基於TP模型變換方法的視覺伺服控制技術研究

《基於TP模型變換方法的視覺伺服控制技術研究》是依託河海大學，由王婷婷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於TP模型變換方法的視覺伺服控制技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王婷婷
• 依託單位：河海大學

項目摘要

基於圖像的視覺伺服（IBVS）方法存在系統的局部漸進穩定、圖像雅克比矩陣的奇異以及難以處理系統約束等問題。本項目擬研究基於張量積（TP）模型變換方法的視覺伺服控制技術，提供一種新的思路和方法，綜合解決IBVS方法潛在的控制難題。通過TP模型變換方法將圖像雅可比矩陣（即互相關矩陣）轉換為線性時不變頂點模型的凸組合形式，則視覺伺服系統被表示為凸多面體線性參變系統，機器人控制信號的閉環最優解即可通過構造一類線性矩陣不等式的凸最佳化問題求解。擬採用的控制技術避免線上求解圖像雅可比矩陣的逆，能夠解決圖像“奇異值”的問題。視覺伺服系統的控制信號通過數值方法求解，避免了複雜的解析推導過程，因而對於綜合解決多種控制問題具有很強的延伸性，系統約束問題即可通過構建相應的線性矩陣不等式加以處理。當視覺伺服系統的模型方程發生改變時，僅需重新調整模型的凸組合形式和相應的控制參數，控制器的設計過程具有可重複性。

結題摘要

本項目研究了基於張量積（TP）模型變換方法的視覺伺服控制技術。將視覺伺服系統轉換為線性參變狀態空間模型的形式，執行TP模型變換方法，求解基於高階奇異值分解的圖像雅克比矩陣標準型與其它凸包表示，針對系統的可控性與基於線性矩陣不等式控制器的可行性，對多種凸包表示進行有效性討論；提出基於魯棒模型預測控制的機器人系統IBVS控制器，該控制器的設計考慮機器人視覺伺服系統的輸入輸出約束，避免求解圖像雅克比矩陣的逆，能夠解決經典IBVS控制器難以解決的問題，如相機初始與期望位姿的大位移等情況；為了進一步解決複雜環境下的視覺伺服任務，提出一種基於改進快速RRT算法的路徑規劃方法。採用改進的RRT規劃方法保證觀測的特徵點在視野範圍內，然後使用路徑規劃將三維目標特徵點投影到圖像空間，並通過IBVS控制器跟蹤特徵軌跡，該方法考慮了視覺約束、相機回退與避障問題，能夠顯著改善機械臂在狹窄空間下的控制能力。仿真與實驗驗證了上述算法的有效性。基於TP模型變換方法的視覺伺服控制器，其控制信號通過數值方法求解，避免了複雜的解析推導過程，因而對於綜合解決多種控制問題具有很強的延伸性，系統約束問題即可通過構建相應的線性矩陣不等式加以處理。當視覺伺服系統的模型方程發生改變時，僅需重新調整模型的凸組合形式和相應的控制參數，控制器的設計過程具有可重複性。