網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的機器人視覺伺服及融合控制.pdf

1、隨著Internet技術(shù)的迅速發(fā)展,社會經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和人們的生活方式都發(fā)生了巨大的變化,以Internet為載體的信息與娛樂服務(wù)層出不窮.在Internet技術(shù)廣泛應(yīng)用的同時也給相關(guān)研究提出了很多新課題,這其中包括了基于Internet的智能機器人領(lǐng)域的研究.基于Internet的智能機器人系統(tǒng)不同于本地和遙操作機器人系統(tǒng),其具有更多的信息資源和更多的不確定性,因此如何處理網(wǎng)絡(luò)機器人控制成為了一個挑戰(zhàn)性的問題.本文因此提出了網(wǎng)絡(luò)機器人控制系

2、統(tǒng)的兩個基本問題:1、任務(wù)動態(tài)配置,2、視覺伺服控制.圍繞著這兩個問題,本文從涉及網(wǎng)絡(luò)特性的四個相關(guān)方面進行了研究:機器人在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中資源共享方案,移動機器人無標(biāo)定視覺伺服,時間延遲對圖像雅可比矩陣估計的影響及處理方法,多個攝像頭之間的穩(wěn)定切換方法. 1.動態(tài)網(wǎng)絡(luò)中資源共享:遙操作機器人和早期網(wǎng)絡(luò)機器人以及部分分布式智能機器人系統(tǒng)都是采用確定的連接,與它們相比,沒有固定控制者和被控對象的分布式智能機器人系統(tǒng)的極具靈活性、擴展性,

3、可以完成更多類型的任務(wù).但這類系統(tǒng)的資源共享和控制關(guān)系都是難以確定的,因而本文在分析了網(wǎng)絡(luò)特性之后,提出了一種基于.Jini的機器人自主感知模型以實現(xiàn)任務(wù)動態(tài)配置.機器人自主感知模型的基本思想就是通過對網(wǎng)絡(luò)信息的自主感知,得到一個臨時靜態(tài)網(wǎng)絡(luò),將動態(tài)網(wǎng)絡(luò)問題轉(zhuǎn)化為一個靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)問題.該方法通過抽象各種網(wǎng)絡(luò)實體,對網(wǎng)絡(luò)信息進行分類搜索,自主感知實時的網(wǎng)絡(luò)傳感信息,可以動態(tài)規(guī)劃機器人路徑.隨后以此為基礎(chǔ)建立了單個機器人的服務(wù)序列,優(yōu)化了多機器

4、人的服務(wù)序列.最后通過實驗檢驗了機器人自主感知模型,實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的發(fā)布、搜索和利用,實時動態(tài)建立機器人路徑. 2.移動機器人無標(biāo)定視覺伺服:對于分布式智能機器人系統(tǒng),控制者和被控對象之間的關(guān)系是動態(tài)確定的,因而無法為整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建模,也就很難對眾多的對象實現(xiàn)系統(tǒng)標(biāo)定.因此本文利用無標(biāo)定視覺伺服控制方法實現(xiàn)在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)情況下的視覺伺服.無標(biāo)定視覺伺服無須建立圖像空間和機器人運動空間的映射關(guān)系,通過估計或?qū)W習(xí)逼近真實的圖象雅可比矩陣

5、.本文指出移動機器人無標(biāo)定視覺伺服的特殊性,并對移動機器人進行了運動學(xué)分析以及運動誤差分析.最后通過移動機器人無標(biāo)定視覺伺服仿真和實驗,說明這種運動策略的有效性和跟蹤的穩(wěn)定性. 3.圖像雅可比矩陣估計的時延補償方法:針對網(wǎng)絡(luò)具有時延的特點,提出一種新的帶有時延補償?shù)膱D像雅可比矩陣估計方法,用于存在時延的無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng).首先介紹了當(dāng)前在視覺反饋閉環(huán)中從兩個方面克服時延的方法,指出現(xiàn)有方法的不足,接下來介紹了一種基于遞推最小二乘

6、的圖像雅可比矩陣估計方法,在此基礎(chǔ)上具體分析這種傳統(tǒng)估計方法的局限性,并隨后提出了帶有時延補償?shù)脑诰€圖像雅可比矩陣估計方法:進行了收斂性分析,并得出結(jié)論,帶有時延補償?shù)膱D像雅可比矩陣估計方法的空間運動誤差在所有時刻都是線性收斂的;然后通過仿真比較帶有時延補償?shù)姆椒ê蛡鹘y(tǒng)方法,并回歸分析了一次線性擬合和二次線性擬合的擬合效果,驗證了所提出的方法的有效性:本章最后,以無標(biāo)定的移動機器人和視覺傳感器為實驗對象,通過實驗表明該方法改善了系統(tǒng)的動

7、態(tài)性能,減小了穩(wěn)態(tài)誤差,從而驗證帶有時延補償?shù)膱D像雅可比矩陣估計方法的可行性和有效性. 4.圖像間的穩(wěn)定切換方法:針對一些無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)必須采用多攝像機的特點,提出了基于融合方法多攝像機間的穩(wěn)定切換控制方法,避免了圖像雅可比矩陣跳變的問題,實現(xiàn)了多攝像頭間的穩(wěn)定切換.首先指出多攝像機無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)中進行動態(tài)連續(xù)穩(wěn)定地切換圖像的是一個關(guān)鍵問題:為了處理這個問題,本章提出了一種多攝像機間的穩(wěn)定切換方法. 為了更好地理

8、解,我們介紹了多傳感器融合系統(tǒng),分析了視覺伺服系統(tǒng)的融合模式,確定了無標(biāo)定視覺伺服系統(tǒng)的融合結(jié)構(gòu):隨后提出了基于融合算法的多攝像機間切換控制方法,分析了融合權(quán)值確定方法,并進行了收斂性分析:然后通過仿真驗證了本文提出的基于融合的切換方式在切換時刻機器人的運動更穩(wěn)定,實現(xiàn)了多攝像機間的連續(xù)平穩(wěn)切換,并通過部分融合數(shù)據(jù)表明了切換是一個漸變過程;最后以無標(biāo)定的移動機器人和兩個視覺傳感器為實驗對象,實驗在切換過程中機器人的運動平穩(wěn),未出現(xiàn)抖動情