[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

一種輪式移動機器人視覺伺服軌跡跟蹤并發深度辨識方法。本發明針對非完整運動約束下的輪式移動機器人設計了一種視覺跟蹤控制方法，并能在伺服軌跡跟蹤的同時辨識出場景的深度信息。首先，對共面特征點錄制一段圖像視頻來代表待跟蹤的期望軌跡。然后，通過比較靜態參考圖像中的特征點、實時圖像中的特征點和預先錄制的圖像視頻，結合投影幾何關系建立歐式坐標系下的單應矩陣。然后通過分解所得到的單應矩陣，設計了運動控制律和關于未知深度參數的自適應更新律。通過在自適應更新率中加入并發學習算法，利用歷史和當前系統數據恢復未知的深度信息。最后通過Lyapunov方法和擴展芭芭拉定理證明了軌跡跟蹤誤差和深度辨識誤差同時收斂，因而該方法能夠有效地辨識出場景深度信息。

技術領域

本發明屬于計算機視覺與移動機器人的技術領域，特別是涉及一種移動機器人同時視覺伺服軌跡跟蹤并發自適應深度辨識方法，能夠跟蹤期望時變軌跡并將其場景深度信息識別出來。

背景技術

輪式移動機器人往往工作在危險的環境中，由于工作環境中的不確定因素，許多科研工作者研發了各種不同的解決方法來提高系統的自主控制能力。近來，由于圖像處理技術的提高和控制算法理論的發展，許多科研人員采用基于視覺傳感器的自主控制技術，進而來實現系統的自主導航與控制。

對于移動機器人系統而言，引入視覺傳感器可大大增強其智能性，靈活性和環境感知能力，利用實時圖像反饋來控制移動機器人的運動，即視覺伺服技術，能夠廣泛運用于各種領域，如智能交通和環境勘探，由于這些原因，這項技術受到格外關注并且成為機器人領域的研究熱點。對于視覺傳感器，由于是根據透視投影模型成像，其深度信息的缺失是主要缺陷，因此，對于單目攝像機視覺系統，難以完整恢復出外部三維場景信息和移動機器人自身運動信息；另外，由于移動機器人存在非完整運動約束的特點，使得位姿控制器的設計非常具有挑戰性，因此，深度信息的缺失和非完整約束的限制，使移動機器人視覺控制任務變得異常艱巨；然而，現有方法大多在原有視覺伺服控制器的基礎上為未知的場景信息設計補償模塊。在這種意義上，視覺伺服任務完成后依然無法得到場景模型，由于工作空間信息無法完全獲得，因此限制了機器人系統的進一步應用與推廣。綜上所述，如何在視覺伺服控制的同時進行深度信息辨識，是機器人控制領域內一個困難但非常有價值的問題。

發明內容

一種輪式移動機器人視覺伺服軌跡跟蹤并發深度辨識方法。本發明針對非完整運動約束下的輪式移動機器人設計了一種視覺跟蹤控制方法，并能在視覺伺服軌跡跟蹤的同時辨識出場景的深度信息。首先，對共面特征點錄制一段圖像視頻來代表待跟蹤的期望軌跡。然后，通過比較靜態參考圖像中的特征點，當前實時圖像中的特征點和預先錄制的圖像視頻，結合投影幾何關系，建立歐式坐標系下的單應矩陣。然后通過分解所得到的單應性矩陣，設計了運動控制律和深度辨識參數的自適應更新律。另外，通過擴展并發學習方法，用歷史和當前系統數據去建立一個自適應更新率來恢復未知的深度信息。最后通過Lyapunov方法和擴展芭芭拉定理證明了系統跟蹤誤差和深度辨識誤差同時收斂，系統全局穩定，能夠有效的辨識出將場景的深度信息。

一種輪式移動機器人同時視覺伺服并發自適應深度辨識方法，其特征在于括以下步驟：

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 P_i(t)，P_i^d(t)，來表示：