基于圖像雅克比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服研究.pdf

1、本文以國(guó)家863項(xiàng)目《仿人機(jī)器人柔順性控制技術(shù)研究》為背景，對(duì)基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)經(jīng)典無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服，在線(xiàn)估計(jì)圖像雅可比矩陣后需要再求其偽逆，算法存在奇異以及基于圖像的視覺(jué)伺服完全忽略了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)等不足，系統(tǒng)地研究了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服。文中基于圖像雅可比矩陣偽逆對(duì)在線(xiàn)估計(jì)無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服、通用視覺(jué)伺服、基于動(dòng)力學(xué)的視覺(jué)伺服進(jìn)行了研究。本文的主要工作如下：
　　 1、證明了圖像雅可比

2、矩陣偽逆的存在性和唯一性。提出了直接在線(xiàn)估計(jì)圖像雅可比矩陣偽逆概念，由系統(tǒng)辨識(shí)理論分析了估計(jì)圖像雅可比矩陣偽逆的原理，推導(dǎo)了估計(jì)圖像雅可比矩陣偽逆在線(xiàn)和離線(xiàn)算法，并用仿真驗(yàn)證了在線(xiàn)估計(jì)圖像雅可比矩陣偽逆的可行性。
　　 2、研究了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服算法。在一般無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服算法的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了定位靜態(tài)目標(biāo)和跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的偽逆視覺(jué)伺服算法，分析了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服算法可以有效處理視覺(jué)伺服過(guò)程中奇異性的原

3、因，討論了圖像雅可比矩陣偽逆初值的確定，證明了基于圖像雅可比矩陣偽逆的比例控制視覺(jué)伺服定位靜態(tài)目標(biāo)的收斂條件。
　　 3、開(kāi)展了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服仿真。在MATLAB的仿真環(huán)境下，針對(duì)平面機(jī)器人和單個(gè)特征點(diǎn)，仿真研究了基于圖像雅可比矩陣偽逆的典型視覺(jué)伺服算法對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的定位、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤，并與經(jīng)典無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服算法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了基于圖像雅可比矩陣偽逆的無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服算法可以避免經(jīng)典無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服

4、算法因奇異引起的視覺(jué)伺服失敗。
　　 4、研究了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服通用算法?；诨旌夏繕?biāo)函數(shù)，推導(dǎo)了一種基于圖像雅可比矩陣偽逆的通用視覺(jué)伺服方法，推導(dǎo)了在線(xiàn)估計(jì)混合圖像雅可比矩陣偽逆算法，證明了已有的視覺(jué)伺服方法是基于圖像雅可比矩陣偽逆的通用視覺(jué)伺服算法的特例，并進(jìn)一步給出了一種完全分離的視覺(jué)伺服算法，且用仿真驗(yàn)證了在線(xiàn)估計(jì)混合圖像雅可比矩陣偽逆通用算法的有效性。
　　 5、研究了基于圖像雅可比矩陣偽逆，包

5、含機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的視覺(jué)伺服。針對(duì)基于圖像的視覺(jué)伺服忽略了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)，無(wú)法完成高速、高精度的視覺(jué)伺服的問(wèn)題，提出了一種基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、使用圖像雅可比矩陣偽逆的視覺(jué)伺服控制策略，指出偽逆的控制策略也適應(yīng)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視覺(jué)伺服。與基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的圖像雅可比矩陣轉(zhuǎn)置的視覺(jué)伺服仿真比較表明，基于機(jī)器人動(dòng)力學(xué)的圖像雅可比矩陣偽逆視覺(jué)伺服是可行的。
　　 6、以PA10機(jī)器人為對(duì)象，建立了手眼實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，就模型火炬上單個(gè)特征點(diǎn)靜態(tài)目標(biāo)開(kāi)展了基