位置和基于图像的视觉伺服各 og 收稿日期:0 11-5 20.1 0

有其优缺点 ( 3 1 32,见 .、 .)于是近年有学者综合上述

作者简介:沈晓晶 (9 2)女, 17 .,博士生,究方向为计算机视觉、研 智能控制。

两类视觉伺服系统的优点,计出 212设—/ D视觉伺服 系统。

按控制策略 1区分, )视觉伺服系统可分为动态

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