機器人圖像雅可比矩陣在線估計算法研究.pdf

1、機器人視覺伺服是圖像處理、機器人運動學、機器人動力學、控制理論、計算機技術以及實時計算等領域的融合,是計算機視覺研究前沿的一個重要分支。機器人視覺伺服也是一個具有重要理論研究意義和廣闊工業(yè)應用前景的基礎性課題。根據(jù)視覺反饋信號的表現(xiàn)形式可以將機器人視覺伺服系統(tǒng)分為基于位置的視覺伺服和基于圖像的視覺伺服兩種方法。其中基于圖像的視覺伺服因其結構簡單、對系統(tǒng)標定誤差具有一定魯棒性等優(yōu)勢,在實際系統(tǒng)中廣泛應用。在基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)中,圖像雅

2、可比矩陣被用來描述機器人手眼關系,是整個系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的圖像雅可比矩陣獲取方法是將攝像機標定參數(shù)帶入解析式求解。但由于標定算法不可避免存在誤差、對環(huán)境變化敏感、以及某些特殊場合難以實施等原因,該方法在實際系統(tǒng)中應用很有限。因此,探討如何在無標定環(huán)境下精確求解圖像雅可比矩陣成為一項非常有意義的工作。針對這一事實,本文做了相關探索。具體工作如下：首先,系統(tǒng)回顧了現(xiàn)有的圖像雅可比矩陣無標定求解方法,總結了各自的優(yōu)缺點,并詳細介紹了其

3、中一種比較理想的求解方法——基于卡爾曼濾波(KF)的圖像雅可比矩陣在線估計,并通過仿真和實際機器人實驗驗證了該方法的有效性。針對卡爾曼濾波需要對實際系統(tǒng)進行線性-高斯近似,本文在圖像雅可比矩陣無標定求解中引入粒子濾波。首先從其演變過程簡單介紹了粒子濾波,并通過線性-非高斯的2維運動目標模型,驗證了粒子濾波的優(yōu)勢,最后將粒子濾波用于圖像雅可比矩陣的在線估計當中,通過仿真實現(xiàn)了機器人對運動目標的精確跟蹤,并分析了使用粒子濾波在線估計圖像雅可