[發明專利]輪式移動機器人視覺伺服軌跡跟蹤并發深度辨識

在審

• 申請號: 201711171646.6
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN109816687A
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 李寶全;邱雨;師五喜;徐壯
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/579;G05D1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種輪式移動機器人同時視覺軌跡跟蹤并發自適應深度辨識方法，其特征在于包括以下步驟：

第1，定義系統坐標系，包括：

第1.1，建立系統模型

定義輪式移動機器人的坐標系如下：以表示攝像機相對于靜止特征點的參考坐標系，以表示輪式移動機器人當前位姿坐標系，以表示對應于輪式移動機器人期望位姿的直角坐標系，由共面特征點P_i確定的平面為參考平面π，定義平面π的單位法向量為n^*，3-D歐氏坐標P_i在下分別用來表示：

假設各個坐標系的原點到特征點沿光軸方向的距離恒為正，從到的旋轉矩陣為從到的平移向量為其中^cT_*(t)為在中表示。同樣表示期望從到的時變期望旋轉矩陣，從到的期望平移向量為其中^dT_*(t)在中表示，^cT_*(t)和^dT_*(t)的定義如下：

^cT_*(t)＝[^cT_*x，0，^cT_*z]^T，^dT_*(t)＝[^dT_*x，0，^dT_*z]^T. (2)

種定義如下：

定義如下：

另外表示從到的旋轉矩陣的右手旋轉角度，θ_d表示到的旋轉矩陣的右手旋轉角度，可以看出：

其中代表WMR的期望角速度在中的表示，從到π的沿π的單位法向量的距離設為則

d^*＝n^*TP_i^* (6)

其中表示π的單位法向量。

第1.2，歐式重建

首先重建特征點和的歸一化歐式坐標P_i在和下的表示：

為了得到歐氏坐標，每個特征點由下的下的下的示的投影像素坐標，他們是(即實際時變圖像點)，(即期望軌跡圖像點)，(即恒定參考圖像點)的元素，特征點的歸一化歐氏坐標通過針孔鏡頭模型與圖像點建立如下關系：

其中是已知不變的攝像機內參數標定矩陣，坐標系之間的旋轉矩陣和平移向量可由歸一化歐氏坐標表示如下：

其中H(t)，表示歐氏單應矩陣，為含有比例因子的平移向量：

然后通過歐幾里得重建技術分解H和H_d，得到

第3，構建自適應控制器

根據系統的開環動態方程，為配有攝像機的移動機器人系統設計控制器和自適應更新律，控制的目的是確保坐標系跟蹤上的時變軌跡，用e(t)＝[e₁，e₂，e₃]^T表示平移和旋轉跟蹤誤差，具體定義如下：

其中^cT_*h1(t)，^cT_*h2(t)，^dT_*h1(t)和^dT_*h2在(10)中定義，θ(t)，θ_d(t)在(4)中定義。另外輔助變量定義如下：

開環誤差方程為：

深度估計誤差定義如下：

是深度辨識，當趨向于零時未知的深度信息將會有效的識別出來，輪式移動機器人設計的線速度和角速度如下所示：

根據并發學習方法，為深度辨識設計自適應更新律，其形式如下：

其中為更新增益，為正常數，t_k∈[0，t]是初始時間和當前時間之間的時間點。投影函數Proj(χ)定義為：

其中是正值的下界，因而有可以得到下式：

根據之前的推導，閉環誤差系統如下：

當下式成立：

至此，完成了移動機器人同時視覺伺服軌跡跟蹤與并發自適應深度辨識。