基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，包括如下步驟：通過預(yù)先標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量及標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，獲取理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量，并獲取理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值及標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量；以理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量作為控制參考量，判斷機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動區(qū)域，根據(jù)運(yùn)動區(qū)域不同，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值或標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號，控制機(jī)器人循跡。
【專利說明】基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉機(jī)器人視覺伺服控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在基于視覺伺服移動機(jī)器人前進(jìn)和倒車循跡領(lǐng)域相關(guān)信息可以分為三類，(I)為應(yīng)用全景車載攝像機(jī)進(jìn)行機(jī)器人伺服控制，這種方法在機(jī)器人足球比賽中應(yīng)用較為廣泛，該方案關(guān)鍵技術(shù)在于全景圖像的獲取，目前的全景圖像獲取方式較為流行的有四種，即云臺攝像機(jī)系統(tǒng)方案、特殊鏡頭攝像機(jī)方案、多臺攝像機(jī)組合方案以及多鏡頭組合方案，全景車載攝像機(jī)倒退循跡方案在長沙理工大學(xué)2010屆碩士研究生黃苗畢業(yè)論文《足球機(jī)器人全景視覺系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)》中描述較為詳細(xì)。所述方案選擇全景攝像機(jī)，該攝像機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜性高，分析其四種實(shí)現(xiàn)方式，可以得出結(jié)論全景攝像機(jī)的組成是一個非常復(fù)雜、精細(xì)的系統(tǒng)，因此導(dǎo)致了成本過高的問題，其次，全景攝像機(jī)一般為攝像機(jī)短時間內(nèi)拍攝多幅圖片進(jìn)行圖像融合或者多個攝像機(jī)同時拍攝多幅攝像機(jī)進(jìn)行圖像融合，因此相比單個攝像機(jī)的圖像處理過程，存在多出的多圖像信息融合以及處理信息融合帶來的無關(guān)背景噪音去除的過程，這就導(dǎo)致出現(xiàn)信號處理實(shí)時性低的缺點(diǎn)。
[0003](2)樂高的玩具機(jī)器人通過兩個灰度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)簡單環(huán)境下的機(jī)器人前進(jìn)和倒退循跡，該方案所述的雙灰度傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人倒車循跡，主要原理為機(jī)器人通過兩個灰度傳感器感知地面軌跡與背景反射的不同光線，進(jìn)而提取出軌跡特征信息、確定機(jī)器人偏離軌跡的程度，將感知信息傳輸至主控機(jī)對機(jī)器人進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)倒退循跡。該方案所采用的雙灰度傳感器，只能區(qū)分環(huán)境中特征區(qū)別非常明顯的軌跡，如黑白背景與軌跡，而實(shí)際環(huán)境遠(yuǎn)遠(yuǎn)比這種環(huán)境要復(fù)雜，因此該方案存在實(shí)用性差的缺點(diǎn)。
[0004](3)其他機(jī)器人前進(jìn)倒退循跡實(shí)現(xiàn)方式一般需要同時安裝前后兩個攝像機(jī)，通過當(dāng)前所用視覺信息攝像機(jī)的切換完成機(jī)器人前進(jìn)倒退循跡。該方案是全景攝像機(jī)的一種特殊形式，該方案在機(jī)器人前后各放置一個攝像機(jī)，通過切換提供當(dāng)前控制所使用的圖像信息的攝像機(jī)，以在機(jī)器人前進(jìn)循跡與倒退循跡之間進(jìn)行切換，具體的講就是當(dāng)機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)前進(jìn)循跡功能時，主控機(jī)自動將采集信號攝像機(jī)置為機(jī)器人前的攝像機(jī)上，利用前的攝像機(jī)采集伺服信息，進(jìn)而提取軌跡信息供控制器利用，控制機(jī)器人完成前進(jìn)循跡；當(dāng)機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)倒退循跡功能時，主控機(jī)自動將采集信號攝像機(jī)置為機(jī)器人身后的攝像機(jī)上，利用身后的攝像機(jī)采集伺服信息，進(jìn)而提取軌跡信息供控制器利用，控制機(jī)器人完成倒退循跡。該方案使用的前后雙視覺傳感器，需要兩個攝像機(jī)及圖像信號傳輸接口，存在系統(tǒng)復(fù)雜、成本高的缺點(diǎn)。以上三種方案中采用的控制策略都不容易到達(dá)比較高的循跡精度，讓機(jī)器人沿著軌跡搖擺而不能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的平滑前進(jìn)和倒退。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對以上問題，本發(fā)明提供一種基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，實(shí)現(xiàn)利用一個機(jī)器人前置的車載攝像機(jī)(非全景攝像機(jī))提取機(jī)器人循跡軌跡信息，設(shè)計(jì)機(jī)器人前進(jìn)后退循跡伺服控制器實(shí)現(xiàn)機(jī)器人前進(jìn)后退循跡克服了攝像機(jī)標(biāo)定及近似處理導(dǎo)致的不精確參數(shù)的影響，保證了機(jī)器人的循跡的穩(wěn)定性，光滑性和準(zhǔn)確性。
[0006]該方法包括如下步驟:
[0007]步驟SI，通過預(yù)先標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量及標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，獲取理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，并獲取理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值及標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量；
[0008]步驟S2，以理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量作為控制參考量，判斷機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動區(qū)域，根據(jù)運(yùn)動區(qū)域不同，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器或以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡。
[0009]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，設(shè)計(jì)機(jī)器人控制器的方法，包括，
[0010]當(dāng)機(jī)器人位于適中誤差區(qū)域或較小誤差區(qū)域，以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡；
[0011]當(dāng)機(jī)器人位于較大誤差區(qū)域，將反饋控制信號切換為以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人向軌跡靠近，當(dāng)進(jìn)入適中誤差區(qū)域后，再將反饋控制信號切換為理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值。
[0012]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，包括將實(shí)際物理空間近似為理想物理空間。
[0013]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，設(shè)計(jì)以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器的方法，包括，
[0014]以一恒定常數(shù)設(shè)置機(jī)器人前向參考速度值，保持向前參考速度矢量方向；
[0015]以機(jī)器人攝像機(jī)所成圖像為標(biāo)本，以近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置與理想位置的差與預(yù)先設(shè)定比例系數(shù)的乘積設(shè)置機(jī)器人轉(zhuǎn)向速度值，保持轉(zhuǎn)向速度矢量方向；
[0016]以機(jī)器人向前參考速度和機(jī)器人線速度的矢量差設(shè)置左輪電機(jī)線速度矢量；
[0017]以機(jī)器人向前參考速度和機(jī)器人線速度的矢量和設(shè)置右輪電機(jī)線速度矢量；
[0018]其中，機(jī)器人線速度矢量由機(jī)器人轉(zhuǎn)向角速度矢量和機(jī)器人運(yùn)動半徑之積確定。在實(shí)際作業(yè)中，機(jī)器人運(yùn)動半徑為機(jī)器人左輪和右輪軸心距離的一半。
[0019]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，所述標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量，包括，
[0020]步驟Z11，標(biāo)定遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置；
[0021]步驟Z12，標(biāo)定近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置。
[0022]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，所述標(biāo)定標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，包括，[0023]步驟Z21，測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域內(nèi)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)中心到近端線的距離；
[0024]步驟Z22，測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域內(nèi)的近端線與遠(yuǎn)端線之間的距離；
[0025]步驟Z23，取實(shí)際軌跡與近端線的交點(diǎn)為近軌跡點(diǎn)，測量近端線的左端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離，測量近端線的右端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離；
[0026]步驟Z24，計(jì)算所測量的近端線的左端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離與所測量的近端線的右端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離之和為近端線長度；
[0027]步驟Z25，取實(shí)際軌跡與遠(yuǎn)端線的交點(diǎn)為遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)，測量遠(yuǎn)端線的左端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離，測量遠(yuǎn)端線的右端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離；
[0028]步驟Z26，計(jì)算所測量的遠(yuǎn)端線的左端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離與所測量的遠(yuǎn)端線的右端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離之和為遠(yuǎn)端線長度。
[0029]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，所述以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，包括，
[0030]步驟S11，計(jì)算標(biāo)本圖像中的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量，S卩，遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)對應(yīng)在標(biāo)本圖像中實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置之間的誤差量；
[0031]步驟S12，計(jì)算標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量，S卩，近軌跡點(diǎn)對應(yīng)在標(biāo)本圖像中實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置之間的誤差量；
[0032]步驟S13，將遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量進(jìn)一步按比例還原在對應(yīng)理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量，具體地，由長度比例系數(shù)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量乘積即為在對應(yīng)理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量，其中長度比例系數(shù)由遠(yuǎn)端線長度與圖像像素的寬度值的比值確定；
[0033]步驟S14，將近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量進(jìn)一步按比例還原在對應(yīng)理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量，具體地，由寬度比例系數(shù)與近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量乘積即為在對應(yīng)理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量，其中寬度比例系數(shù)由近端線長度與圖像像素的寬度值的比值確定；
[0034]步驟S15，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值，具體地，由步驟S13中遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量與步驟S14中近軌跡點(diǎn)位置誤差量的差值作為分子，由測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域的近端線與遠(yuǎn)端線之間的距離作分母；
[0035]步驟S16，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，具體地，包括，
[0036]步驟S161，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量，S卩，取步驟Z21中，理想物理空間區(qū)域內(nèi)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)中心到近端線的距離與步驟S15獲取的機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值之間的乘積。
[0037]步驟S162，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量與近軌跡點(diǎn)誤差量之間的誤差偏移量，更進(jìn)一步地，取步驟S14理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與步驟S161中所獲取的理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量之間的差值即為理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量。[0038]進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，包括，對應(yīng)機(jī)器人的運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行劃分，具體包括劃分為較大誤差區(qū)域，適中誤差區(qū)域和較小誤差區(qū)域，將機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量對應(yīng)機(jī)器人所在的運(yùn)動區(qū)域進(jìn)行特征劃分，包括，較大誤差區(qū)間，適中誤差間和較小誤差區(qū)間，其中，較大誤差區(qū)間又包括左側(cè)較大誤差區(qū)間和右側(cè)較大誤差區(qū)間，適中誤差區(qū)間又包括左側(cè)適中誤差區(qū)間和右側(cè)適中誤差區(qū)間，較小誤差區(qū)間又包括左側(cè)較小誤差區(qū)間和右側(cè)較小誤差區(qū)間；較大誤差區(qū)間與適中誤差區(qū)間之間以左側(cè)大臨界限與右側(cè)大臨界限區(qū)分，適中誤差區(qū)間與較小誤差區(qū)間之間以左側(cè)小臨界限與右側(cè)小臨界限區(qū)分。
[0039]更進(jìn)一步地，所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，包括，
[0040]步驟S21，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在較小誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而使理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于零；
[0041]步驟S22，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在左側(cè)適中誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于左側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而調(diào)節(jié)理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于第一特征值，使機(jī)器人進(jìn)入較小誤差區(qū)域；
[0042]步驟S23，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在右側(cè)適中誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于右側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而調(diào)節(jié)理想物理空間下機(jī)器人朝向與循跡軌跡所成角的正切值趨向于第二特征值，使機(jī)器人進(jìn)入較小誤差區(qū)域；
[0043]步驟S24，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在較大誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于較大誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，使機(jī)器人進(jìn)入適中誤差區(qū)域。
[0044]將標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量分為第一特征區(qū)間，第二特征區(qū)間，第三特征區(qū)間，第一特征區(qū)間表示機(jī)器人位于左側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)，第二特征區(qū)間表示機(jī)器人位于適中誤差區(qū)域及較小誤差區(qū)域覆蓋的范圍，第三特征區(qū)間表示機(jī)器人位于右側(cè)較大誤差區(qū)域。
[0045]當(dāng)機(jī)器人位于左側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)，此時標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量在第一特征區(qū)間內(nèi)，當(dāng)前主要控制任務(wù)為控制機(jī)器人迅速靠近左側(cè)適中誤差區(qū)域，不論當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)是處于前進(jìn)還是后退，機(jī)器人停止當(dāng)前動作，并自動切換進(jìn)入以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量設(shè)計(jì)的循跡控制器，當(dāng)標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量落入第二誤差區(qū)間的范圍，機(jī)器人重新切換至循跡過程控制，按照步驟S21至步驟S23對應(yīng)調(diào)整機(jī)器人循跡。
[0046]當(dāng)機(jī)器人位于右側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)，此時標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量在第三特征區(qū)間內(nèi)，當(dāng)前主要控制任務(wù)為控制機(jī)器人迅速靠近右側(cè)適中誤差區(qū)域，不論當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)是處于前進(jìn)還是后退，機(jī)器人停止當(dāng)前動作，并自動切換進(jìn)入以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量設(shè)計(jì)的循跡控制器，當(dāng)標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量落入第三誤差區(qū)間的范圍，機(jī)器人重新切換至循跡過程控制，按照步驟S21至步驟S23對應(yīng)調(diào)整機(jī)器人循跡。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供一種基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制裝置，包括，
[0048]循跡特征量標(biāo)定模塊,用于標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量及標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，獲取理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，并獲取理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值及標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量；
[0049]循跡控制模塊，以理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量作為控制參考量，判斷機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動區(qū)域，根據(jù)運(yùn)動區(qū)域不同，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器或以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0050]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例共同用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0051]圖1是理想物理空間的機(jī)器人成像區(qū)域圖及對應(yīng)的標(biāo)本圖像；
[0052]圖2是標(biāo)定理想物理空間的機(jī)器人成像區(qū)域圖特征量及對應(yīng)的標(biāo)本圖像表特征量;
[0053]圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的機(jī)器人的循跡控制方法流程圖；
[0054]圖4是機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域內(nèi)機(jī)器人循跡控制圖；
[0055]圖5是機(jī)器人位于左側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)機(jī)器人循跡控制圖；
[0056]圖6是機(jī)器人位于右側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)機(jī)器人循跡控制圖；
[0057]圖7是第二實(shí)施例的機(jī)器人的循跡控制模塊圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0059]第一實(shí)施例
[0060]圖1是理想物理空間的機(jī)器人成像區(qū)域圖及對應(yīng)的標(biāo)本圖像，下面根據(jù)圖1、圖2及圖3詳細(xì)說明本實(shí)施例的各個步驟。
[0061]首先以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量設(shè)計(jì)循跡控制器:
[0062]以一恒定常數(shù)設(shè)置機(jī)器人前向參考速度值，保持向前參考速度矢量方向；
[0063]以機(jī)器人攝像機(jī)所成圖像為標(biāo)本，以近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置與理想位置的差與預(yù)先設(shè)定比例系數(shù)的乘積設(shè)置機(jī)器人轉(zhuǎn)向速度值，保持轉(zhuǎn)向速度矢量方向；[0064]近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置為機(jī)器人車載攝像機(jī)所成圖像中軌跡在最后一行成像所在的像素位置，一般取理想位置為圖像中點(diǎn)位置；
[0065]以機(jī)器人向前參考速度和機(jī)器人線速度的矢量差設(shè)置左輪電機(jī)線速度矢量；
[0066]以機(jī)器人向前參考速度和機(jī)器人線速度的矢量和設(shè)置右輪電機(jī)線速度矢量；
[0067]其中，機(jī)器人線速度矢量由機(jī)器人轉(zhuǎn)向角速度矢量和機(jī)器人運(yùn)動半徑之積確定。在實(shí)際作業(yè)中，機(jī)器人運(yùn)動半徑為機(jī)器人左輪和右輪軸心距離的一半。
[0068]結(jié)合圖1中的標(biāo)本圖像及標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間下所需要標(biāo)定的特征量:
[0069]u表示遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置；U0表示遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的理想位置；
[0070]V表示近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置；V0表示近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的理想位置；
[0071 ] U表示理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)；V表示理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)；
[0072]d6表示測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域內(nèi)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)中心到近端線的距離；
[0073]d5表示測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域內(nèi)的近端線與遠(yuǎn)端線之間的距離；
[0074]d3表示測量近端線的左端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離，d4表示測量近端線的右端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離；
[0075]計(jì)算所測量的近端線的左端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離與所測量的近端線的右端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離之和為近端線長度，即d3+d4 ；
[0076]dl表示測量遠(yuǎn)端線的左端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離，d2表示測量遠(yuǎn)端線的右端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離；
[0077]計(jì)算所測量的遠(yuǎn)端線的左端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離與所測量的遠(yuǎn)端線的右端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離之和為遠(yuǎn)端線長度，即dl+d2。
[0078]按照如下步驟說明設(shè)計(jì)以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器的方法:
[0079]步驟S11，計(jì)算標(biāo)本圖像中的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量，S卩，遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)對應(yīng)在標(biāo)本圖像中實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置之間的誤差量，即U-UO ；
[0080]步驟S12，計(jì)算標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量，S卩，近軌跡點(diǎn)對應(yīng)在標(biāo)本圖像中實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置之間的誤差量，即v-VO ；
[0081]步驟S13，將遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量進(jìn)一步按比例還原在對應(yīng)理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量，具體地，由長度比例系數(shù)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量乘積即為在對應(yīng)理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量，其中，長度比例系數(shù)由遠(yuǎn)端線長度與圖像像素的寬度值的比值確定；
[0082]步驟S14，將近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量進(jìn)一步按比例還原在對應(yīng)理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量，具體地，由寬度比例系數(shù)與近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量乘積即為在對應(yīng)理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量，其中，寬度比例系數(shù)由近端線長度與圖像像素的寬度值的比值確定；
[0083]步驟S15，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值，具體地，由步驟S13中遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量與步驟S14中近軌跡點(diǎn)位置誤差量的差值作為分子，由測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域的近端線與遠(yuǎn)端線之間的距離作分母；
[0084]步驟S16，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，具體地，包括，
[0085]步驟S161，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量，S卩，取步驟Z21中，理想物理空間區(qū)域內(nèi)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)中心到近端線的距離與步驟S15獲取的機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值之間的乘積。
[0086]步驟S162，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量與近軌跡點(diǎn)誤差量之間的誤差偏移量，更進(jìn)一步地，取步驟S14理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與步驟S161中所獲取的理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量之間的差值即為理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量。
[0087]進(jìn)一步地，對理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量進(jìn)行區(qū)間劃分，具體結(jié)合試驗(yàn)進(jìn)行劃分，具體包括，對應(yīng)機(jī)器人的運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行劃分，具體包括劃分為較大誤差區(qū)域，適中誤差區(qū)域和較小誤差區(qū)域，將機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量對應(yīng)機(jī)器人所在的運(yùn)動區(qū)域進(jìn)行特征劃分，包括，較大誤差區(qū)間，適中誤差間和較小誤差區(qū)間，其中，較大誤差區(qū)間又包括左側(cè)較大誤差區(qū)間和右側(cè)較大誤差區(qū)間，適中誤差區(qū)間又包括左側(cè)適中誤差區(qū)間和右側(cè)適中誤差區(qū)間，較小誤差區(qū)間又包括左側(cè)較小誤差區(qū)間和右側(cè)較小誤差區(qū)間；較大誤差區(qū)間與適中誤差區(qū)間之間以左側(cè)大臨界限與右側(cè)大臨界限區(qū)分，適中誤差區(qū)間與較小誤差區(qū)間之間以左側(cè)小臨界限與右側(cè)小臨界限區(qū)分。
[0088]步驟S21，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在較小誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而使理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于零。當(dāng)機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域時，機(jī)器人控制目的為通過控制器使得使理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于0，如附圖4所示，其中，機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域內(nèi)且位于軌跡左側(cè)時，當(dāng)前主要控制任務(wù)為調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)使機(jī)器人平行于軌跡，即附圖4中第(I)幅子圖中機(jī)器人應(yīng)當(dāng)右轉(zhuǎn)，第(2)幅子圖中機(jī)器人保持姿態(tài)或很慢的轉(zhuǎn)動；第(3)幅子圖中機(jī)器人應(yīng)當(dāng)左轉(zhuǎn)；機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域且位于軌跡右側(cè)時，當(dāng)前主要控制任務(wù)為調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)使機(jī)器人平行于軌跡，即附圖4中第(4)幅子圖中機(jī)器人應(yīng)當(dāng)左轉(zhuǎn)，第(5)幅子圖中機(jī)器人保持姿態(tài)；第(6)幅子圖中機(jī)器人應(yīng)當(dāng)右轉(zhuǎn)。該步所述的機(jī)器人轉(zhuǎn)動并非恒定轉(zhuǎn)速，而是根據(jù)誤差大小進(jìn)行調(diào)整的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動；
[0089]步驟S22，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在左側(cè)適中誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于左側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而調(diào)節(jié)理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于第一特征值，使機(jī)器人進(jìn)入較小誤差區(qū)域；
[0090]當(dāng)機(jī)器人位于左側(cè)適中誤差區(qū)域時，機(jī)器人控制目的為通過控制器使得理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向第一特征值。如圖5所示，機(jī)器人位于左側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，當(dāng)前主要控制任務(wù)為控制機(jī)器人迅速靠近軌跡，因此首先控制機(jī)器人使得機(jī)器人朝向軌跡，即圖5中子圖5(1)、5(2)的機(jī)器人首先向子圖5(3)的趨勢調(diào)整姿態(tài)，當(dāng)調(diào)整到一定的合適值，即第一特征值，機(jī)器人停止調(diào)整姿態(tài)；當(dāng)機(jī)器人調(diào)整過程中大于第一特征值時，需要一個反方向的調(diào)整過程；對于子圖5(3)中的機(jī)器人，調(diào)整趨勢同樣是朝著接近第一特征值的趨勢調(diào)整。該步所述的機(jī)器人轉(zhuǎn)動并非恒定轉(zhuǎn)速，而是根據(jù)誤差大小進(jìn)行調(diào)整的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動；
[0091]步驟S23，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在右側(cè)適中誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于右側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而調(diào)節(jié)理想物理空間下機(jī)器人朝向與循跡軌跡所成角的正切值趨向于第二特征值，使機(jī)器人進(jìn)入較小誤差區(qū)域。
[0092]當(dāng)機(jī)器人位于右側(cè)適中誤差區(qū)域時，機(jī)器人控制目的為通過控制器使得理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于第二特征值。如圖6所示，機(jī)器人位于右側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)時，當(dāng)前主要控制任務(wù)為控制機(jī)器人迅速靠近軌跡，因此首先控制機(jī)器人使得機(jī)器人朝向軌跡，即圖6中子圖6(1)、6(2)的機(jī)器人首先向子圖6(3)的趨勢調(diào)整姿態(tài)，當(dāng)調(diào)整到一定的合適值，即第二特征值時，機(jī)器人停止調(diào)整姿態(tài)；當(dāng)機(jī)器人調(diào)整過程中大于第二特征值時，需要一個反方向的調(diào)整過程；對于子圖6(3)中的機(jī)器人，調(diào)整趨勢同樣是朝著接近第二特征值的趨勢調(diào)整。該步所述的機(jī)器人轉(zhuǎn)動并非恒定轉(zhuǎn)速，而是根據(jù)誤差大小進(jìn)行調(diào)整的轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動；
[0093]步驟S24，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在較大誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于較大誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，使機(jī)器人進(jìn)入適中誤差區(qū)域。將標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量分為第一特征區(qū)間，第二特征區(qū)間，第三特征區(qū)間，第一特征區(qū)間表示機(jī)器人位于左側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)，第二特征區(qū)間表示機(jī)器人位于適中誤差區(qū)域及較小誤差區(qū)域覆蓋的范圍，第三特征區(qū)間表示機(jī)器人位于右側(cè)較大誤差區(qū)域；
[0094]當(dāng)機(jī)器人位于左側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)，此時標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量在第一特征區(qū)間內(nèi)，當(dāng)前主要控制任務(wù)為控制機(jī)器人迅速靠近左側(cè)適中誤差區(qū)域，不論當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)是處于前進(jìn)還是后退，機(jī)器人停止當(dāng)前動作，并自動切換進(jìn)入以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量設(shè)計(jì)的循跡控制器，當(dāng)標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量落入第二誤差區(qū)間的范圍，機(jī)器人重新切換至循跡過程控制，按照步驟S21至步驟S23對應(yīng)調(diào)整機(jī)器人循跡；
[0095]當(dāng)機(jī)器人位于右側(cè)較大誤差區(qū)域內(nèi)，此時標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量在第三特征區(qū)間內(nèi)，當(dāng)前主要控制任務(wù)為控制機(jī)器人迅速靠近右側(cè)適中誤差區(qū)域，不論當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)是處于前進(jìn)還是后退，機(jī)器人停止當(dāng)前動作，并自動切換進(jìn)入以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量設(shè)計(jì)的循跡控制器，當(dāng)標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量落入第三誤差區(qū)間的范圍，機(jī)器人重新切換至循跡過程控制，按照步驟S21至步驟S23對應(yīng)調(diào)整機(jī)器人循跡。
[0096]第二實(shí)施例
[0097]圖7是機(jī)器人的循跡控制模塊圖，下面參照圖7對該實(shí)施例進(jìn)行說明。本發(fā)明中，主要包括循跡特征量標(biāo)定模塊21和循跡控制模塊22。
[0098]循跡特征量標(biāo)定模塊21,用于標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量及標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，獲取理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，并獲取理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值及標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量；
[0099]循跡控制模塊22，循跡控制模塊，以理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量作為控制參考量，判斷機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動區(qū)域，根據(jù)運(yùn)動區(qū)域不同，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器或以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡。
[0100]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，上述的本發(fā)明的各模塊或各步驟可以用通用的單片機(jī)裝置來實(shí)現(xiàn)，這樣，本發(fā)明不限制于任何特定的硬件和軟件結(jié)合。
[0101]雖然本發(fā)明所揭露的實(shí)施方式如上，但所述的內(nèi)容只是為了便于理解本發(fā)明而采用的實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明。任何本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明所揭露的精神和范圍的前提下，可以在實(shí)施的形式上及細(xì)節(jié)上作任何的修改與變化，但本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，仍須以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟SI，通過預(yù)先標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量及標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，獲取理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，并獲取理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值及標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量； 步驟S2，以理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量作為控制參考量，判斷機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動區(qū)域，根據(jù)運(yùn)動區(qū)域不同，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器或以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，其特征在于，包括， 當(dāng)機(jī)器人位于適中誤差區(qū)域或較小誤差區(qū)域，以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡； 當(dāng)機(jī)器人位于較大誤差區(qū)域，將反饋控制信號切換為以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人向軌跡靠近，當(dāng)進(jìn)入適中誤差區(qū)域后，再將反饋控制信號切換為理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，包括將實(shí)際物理空間近似為理想 物理空間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，設(shè)計(jì)以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器的方法，包括， 以一恒定常數(shù)設(shè)置機(jī)器人前向參考速度值，保持向前參考速度矢量方向； 以機(jī)器人攝像機(jī)所成圖像為標(biāo)本，以近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置與理想位置的差與預(yù)先設(shè)定比例系數(shù)的乘積設(shè)置機(jī)器人轉(zhuǎn)向速度值，保持轉(zhuǎn)向速度矢量方向； 以機(jī)器人向前參考速度和機(jī)器人線速度的矢量差設(shè)置左輪電機(jī)線速度矢量； 以機(jī)器人向前參考速度和機(jī)器人線速度的矢量和設(shè)置右輪電機(jī)線速度矢量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，所述標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量，包括， 步驟ZlI，標(biāo)定遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置； 步驟Z12，標(biāo)定近軌跡點(diǎn)成像在標(biāo)本圖像中的實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，所述標(biāo)定標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，包括， 步驟Z21，測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域內(nèi)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)中心到近端線的距離； 步驟Z22，測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域內(nèi)的近端線與遠(yuǎn)端線之間的距離；步驟Z23，取實(shí)際軌跡與近端線的交點(diǎn)為近軌跡點(diǎn)，測量近端線的左端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離，測量近端線的右端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離； 步驟Z24，計(jì)算所測量的近端線的左端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離與所測量的近端線的右端點(diǎn)與近軌跡點(diǎn)之間的距離之和為近端線長度； 步驟Z25，取實(shí)際軌跡與遠(yuǎn)端線的交點(diǎn)為遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)，測量遠(yuǎn)端線的左端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離，測量遠(yuǎn)端線的右端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離； 步驟Z26，計(jì)算所測量的遠(yuǎn)端線的左端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離與所測量的遠(yuǎn)端線的右端點(diǎn)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)之間的距離之和為遠(yuǎn)端線長度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，設(shè)計(jì)以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器的方法，包括， 步驟S11，計(jì)算標(biāo)本圖像中的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量，即，遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)對應(yīng)在標(biāo)本圖像中實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像中的理想位置之間的誤差量； 步驟S12，計(jì)算標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量，即，近軌跡點(diǎn)對應(yīng)在標(biāo)本圖像中實(shí)際位置和在標(biāo)本圖像 中的理想位置之間的誤差量； 步驟S13，將遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量進(jìn)一步按比例還原在對應(yīng)理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量，具體地，由長度比例系數(shù)與遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)成像位置誤差量乘積即為在對應(yīng)理想物理空間下的遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量，其中長度比例系數(shù)由遠(yuǎn)端線長度與圖像像素的寬度值的比值確定； 步驟S14，將近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量進(jìn)一步按比例還原在對應(yīng)理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量，具體地，由寬度比例系數(shù)與近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量乘積即為在對應(yīng)理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量，其中寬度比例系數(shù)由近端線長度與圖像像素的寬度值的比值確定； 步驟S15，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值，具體地，由步驟S13中遠(yuǎn)軌跡點(diǎn)位置誤差量與步驟S14中近軌跡點(diǎn)位置誤差量的差值作為分子，由測量標(biāo)本圖像對應(yīng)的理想物理空間區(qū)域的近端線與遠(yuǎn)端線之間的距離作分母； 步驟S16，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，具體地，包括， 步驟S161，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量，即，取步驟Z21中，理想物理空間區(qū)域內(nèi)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)中心到近端線的距離與步驟S15獲取的機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值之間的乘積； 步驟S162，計(jì)算理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量與近軌跡點(diǎn)誤差量之間的誤差偏移量，更進(jìn)一步地，取步驟S14理想物理空間下的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與步驟S161中所獲取的理想物理空間下機(jī)器人的朝向誤差量之間的差值即為理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1和6所述的基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制方法，包括， 步驟S21，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在較小誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于較小誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而使理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于零； 步驟S22，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在左側(cè)適中誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于左側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而調(diào)節(jié)理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值趨向于第一特征值，使機(jī)器人進(jìn)入較小誤差區(qū)域； 步驟S23，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量在右側(cè)適中誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于右側(cè)適中誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，通過機(jī)器人控制器調(diào)節(jié)機(jī)器的轉(zhuǎn)向從而調(diào)節(jié)理想物理空間下機(jī)器人朝向與循跡軌跡所成角的正切值趨向于第二特征值，使機(jī)器人進(jìn)入較小誤差區(qū)域； 步驟S24，當(dāng)機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移V量在較大誤差區(qū)間內(nèi)，此時機(jī)器人位于較大誤差區(qū)域內(nèi)，選擇以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，使機(jī)器人進(jìn)入適中誤差區(qū)域。
9.基于位姿誤差的視覺伺服機(jī)器人的循跡控制裝置，包括， 循跡特征量標(biāo)定模塊，用于標(biāo)定拍攝的標(biāo)本圖像特征量及標(biāo)本圖像對應(yīng)的實(shí)際物理空間轉(zhuǎn)換得到的理想物理空間中的特征量，獲取理想物理空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的誤差偏移量，并獲取理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值及標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量； 循跡控制模塊，以理想物理 空間下機(jī)器人的近軌跡點(diǎn)位置誤差量與朝向誤差量之間的偏移量誤差偏移量作為控制參考量，判斷機(jī)器人當(dāng)前的運(yùn)動區(qū)域，根據(jù)運(yùn)動區(qū)域不同，選擇以理想物理空間下機(jī)器人朝向與軌跡所成角的正切值作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器或以標(biāo)本圖像中的近軌跡點(diǎn)成像位置誤差量作為反饋控制信號所設(shè)計(jì)的循跡控制器，控制機(jī)器人循跡。
【文檔編號】G05D1/02GK104007761SQ201410183390
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月30日
【發(fā)明者】張敬良, 王寶磊, 董勤波, 賈慶偉 申請人:寧波韋爾德斯凱勒智能科技有限公司