[發明專利]一種基于視覺傳感器的舞臺機器人預測控制方法

有效

• 申請號: 201811617095.6
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109760047B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 倪洪杰;秦冬冬;陳旭;劉安東
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

一種基于視覺傳感器的舞臺機器人預測跟蹤控制方法,包括以下步驟：1)建立舞臺機器人運動學模型；2)采用基于圖像的視覺伺服方法建立舞臺機器人誤差模型；3)考慮系統的不確定性，執行器飽和和數據異常問題，將系統轉化為具有丟包和執行器飽和的不確定系統；4)定義性能指標函數并根據誤差模型，確定預測方程；5)結合預測方程，設計穩定化狀態反饋控制器。本發明提供了一種可以有效解決具數據丟失問題和具有輸入約束的舞臺機器人視覺伺服軌跡跟蹤控制方法。

技術領域

本發明涉及舞臺機器人的軌跡跟蹤技術領域，具體涉及一種基于視覺傳感器的舞臺機器人預測控制方法。

背景技術

隨著科學技術和控制技術的發展，計算機視覺在各個領域已有廣泛的運用，視覺數據信息量豐富，處理手段豐富等特點使得基于視覺的移動機器人控制被廣泛應用于娛樂、科研、軍事、工業以及物流等領域。軌跡跟蹤作為移動機器人運動控制中的基本問題之一，一直備受廣泛關注。因此，針對基于視覺的移動機器人軌跡跟蹤控制技術的研究，不僅可以豐富移動機器人運動控制的理論成果，還可以滿足多領域對運動控制技術越來越高的要求，具有重大的理論和工程意義。

由于視覺伺服系統在采集舞臺機器人位置信息時，需要在舞臺機器人上做標記點。然而，在舞臺機器人的運動過程中，車身晃動、地面不平以及光照不均勻都會影響攝像機的圖像采集，甚至無效采集即連續一段的空采樣，從而導致測量數據無法使用，需要主動丟棄這類異常數據包。另一方面，舞臺環境較為復雜，由于無線網絡的不可靠性，在數據傳輸過程中存在數據包丟失現象。同時，舞臺機器人通過電機差速驅動，其控制輸入為線速度和角速度。受電機最大轉速的限制，使得舞臺機器人的實際線速度和角速度具有飽和現象。因此，舞臺機器人在實現軌跡跟蹤的過程中有必要考慮數據包丟失和執行器飽和現象對跟蹤精度的影響。

發明內容

為了克服現有技術無法解決舞臺機器人視覺伺服軌跡跟蹤預測控制中數據丟失和執行器飽和的不足，本發明針對舞臺機器人數據丟包和執行器飽和問題提供了一種視覺伺服軌跡跟蹤預測控制方法，通過將該問題建模為一類具有參數不確定的跟蹤誤差模型，基于該模型給出了相應的性能指標，同時也提供了反饋控制器增益的求解方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種基于視覺傳感器的舞臺機器人預測控制方法，包括以下步驟：

1)建立舞臺機器人運動學模型；

定義[x y θ]^T為舞臺機器人在世界坐標系下的橫、縱坐標以及機器人的方向角，則非完整性舞臺機器人運動學模型為

其中，v為舞臺機器人的線速度，w為舞臺機器人的角速度；

2)將攝像頭固定在懸架上，采用基于圖像的視覺伺服方法建立舞臺機器人誤差模型；

其中，(x_m,y_m)^T為舞臺機器人在像素坐標系下的坐標，(x,y)^T為舞臺機器人在世界坐標系下的坐標，d是依賴攝像頭深度信息的常數，θ₀為相機軸Y_t和世界坐標系軸X_w之間的夾角且θ₀為可測的，旋轉矩陣為攝像機的光學中心在世界坐標系下的投影坐標；

定義如下圖像坐標系下跟蹤誤差

結合式(1)和(2)并對式(3)求導得

對式(4)在平衡點線性化得誤差模型