[發(fā)明專利]一種基于輪廓邊及內包圓特征的視覺伺服解耦控制方法

有效

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• 申請日: 2018-07-23
• 公開（公告）號: CN108621167B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設計）人: 徐德剛;周雷;沈添天;蘇志芳;陽春華;桂衛(wèi)華
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于輪廓邊及內包圓特征的視覺伺服解耦控制方法，所述方法包括下列步驟：

S1：通過設置在六自由度機器人末端執(zhí)行器上的相機采集具有矩形邊框特征的目標物圖像，將采集到的圖像信息進行目標識別、輪廓提取和畸變校正處理，提取目標物的輪廓和位置信息；

S2：根據目標物在圖像中的輪廓信息，提取輪廓中的質心點、輪廓線以及質心點為圓心，質心點到四條輪廓線中最短長度作為半徑的內包圓并構建包括這些特征的雅可比矩陣，同時記當前和期望狀態(tài)下質心點、輪廓線、內包圓組成的圖像矩信息分別為s，s^*；

S3：根據當前和期望系統(tǒng)狀態(tài)下的圖像矩信息構建視覺特征誤差向量Δs＝(s-s^*)，如果Δs小于預設閾值δ，則機器人末端相機對目標物成圖已達到期望圖像矩值，即機器人末端達到期望位姿，視覺伺服解耦控制方法結束，否則執(zhí)行步驟S4；

S4：根據步驟S2、S3構建的雅可比矩陣和視覺特征誤差向量，結合視覺伺服控制器分別控制機器人末端執(zhí)行器的平移量和旋轉量，并引入基于內包圓面積特征矢量補償和質心點位置補償，實現機器人的位置和姿態(tài)解耦控制，機器人調整位姿后返回步驟S1；

所述步驟S2中以質心點、輪廓線、內包圓的特征構建雅可比矩陣以及組成的圖像矩信息的方法為：

S201：根據步驟S1中通過圖像處理得到的目標物矩形邊框在目標物圖像的輪廓和位置信息，計算目標物矩形邊框在圖像中的質心點坐標O(x_g，y_g)；設定輪廓線的極坐標表達式l_i：x_lcosθ_i+y_lsinθ_i＝ρ_i，其中i＝1，2，3，4，(x_l，y_l)表示輪廓線上的像素點坐標，其中θ_i為第i條輪廓線與像素平面水平軸的夾角，ρ_i為像素平面原點到邊線的距離，以質心點O為圓心，質心點到邊框線的最短距離d_r＝min{d_i}，d_i＝ρ_i-x_gcosθ_i-y_gsinθ_i為半徑在圖像輪廓區(qū)域內作內包圓，計算圓面積

S202：構建質心點O(x_g，y_g)、輪廓內包圓面積a_g、輪廓線l₁，l₂，l₃，l₄在當前系統(tǒng)狀態(tài)下的圖像矩特征矢量s＝[x_g，y_g，a_g，l₁，l₂，l₃，l₄]以及相關雅可比矩陣

S203：在期望系統(tǒng)狀態(tài)下，根據S201中所述的方法得到目標物矩形邊框期望圖像質心點、內包圓、輪廓線組成的圖像矩信息，記作據此構建期望圖像矩特征矢量

2.根據權利要求1中所述的基于輪廓邊及內包圓特征的視覺伺服解耦控制方法，其特征在于，所述的步驟S201中計算質心點坐標O(x_g，y_g)的方法為：

其中，Ω為目標矩形邊框在相機中的成像區(qū)域，(x，y)為Ω中的像素點坐標，f(x，y)為(x，y)像素坐標處的灰度值。

3.根據權利要求1中所述的基于輪廓邊及內包圓特征的視覺伺服解耦控制方法，其特征在于，所述步驟S4包括以下步驟：

S401：根據步驟S202、S203構建的圖像矩特征矢量和相關雅可比矩陣，通過視覺伺服控制器計算機器人末端執(zhí)行器平移量其中T_c是控制循環(huán)時間，是的廣義逆矩陣，λ_v是位置控制器增益，是末端執(zhí)行器旋轉運動造成的成像平面目標面積變化的補償項，機器人末端執(zhí)行器旋轉量其中λ_ω是姿態(tài)控制器增益，是L_ω的廣義逆矩陣；

S402：因質心點在成像平面的投影會因末端執(zhí)行器進行旋轉運動而發(fā)生改變，設計質心點因末端旋轉運動而造成的位置補償項為：其中L_xv，L_xω分別是質心點成像平面投影與相機平移、旋轉相關的雅可比矩陣，是L_xv的廣義逆矩陣，則加入補償后的機器人位置控制[v_cx，v_cy，v_cz]^T＝[v_cax，v_cay，v_caz]^T+[v_ωx，v_ωy，v_ωz]^T。