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近年来,视觉伺服控制系统一直是机器人研究领域的热点课题。它广泛应用在机械零件的自动检测,生产线的自动监控,运动目标的自动跟踪与识别,自治战车导航,登月舱的自动着陆以及空间机器人的视觉控制等。视觉伺服是利用视觉传感器得到的图像作为反馈信息,构造机器人的位置闭环反馈。从利用信息方式的不同,可以将视觉伺服系统分为两类:一是基于位置的视觉伺服系统(Position-Based Visual Servo system,PBVS),一种是基于图像的视觉伺服系统(Image-Based Visual Servo system,IBVS)。根据摄像机位置的不同,视觉伺服可以分成全局视觉和局部视觉(eye-in-hand)两种。全局视觉的优点是视野较宽,缺点是存在分辨率低和目标遮挡问题;而局部视觉的特征与全局视觉恰好相反。因此,有人提出全局视觉和局部视觉相结合的视觉伺服控制方法。视觉伺服控制的性能与摄像机和机器人的标定误差紧密相关,而模型的准确标定是一项复杂的工作。因此视觉伺服控制的无标定模型引起了广泛关注。其主要优点是不需要知道机器人模型和标定摄像机参数,具有自适应能力,能够在线估计雅可比矩阵。
本文研究了两种主要的视觉伺服控制模型:标定模型和无标定模型。首先介绍了视觉伺服系统的特点和研究现状。由于标定模型需要对摄像机参数进行标定,因此本文也介绍了标定原理。然后分别详细的讨论了两种模型的控制原理,由于伺服系统需要对图像进行处理,因而本文也讨论了视觉伺服系统中图像处理技术。接着介绍了实验环境,设计了采用两种模型分别跟踪一静止目标和运动目标的实验,给出了具体的实验步骤。最后给出了实验结论和分析。实验结果表明两种模型都是有效的,都能够很好的跟踪静态目标;标定模型由于事先已经完成了模型标定,因而跟踪时计算机任务少,时间短,效果好,而无标定模型不需要标定,具有自适应能力,能够在线估计雅可比矩阵,由于在每一次的循环控制中都需要进行计算调整,因而计算机任务大,处理时间长。