基于圖像雅克比矩陣偽逆的視覺伺服研究.pdf

1、本文以國家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伺服進(jìn)行了深入的研究。針對(duì)經(jīng)典無標(biāo)定視覺伺服，在線估計(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伺服。文中基于圖像雅可比矩陣偽逆對(duì)在線估計(jì)無標(biāo)定視覺伺服、通用視覺伺服、基于動(dòng)力學(xué)的視覺伺服進(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和離線算法，并用仿真驗(yàn)證了在線估計(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伺服算法。在一般無標(biāo)定視覺伺服算法的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了定位靜態(tài)目標(biāo)和跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的偽逆視覺伺服算法，分析了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺伺服算法可以有效處理視覺伺服過程中奇異性的原

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伺服定位靜態(tài)目標(biāo)的收斂條件。
　　 3、開展了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺伺服仿真。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)典無標(biāo)定視覺伺服算法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果進(jìn)一步說明了基于圖像雅可比矩陣偽逆的無標(biāo)定視覺伺服算法可以避免經(jīng)典無標(biāo)定視覺伺服

4、算法因奇異引起的視覺伺服失敗。
　　 4、研究了基于圖像雅可比矩陣偽逆的視覺伺服通用算法?；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伺服方法，推導(dǎo)了在線估計(jì)混合圖像雅可比矩陣偽逆算法，證明了已有的視覺伺服方法是基于圖像雅可比矩陣偽逆的通用視覺伺服算法的特例，并進(jìn)一步給出了一種完全分離的視覺伺服算法，且用仿真驗(yàn)證了在線估計(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)的視覺伺服。針對(duì)基于圖像的視覺伺服忽略了機(jī)器人動(dòng)力學(xué)，無法完成高速、高精度的視覺伺服的問題，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)開展了基