畢設(shè)英文翻譯.doc

視覺伺服的6自由度機械手的3 - D簡介一， 導(dǎo)言在工業(yè)應(yīng)用中，許多機器人任務(wù)，包括在后沿配置文件路徑，例如，作出焊接沿邊緣聯(lián)合分發(fā)在一輛汽車大門上密封條的膠，并消除了金屬鑄造件或聚合物沿邊緣的毛刺。對于這方面的任務(wù)，在今天的工業(yè)應(yīng)用上機器人必須輸入運營商的程序，按照準確的軌跡運行。一個外部視覺傳感器的使用，再加上像照相機的電荷器件（CCD），可能會非常有助于控制和結(jié)束機器人的工作，使其保持在同一場合關(guān)于配置文件的使用。事實上，以視覺伺服，既沒有必要了解配置文件的精確曲率，或其關(guān)于機器人的坐標框架。機器人會自動遵循簡介的配置文件。本文介紹這樣一個視覺伺服應(yīng)用程序，其中我們假設(shè)只有配置文件的截面輪廓為已知立場一致的配置。存在一些與以往工程簡介處理的有，例如：模擬顯示其目的在于以下道路模型由三條平行線構(gòu)成。該相機必須留在中心右手邊用來定義關(guān)于道路的線高度和正確的道路方向。這說明了用一個圖像模擬的方法來配置功能直線的共面線。這是一個二維（2 - D型）線，以下實驗中的線是可彎曲的，但始終保持在一個平面平行在攝像機的圖像平面。其他工程涉及到對個人資料三維（3 - D型）重建，例如：在文獻3,4的基礎(chǔ)上,作者們處理了三維重建道路的自主駕駛的交通工具。這是一個配置文件，以下是有限度的兩個任務(wù)自由（2自由度），具體到與假設(shè)所特有的這種應(yīng)用程序的類型（例如，該相機就距離道路是一個已知的常數(shù)），不能用在我們的問題。本文的一個主要貢獻是一個三維彎曲的文件，因為以前的作品是根據(jù)彎曲的側(cè)面、平面和剖面處理文獻2，1。在本文中，我們假設(shè)文件包含至少有三個平行曲線或邊緣。我們建議一個方法從圖像輪廓的邊緣估算攝像機的位置。平行邊之間的距離必須清楚,但是這個曲率的輪廓未知。我們使用基于位置的控制策略來控制視覺循環(huán)（見5 - 9）。該方法中，我們提出的重建的姿態(tài)是根據(jù)確定的切線向量輪廓在當(dāng)前的橫截面(見圖1)。一個問題是我們必須解決的電流橫截面,即截面輪廓相對于當(dāng)前的姿勢。這種電流變截面應(yīng)該沿著剖面的的速度要求。不幸的是視覺系統(tǒng)在剖面圖的方向不能給速度和位置測量。因此，我們更多的使用對機器人運動學(xué)模型的測量是為了控制沿剖面位移速度。兩個控制器進行了視覺伺服循環(huán):一個比例加積分(PI)控制器和一個廣義的預(yù)測控制器。調(diào)音技術(shù)用于GPC研究的描述了一個相同10和11。GPC上展出性能優(yōu)于PI,多虧了這樣一個事實:它考慮到了動態(tài)的機械手。另外,在考慮了控制器在地震剖面曲率變化的電流十字架部分。這種超前的視覺功能，循環(huán)使用視覺信息預(yù)測的機器人運動是這項工作的另一個貢獻。該文件分為三個部分。第一部分介紹如何推導(dǎo)出構(gòu)成的輪廓和照相機之間的關(guān)系。在第二部分，給出了整個視覺伺服回路模型。最后，第三部分仿真和實驗結(jié)果。二，計算姿態(tài)的矢量1. 背景材料和方法因此,如果我們假設(shè)型材斷面包含邊界,通常情況下在工業(yè)應(yīng)用中,切線這些邊緣點屬于相同的橫截面平行一起并且平行于參考曲線。在三維空間中,至少有三個平行線需要重建之間的轉(zhuǎn)換框架連接到照相機和一架附件的平行線,從這個角度來看這些線投影在攝影機框架(這一點了II-C節(jié))。讓我們考慮以下一般透視投影理所應(yīng)得的一筆財產(chǎn)。性質(zhì)2:透視投影的切線:這個觀點投射的切線方向?qū)?shù)曲線在三維在這個空間曲線的切線方向是一致的投影曲線點等于投射。這個屬性是證明在12。在此基礎(chǔ)上的財產(chǎn),我們要找到在圖像的預(yù)測,分同樣的橫截面。在這些地點的切線的邊緣輪廓的預(yù)測是那么的投射邊緣輪廓線切線是在三維空間,這是相似的,因為他們屬于相同的橫截面。因此,以確定三個平行線的輪廓,切線是必要的影像中找到三分,是預(yù)期的三分在三維空間屬于某個特定的橫截面。這樣做,我們假設(shè)投射在圖像邊緣有一個小曲率。一個小錯誤的決心這些觀點然后產(chǎn)量是微不足道的誤差檢測切線,如圖3(b)。因此,估計的十字架授權(quán)許可部分可以垂直中央邊緣一個偉大的錯誤產(chǎn)生的估計切線。它是那么足夠的切線識別圖像的十字路口這個估計截面之間的輪廓的放映,邊,以重建的電流之間的交叉的姿勢部分和照相機。2. 建模資料和投影正如前面章節(jié)中,重建過程的姿勢和照相機之間是基于輪廓在放映的切線的輪廓的邊緣屬于當(dāng)前的橫截面。摘要為了準確衡量這些切線,曲線在圖像模擬高階多項式。圖4顯示的圖象處理工作。在初步全球檢測的特點,采用多項式的形象模型的基礎(chǔ)上確定的曲線。每個測試、區(qū)域AOIs),然后根據(jù)沿著每個曲線獲得對多項式模型。TheseAOIs是選中的位置在過去的曲線的形象。然后進行邊緣檢測這些AOIs和中心所有的點的大規(guī)模的梯度比一閾值計算。在理論上,這種質(zhì)心的歸屬中間的相應(yīng)的曲線。在我們的試驗中,9 AOIs處理,使9分屬于曲線(見圖4)。所有這些觀點的亞像素坐標然后使用能夠找到最好的多項式逼近的嗎曲線與最小二乘法。最后,切線在當(dāng)前的截面曲線的計算。三，簡介任務(wù) 1. 控制沿剖面的位置圖像不給任何信息關(guān)于這個職位的簡介。人們可以簡單地把以恒定速度在剖面方向上的基礎(chǔ)約束添加在開環(huán)約束上，該機器人的運動學(xué)估計為圖像1，即中心項目。這個方法將完美地應(yīng)用工作時的平面輪廓。然而在某些情況下,當(dāng)輪廓曲線的速度限制可以補償環(huán)路其它的自由度控制。這就產(chǎn)生了穩(wěn)定的限制，然而該機器人在沿著剖面方向上將沒辦法繼續(xù)下面的任務(wù)。因此,為了準確地跟隨恒定的輪廓速度和位置，沿剖面必須加以控制。因此,我們必須有一個測量沿剖面位置的儀器。為了這個目的,我們使用的運動模型的參數(shù)將準確地估計機器人對應(yīng)于當(dāng)前的橫截面的位置。這個參數(shù)是直接連接到在這個位置的剖面。圖7這個步驟說明所需估計目前的位置,即截面位置的框架。讓齊次變換之間的這個框架連接到基地的機器人(見圖),。這個框架相連的橫截面是用來制造的在先前的采樣測量的瞬間位置。我們注意它的齊次變換間的框架附在連接到鏡頭的基地和框架,獲得了通過計算全測地子流形的機器人運動學(xué)模型,在其先前的用關(guān)節(jié)位置測量的位置。事實上,這些條件沒有滿足。因此,這個職位必須由目前的視覺測量。這個目的是表達在攝影機框架那里得到的位置，展現(xiàn)出計算機器人運動學(xué)模型的特點,在目前的位置定義和齊次變換一個理論垂直平面,垂直的方向文件將跟蹤任務(wù),指出目前的十字架部分不正確的地方。我們必須找出在當(dāng)前圖像的屬于垂直方向上的投射型材斷面。這樣做是描述圖 8這個迭代算法。迭代算法試圖找到位置參考平面，由標參數(shù)見（18）確定。在下文中，附加的下標是指“采取的第迭代步驟。“因此，估計值是第一步迭代用來參考平面相交在影像中央的邊緣點。2. 視覺伺服回路這個圖描述了視覺伺服回路，視覺信息從相機上提供了一種估計方法，攝影機框架和電流橫截面上之間的轉(zhuǎn)換。這是個齊次值乘逆的轉(zhuǎn)換(是參考理想職位的攝影機框架)。這是在初始化開始的時候,與視覺伺服任務(wù)的這個姿勢是相機和橫截面投影在中間的形象。因此,即便是壞的照相機,該開始的姿勢會由視覺伺服來控制。然后齊次變換之間的是當(dāng)前的攝影機框架和理想的人。讓我們把轉(zhuǎn)型一個齊次變換矩陣分為六笛卡爾坐標，三個譯本和三個旋轉(zhuǎn)。因此,這個姿勢由理想的攝影機框架表示。假設(shè)視覺循環(huán)回路維持足夠快小，因此，避免了切換問題和計算。客觀的視覺伺服的目的是約束這個姿態(tài)為零。我們使用速度控制的6自由度機械手更高，而不是傳統(tǒng)的立場帶寬控制機械臂（見15）。因此，控制器必須為每個自由度速度提（自由度）。這些提法改為參考速度與雅可比的機器人關(guān)節(jié)角度。最后，這些引用是直接將聯(lián)合電平輸入模擬速度控制回路的機械手通過一個數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。為進一步的信息,參考在控制方案11,16和 17。1)PI控制與預(yù)測控制:在被介紹在1987年由克拉克(參見d)。GPC研究基礎(chǔ)最小化代價函數(shù)的有限退去地平線如下: 對于一個定形與產(chǎn)出的多變量過程分別為:控制輸入向量,輸出向量,并參考向量。該控制器“預(yù)測”,因為它考慮到將來參考。實際上,最小要求的計算方法預(yù)測未來的輸出信號的參考使用。這個爭論的是未來步驟的控制輸入。有三種控制策略,即:一種標準進行控制策略和兩個GPCs與標準PI的策略,沒有信息關(guān)于未來的變化可以在地震剖面曲率中使用,而與預(yù)測策略有關(guān)的是改變目前的側(cè)面彎曲截面測量是通過攝像機，可以用凝膠作為參考信號來提高精度。有關(guān)如何模型的更多信息的動態(tài)速度控制的機器人，以及如何調(diào)整參數(shù)的廣義預(yù)測，讀者可以參考11和16 - 20。四，仿真和實驗 1.仿真結(jié)果一個圖形仿真為了驗證該算法在實際執(zhí)行之前的系統(tǒng)。機器人的動力學(xué)仿真與高階線性化模型的動態(tài)模型, 圖10顯示了軋輥的測量誤差角的配置，下面沿剖面任務(wù)中表現(xiàn)在10厘米的恒定速度6 /秒是角度圍繞圖幀方向。這個模擬測試了兩個控制器,即PI控制器和凝膠未經(jīng)展望廣義的測試，實際調(diào)諧的GPC的解釋11。此外，兩個不同采樣率模擬的GPC，即20毫秒采樣率真正的實驗裝置，相當(dāng)于未來系統(tǒng)快速CCD相機。顯然，這些模擬清晰顯示GPC相比PI的優(yōu)越性。這是因為這一事實的GPC使用線性動態(tài)模型在對計算速度控制輸入控制機械手。此外，模擬顯示在減少抽樣利率的提高之后，顯示精密配置文件減少方差組成。2.實驗結(jié)果沒有展現(xiàn)未來在我們的實驗裝置，配置文件是由三個黑線印在白色的紙帶。它的曲率輕易改變（例如，由置于一個對象）。視覺傳感器是一個普通國際無線電咨詢委員會（無線電咨詢委員會）防治荒漠化公約黑白相間的攝像頭。通過交替使用奇數(shù)和一個幀的偶數(shù)場，在視覺測量采樣率可以設(shè)置在50赫茲。視覺循環(huán)同步遠見，因此，它的采樣率為50赫茲。在圖像處理和控制回路是由執(zhí)行奔騰II300臺計算機與成像技術(shù)的PCI幀采集卡木板。該機器人是一個六自由度SCEMI 6P01機器人六旋轉(zhuǎn)接頭。對于所有的實驗中，我們使用相同的配置文件，這是圖11所示。此配置文件分為兩部分，即，筆直的和彎曲的。圖12顯示的是在配置文件后2厘米速度/秒它清楚地表明循環(huán)的視覺誤差比較六自由度的PI控制器和GPC（不展望未來），由于曲率變化相比PI控制器拒絕的GPC更好的擾動。事實上,調(diào)整的凝膠考慮了機器人的動力學(xué)模型,而這個通過手動優(yōu)化PI控制器在實際系統(tǒng)調(diào)整。隨著2厘米以下的速度和與廣義預(yù)測控制，最大在垂直方向的輪廓度誤差小于1毫米。最大誤差小于0.5毫米。擾動的原因是重要的剖面曲率只有三個自由度：在沿剖面位移運動時，深度和滾動角（周圍旋轉(zhuǎn)軸，見圖 11）。重大的錯誤是在曲線對應(yīng)的輪廓。這是由于重大變化的速度相機框架在曲線部分的輪廓保持方向之間的相機和側(cè)面不變。注意這一運動的速度不變時,電流十字架沒有必要在幀率恒定的速度,尤其是當(dāng)輪廓曲線。圖13顯示了一種廣義預(yù)測控制的錯誤，并在不同的速度，即1，3和5厘米/秒表一總結(jié)在這些文件的最大錯誤在下面的任務(wù)三自由度。3.超前預(yù)測控制策略圖14的概念,提出了一種比較兩種控制策略在8厘米以下的速度的仿真和實驗,例如,在此情形,信息的電流變截面就是在這樣的情形并不是這樣的。仿真結(jié)果表明信息的準確性,下面的任務(wù)以超前預(yù)測策略顯然比以預(yù)測策略展望未來。然而,實際的實驗中不同的是，模擬是不重要的。我們解釋的這種仿真與實驗之間的差距是由于我們的視覺系統(tǒng)校準薄弱。模擬圖14提出的結(jié)果，模擬相機是完美已知的和準確價值觀的內(nèi)在參數(shù)生成的預(yù)測。在圖15，我們采取的內(nèi)在參數(shù)，有一個錯誤5就用來模擬攝像頭的值。這個數(shù)字顯示，即使是小錯誤（5）的校準，相機產(chǎn)生一個配置文件中會有很大的誤差。因此，超前的戰(zhàn)略需要非常精確的校準。五，結(jié)論實驗告訴我們精確跟蹤未知的三維可以在5厘米/秒的速度與標準CCD相機。仿真表明,增加的抽樣可以改善這種精度率(例如,用一輛高速行駛的相機)。另外,兩種控制器，考慮動態(tài)的機械手即手動測試調(diào)諧PI控制器和一個GPC調(diào)諧。GPC研究顯示一個激烈的改進拒絕的擾動和更好的追隨者精度。我們比較了兩種控制策略,即使用(GPC),人們預(yù)想的輪廓和另一個實驗仿真研究表明,超前的方法可以提高精度,但產(chǎn)量更好只有良好的校準視覺系統(tǒng)。我們正在尋找一個新的設(shè)計預(yù)測控制方法的誤差,將魯棒性在攝像機標定。六，參考文獻1. 蘭格樓，體育文施，和G.海辛格，“預(yù)測的控制目標高速工業(yè)機器人的路徑，“在進程內(nèi)。電機及電子學(xué)工程師聯(lián)合會廉政。機密。機器人。自動機。，1998年，第。 2646年至2651年。2. 埃斯皮奧，樓肖梅特，和P.里夫斯“的新方法視覺伺服在機器人“電機及電子學(xué)工程師聯(lián)合會跨。機器人。自動機?；鹕健?8頁。 313-326，1992年6月。3. 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