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【6h】

基于图像雅可比矩阵的关节机器人视觉伺服控制系统研究

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摘要

机器人视觉伺服问题是当今国内外研究的热点问题之一，其研究成果不仅能够应用于工业生产，如上料、下料、搬运、喷涂、点焊、精密装配、质量检验等，而且能够促进各项相关学科的发展。
　　 本文通过分析研究典型关节型机器人视觉伺服系统的结构，针对系统中的关键技术——图像矩特征提取及基于图像矩特征的视觉伺服控制器设计作了一定的理论研究和分析，并在此基础上构建了典型关节型机器人视觉伺服仿真系统模型，设计了相应的软件算法，具体内容如下：
　　 (1)介绍了当前机器人视觉伺服系统的分类和机器人视觉伺服技术的发展概况，并引入了机器人运动学模型和视觉系统成像模型；给出了不同坐标系间的位姿、位姿变化率的变换关系及机器人雅可比矩阵；在上述模型的基础上建立了眼在手上(eye in hand)构型典型关节型机器人视觉伺服仿真系统模型的框架。
　　 (2)本文采用近年来被国内外研究人员广泛采用的基于图像（image based）的视觉伺服方案进行机器人视觉伺服研究，使用全局特征描述子——图像矩作为图像特征信息，推导出了图像零阶矩和物体成像深度间的解析关系式，并在理论上推导出了基于图像矩特征的图像雅可比矩阵；证明了图像矩特征与图像点特征间映射为有界线性映射，并基于此论断将图像点特征空间的基本矩阵构造方法推广到了图像矩特征空间；设计了满足李雅普诺夫大范围渐进稳定性的非线性系统鲁棒比例控制器。
　　 (3)通过前面构建的眼在手上（eye in hand）构型机器人视觉伺服仿真系统，对静态目标和做平面四自由度运动的动态目标进行了静态目标定位与动态目标跟踪的仿真试验。试验结果验证了所构造的图像雅可比矩阵和基于此雅可比矩阵的伺服控制律的正确性。

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