專利名稱：基于自適應粒子濾波的機器人視覺伺服控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種機器人視覺伺服控制方法，屬于計算機人工智能技術領域。
背景技術：
機器人視覺伺服是指機器人能夠模仿人類的視覺感知系統(tǒng)，通過視覺反饋信息， 從而指導機器人進行各項操作，可以完成諸如焊接、裝配、搬運物體等各種服務于人類的工作。多年來，關于機器人視覺伺服控制研究的文獻有很多。當系統(tǒng)結構參數(shù)已知時，可 以采用常規(guī)的控制方法進行控制。當系統(tǒng)結構參數(shù)部分未知時，可以通過合適的標定過程 得到，但對于系統(tǒng)或圖像特征比較復雜的情況，通過標定得到的參數(shù)容易受參數(shù)變化、環(huán)境 變化的干擾。因此就出現(xiàn)了一些在線估計未知量的機器人視覺伺服控制方法。如“Hosoda K, Asada Μ. Versatile visual servoing without knowledge of true Jacobian. IEEE/ RSJ/GI Int. Conf. On Intelligent Robots and Systems，1994 :186-193. ”采用最小二乘 的估計方法，"Piepmeier J A, McMurray G V, Lipkin H. A dynamic Quasi-Newton method for uncalibrated visual servoing. Proc IEEE Int Conf On Robotics and Automation, 1999 :1595-1600. ”采用動態(tài)擬牛頓估計方法，“Qian Jiang, Su Jianbo. On-line estimation of image Jacobian matrix by Kalman-Bucy filter for uncalibrated stereo vision feedback. Proc. of IEEE Int.Conf. on Robotics and Automation. Volume 1,2002 =562-567. ”采用卡爾曼濾波方法等。近年來，有不少研究人員將粒子濾波技術用于機器人伺服控制系統(tǒng)，因為粒子濾 波技術在解決非線性非高斯系統(tǒng)的狀態(tài)估計和參數(shù)估計問題方面具有特別的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對當前機器人視覺伺服控制方法中存在的技術問題，提供一種 新的機器人視覺伺服控制方法。本發(fā)明方法對粒子濾波技術進行改進，通過引入自適應機 制，將改進后的自適應粒子濾波技術用于機器人視覺伺服控制。本發(fā)明方法基于以下原理對于末端安有裝攝像頭的臂式機器人，當其通過攝像頭看到操作臺上面的目標物 時，能夠根據(jù)需要通過移動末端來接近目標物，進而完成抓取、裝配等操作。這個過程是一 個復雜的非線性過程。在這樣的控制系統(tǒng)中，機器人的移動將會引起目標物在圖像中的位置發(fā)生變化。 機器人關節(jié)角θ及目標在圖像中的位置y之間的關系可表示為

權利要求
1.基于自適應粒子濾波的機器人視覺伺服控制方法，其特征在于包括以下步驟 第一步，根據(jù)實際需要給出期望的目標圖像特征yd及對應的機器人關節(jié)角θ (0)，并初始化J(O) J(O)的各元素構成狀態(tài)向量X(O)，生成N個粒子對(i = 1，…，N)，其初 始權值均取為ι/Ν ；第二步，拍攝圖像，讀取當前時刻機器人關節(jié)角θ，并獲取θ隨時間t的變化量
2.如權利要求1所述的基于自適應粒子濾波的機器人視覺伺服控制方法，其特征在 于，所述第五步獲取矩陣J的方法如下(1)根據(jù)狀態(tài)轉移方程，計算N個樣本的預測值f(i = 1，…，N)；(2)根據(jù)觀測方程，得到觀測向量一(土= 1，…，N)，并據(jù)此修改各樣本的權值(3)對權值<進行歸一化處理；(4)復制權大的樣本，去掉權小的樣本，并重新取各樣本的權值為1/N，由此得到N個新 粒子對{xSw] (i = 1，…，N)；(5)更新狀態(tài)
3.如權利要求2所述的基于自適應粒子濾波的機器人視覺伺服控制方法，其特征在 于，在步驟(5)完成后，根據(jù)I I Ayl I與觀測向量I IzM之比的大小自適應修正N的值，并 將修正后的值作為下一時刻樣本的數(shù)量；其修正方法為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于自適應粒子濾波的機器人視覺伺服控制方法，屬于計算機人工智能技術領域。首先根據(jù)實際需要給出期望的目標圖像特征及對應的機器人關節(jié)角；然后拍攝圖像，讀取當前時刻機器人關節(jié)角；之后根據(jù)圖像計算目標物的實際圖像特征。然后計算圖像特征偏差和變換量，如果圖像特征偏差為零，說明機器人已到達預定位置，控制流程結束，否則獲取圖像雅可比矩陣。最后根據(jù)得到的圖像雅可比矩陣及圖像特征變換量，得到關節(jié)角變化量的估計值。將關節(jié)角變化量估計值輸入給機器人控制器，控制器根據(jù)其來控制調整機器人的運動。本發(fā)明方法通過引入自適應的粒子濾波算法，能夠適用于非線性非高斯的控制系統(tǒng)。
文檔編號B25J19/00GK102059703SQ201010558238
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權日2010年11月22日
發(fā)明者趙清杰, 馬捷 申請人:北京理工大學