[发明专利]基于视觉的移动小车位姿镇定控制方法

权利要求书

1.一种基于视觉的移动小车位姿镇定控制方法，其特征在于：包含以下步骤：

1.1.构建基于视觉的移动小车运动学模型和动力学模型，摄像机模型；

1.2.根据步骤1.1中的摄像机模型，建立摄像机在起始位姿、运动过程中所处的位姿和期望位姿处拍摄到的图像间的几何约束关系；

所述的图像间的几何约束关系包括：两幅图像间对极几何关系和三幅图像间三线性约束关系，分别用Epipolar geometry模型和1D trifocal tensor模型表示，其中C₁=(x₁,z₁,θ₁)、C₂=(x₂,z₂,θ₂)和C_d=(0,0,0)分别为摄像机的初始位姿、当前位姿和期望位姿，e_1d，e_2d，e_d1和e₂₁为相应图像上的极点在图像平面x轴方向上的坐标，T₁和T₂为1阶张量；

1.3.根据步骤1.1中的移动小车运动学模型和步骤1.2中的图像间的几何约束关系，采用切换控制策略设计数个独立有序的运动学控制器；

1.4.根据步骤1.1中的移动小车动力学模型和步骤1.3中设计的运动学控制器，利用反演方法设计三个独立有序的动力学控制器，完成整个视觉控制器的设计。

2.根据权利要求1所述的基于视觉的移动小车位姿镇定控制方法，其特征在于：步骤1.3中根据步骤1.2中图像间的几何约束关系采用三步控制策略设计切换的运动学控制器，为动力学控制器提供期望速度：

小车在原地旋转，期望线速度υ_d1为零，利用Epipolar geometry设计角速度控制器，其输出作为动力学控制器的输入，为控制小车旋转直至摄像机光轴指向期望位置提供所需的期望角速度ω_d1

当摄像机光轴指向期望位置时，利用1D trifocal tensor和Epipolar geometry分别设计线速度控制器和角速度控制器，其输出作为动力学控制器的输入，为控制小车做直线运动到达期望位置提供所需的期望线速度υ_d2和期望角速度ω_d2；

当小车到达期望位置时，期望线速度υ_d3为零，利用Epipolar geometry设计角速度控制器，其输出作为动力学控制器的输入，为控制小车旋转到期望方向提供所需的期望角速度ω_d3。

3.根据权利要求1所述的基于视觉的移动小车位姿镇定控制方法，其特征在于：步骤1.4中利用反演方法设计的动力学控制器将步骤1.3中设计的运动学控制器所提供的期望速度作为输入，用其输出力矩来控制小车的速度，使其趋向于期望速度，从而控制小车沿着最短路径镇定到期望位姿：

首先，驱动力矩为零，设计转动力矩控制器控制小车的角速度，使其趋向于期望的角速度ω_d1，从而控制小车旋转使摄像机光轴方向与基线C₁C_d重合；

其次，当摄像机光轴方向与基线C₁C_d重合时，设计驱动力矩控制器和转动力矩控制器分别控制小车的线速度和角速度，使其趋向于期望的线速度υ_d2和角速度ω_d2，从而控制小车沿着基线C₁C_d到达期望位置；

最后，当小车到达期望位置时，驱动力矩为零，设计转动力矩控制器控制小车的角速度，使其趋向于期望的角速度ω_d3，从而控制小车旋转使其方向与期望的方向一致。