[發明專利]一種機器人關節視覺伺服控制方法、終端設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202010325830.7
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111553239B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 仲訓杲;周承仙;徐敏
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: G06V20/50
• 分類號: G06V20/50;G06V10/40;B25J9/16
• 代理公司: 廈門市精誠新創知識產權代理有限公司 35218
• 代理人: 汪萬龍

本發明涉及一種機器人關節視覺伺服控制方法、終端設備及存儲介質，該方法中包括：S1：采集機器人圖像特征s(t)作為反饋量，構建機器人圖像閉環控制；S2：機器人位姿p(t)作為反饋量，構建機器人位姿閉環控制；S3：建立目標函數，并設定目標函數的約束條件，使得機器人圖像軌跡和機器人運動軌跡同時最短。本發明基于視覺反饋控制技術，建立圖像空間與機器人運動空間控制模型，并且針對IBVS和PBVS視覺伺服技術的局限，建立圖像特征軌跡和機器人運動軌跡約束規劃模型，實現了圖像特征軌跡和機器人末端軌跡最優控制，既能保證機器人系統魯棒穩定，又使得伺服系統具有一定的環境自適應性，適用于機器人視覺反饋系統。

技術領域

本發明涉及機器人視覺技術領域，尤其涉及一種機器人關節視覺伺服控制方法、終端設備及存儲介質。

背景技術

當前，具備視覺感知能力的機器人已被公認為機器人發展的主流趨勢，將視覺感技術與機器人運動控制相結合，由此產生的視覺伺服控制方法為機器人自主操作能力的實現帶來了新的思路，代表了機器人先進控制技術，也是促進機器人智能化發展的一個重要驅動。可見，視覺系統對于智能機器人的開發是必不可少的，視覺伺服技術在機器人運動控制中將具有不可替代的作用。

機器人視覺反饋控制技術可分為基于位置的視覺伺服(PBVS)和基于圖像的視覺伺服(IBVS)。IBVS和PBVS方法各有固有的優缺點。對于IBVS而言，控制器只能在2D圖像空間內，實施對圖像特征的有效運動控制，而無法對機器人的三維位姿進行有效控制，機器人軌跡容易超出其工作運動范圍，將導致伺服任務失敗。對于PBVS而言，控制器只能在3D笛卡爾空間內，實施對機器人運動軌跡的有效控制，無法對圖像空間內特征點的軌跡控制，容易使得目標特征脫離機器人的視野，導致特征丟失。在實際應用中，IBVS需要考慮機器人三維運動軌跡約束，PBVS需要考慮圖像視場范圍等約束。

發明內容

為了克服上述IBVS和PBVS方法的缺點，本發明提出了一種機器人關節視覺伺服控制方法、終端設備及存儲介質。該方法基于六自由度“眼在手”機器人系統，結合約束規則與最優化控制理論，保留了IBVS和PBVS方法的優點，同時又克服了它們各自的缺點，即該方法具有對圖像空間特征點進行有效控制的特點，同時具有對笛卡爾空間機器人軌跡進行有效控制的特點，可以同時保證圖像軌跡和機器人運動軌跡最優，適用于機器人視覺反饋優化控制。

具體方案如下：

一種機器人關節視覺伺服控制方法，包括以下步驟：

S1：采集機器人圖像特征作為反饋量，構建機器人圖像閉環控制：

e_s(t)＝s(t)-s*

其中，s^*表示期望圖像特征，s(t)表示t時刻的圖像特征，e_s(t)表示t時刻的圖像特征與期望圖像特征之間的圖形誤差，為J_s(t)的廣義逆，J_s(t)表示t時刻的圖像的雅可比矩陣，上標T表示矩陣的轉置，λ＞0為控制系數，表示通過機器人圖像閉環控制反饋得到的機器人關節速度，分別表示通過機器人圖像閉環控制反饋得到的機器人6個方向的速度；

S2：將機器人位姿作為反饋量，構建機器人位姿閉環控制：

e_p(t)＝p(t)-p*

其中，p*表示期望位姿，p(t)表示t時刻的位姿，e_p(t)表示t時刻的位姿與期望位姿之間的圖形誤差，為J_p(t)的廣義逆，J_p(t)表示t時刻的位姿的雅可比矩陣，表示通過機器人位姿閉環控制得到的機器人關節速度，分別表示通過機器人位姿閉環控制得到的機器人6個方向的速度；