[發(fā)明專利]移動(dòng)機(jī)器人無(wú)期望圖像視覺(jué)鎮(zhèn)定控制

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910154546.5
• 申請(qǐng)日: 2019-02-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111612843A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李寶全;宋志偉;高喜天;師五喜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/80
• 分類號(hào): G06T7/80
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

移動(dòng)機(jī)器人無(wú)期望圖像視覺(jué)鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)。本文提出了一種新穎的單目視覺(jué)伺服策略，在無(wú)期望圖像的情況下驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人到期望位姿。首先，根據(jù)已知3D坐標(biāo)的特征點(diǎn)，估計(jì)出特征點(diǎn)坐標(biāo)系與車載攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。其次，根據(jù)特征點(diǎn)坐標(biāo)系的投影來(lái)定義參考坐標(biāo)系。然后，得到參考坐標(biāo)系與機(jī)器人當(dāng)前坐標(biāo)系之間的關(guān)系。最后，利用極坐標(biāo)控制律將機(jī)器人驅(qū)動(dòng)到期望位姿處。與現(xiàn)有的視覺(jué)伺服傳統(tǒng)模式相比，本方法在沒(méi)有提前獲得期望圖像的情況下也能正常工作。仿真結(jié)果證明了所提方法的有效性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺(jué)與移動(dòng)機(jī)器人的技術(shù)領(lǐng)域，可在無(wú)期望圖像的情況下完成視覺(jué)的鎮(zhèn)定控制。

背景技術(shù)

隨著人工智能的飛速發(fā)展，通過(guò)視覺(jué)信息反饋控制智能設(shè)備變得越來(lái)越重要，如移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)械臂。隨著社會(huì)的發(fā)展，智能機(jī)器人應(yīng)用在眾多領(lǐng)域。其中，視覺(jué)信息的處理是輪式移動(dòng)機(jī)器人和機(jī)械臂最重要的功能之一。然而，在視覺(jué)伺服控制的實(shí)際應(yīng)用中仍有許多問(wèn)題需要解決。一般來(lái)說(shuō)，期望圖像在移動(dòng)機(jī)器人視覺(jué)伺服中扮演著重要的角色。沒(méi)有期望圖像，機(jī)器人系統(tǒng)的期望姿態(tài)就無(wú)法定義。然而，在許多現(xiàn)存的方法中，移動(dòng)機(jī)器人在未知期望圖像的情況下不能到達(dá)期望位姿。對(duì)單目移動(dòng)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，在實(shí)驗(yàn)或工作期間，由于攝像機(jī)的成像原理，外部3D場(chǎng)景在映射到攝像機(jī)時(shí)變?yōu)?D圖像平面。因此導(dǎo)致了深度信息的缺失。雖然有很多策略來(lái)解決深度信息未知的問(wèn)題，但它也增加了機(jī)器人系統(tǒng)的復(fù)雜性。因此，為了在沒(méi)有期望圖像的情況下將移動(dòng)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)到期望的位姿處，必須充分利用圖像信息來(lái)識(shí)別場(chǎng)景模型。因此，無(wú)期望圖像的視覺(jué)伺服過(guò)程變得更有意義。

發(fā)明內(nèi)容

本文基于單目輪式移動(dòng)機(jī)器人，設(shè)計(jì)了一種在無(wú)期望圖像的情況下完成視覺(jué)鎮(zhèn)定控制的策略。

本文提出了一種新穎的單目視覺(jué)伺服策略，在無(wú)期望圖像的情況下驅(qū)動(dòng)輪式移動(dòng)機(jī)器人到期望位姿。首先，根據(jù)已知3D坐標(biāo)的特征點(diǎn)，估計(jì)出特征點(diǎn)坐標(biāo)系與車載攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。其次，根據(jù)特征點(diǎn)坐標(biāo)系的投影來(lái)定義參考坐標(biāo)系。然后，得到參考坐標(biāo)系與機(jī)器人當(dāng)前坐標(biāo)系之間的關(guān)系。最后，利用極坐標(biāo)控制律將機(jī)器人驅(qū)動(dòng)到期望位姿處。與現(xiàn)有的視覺(jué)伺服傳統(tǒng)模式相比，本方法在沒(méi)有提前獲得期望圖像的情況下也能正常工作。仿真結(jié)果證明了所提方法的有效性。本發(fā)明提供的移動(dòng)機(jī)器人的視覺(jué)鎮(zhèn)定系統(tǒng)方法包括：

移動(dòng)機(jī)器人無(wú)期望圖像視覺(jué)鎮(zhèn)定控制系統(tǒng)，其特征包括以下步驟：

第1，問(wèn)題描述

第1.1，系統(tǒng)描述

設(shè)置車載攝像機(jī)與移動(dòng)機(jī)器人的坐標(biāo)系相重合。攝像機(jī)在當(dāng)前位姿處的坐標(biāo)系定義為以攝像機(jī)的光心為的原點(diǎn)。的z^cx^c表示移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平面，其中z^c和攝像機(jī)的光軸在相同的方向上。y^c垂直于移動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平面z^cx^c，并滿足右手定則。無(wú)期望圖像的視覺(jué)伺服坐標(biāo)系如附圖1所示。隨機(jī)設(shè)置四個(gè)共面特征點(diǎn)，用于定義以序號(hào)為1的特征點(diǎn)作為的原點(diǎn)，序號(hào)1與序號(hào)2之間的向量作為的x^obj軸，特征點(diǎn)平面的法向量是z^obj軸。y^obj根據(jù)右手定則確定。下的特征點(diǎn)的3D坐標(biāo)通過(guò)尺子量取獲得。此外，將坐標(biāo)系的原點(diǎn)投影到機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平面上，作為機(jī)器人參考位姿，即的原點(diǎn)。將z^obj坐標(biāo)軸投影到運(yùn)動(dòng)平面上，再將其縮放為單位向量，作為的坐標(biāo)軸z^p。y^p垂直機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平面向下，x^p滿足右手定則。定義完之后，在參考坐標(biāo)系下定義期望位姿將處對(duì)應(yīng)于的旋轉(zhuǎn)角定義為θ^d。同理，將期望坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)于參考坐標(biāo)系的x坐標(biāo)和z坐標(biāo)分別設(shè)置為^pT_dx和^pT_dz。

第1.2，控制方案