[发明专利]基于射影单应性矩阵的机器人无标定视觉伺服轨迹规划方法

说明书

本发明属于机器人技术领域，并公开了基于射影单应性矩阵的机器人无标定视觉伺服轨迹规划方法。首先获取理想图像与参考图像，然后结合初始图像与理想图像、参考图像之间的特征点的匹配关系，计算初始图像与理想图像之间的射影单应性矩阵的真实值以及无穷远射影单应性矩阵的真实值，最后根据射影单应性矩阵的真实值在射影单应性矩阵空间进行轨迹规划。本发明所涉及的轨迹规划过程完全不需要任何相机参数，且所生成的射影单应性矩阵空间的轨迹等效于相机在三维空间中直线运动与最优旋转运动的结合，有利于提升视觉伺服技术在无标定条件下的性能与鲁棒性。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地，涉及机器人无标定视觉伺服轨迹规划方法。

背景技术

视觉伺服技术通过结合机器视觉与机器人技术，有利于扩大机器人的应用范围，提升机器人作业能力。传统视觉伺服技术需要对相机、机器人以及手-眼关系进行标定，标定环节通常需要一定的专业技能才能完成，且耗时耗力，不利于视觉伺服技术的广泛推广。无标定视觉伺服技术通过规避系统标定环节，在不损失视觉伺服系统性能的前提下，有效的提高了视觉伺服系统的鲁棒性与灵活性。

经典的无标定视觉伺服通常是基于图像的视觉伺服方法，尽管拥有较好的局部性能，但由于控制闭环在图像空间完成，没有对机器人在三维空间轨迹进行约束，因此普遍面临三维空间轨迹不理想的问题。此外，由于缺乏全局收敛的理论支持，系统在初始误差较大时存在失稳发散的可能性。对无标定视觉伺服方法进行轨迹规划，可将较大的初始误差分解为较小的误差区间，同时规划出理想的机器人三维空间轨迹，有效克服经典无标定视觉伺服的一系列缺陷。

基于图像的无标定视觉伺服方法，其目标函数的维度与图像中特征的数量成正比，当图像特征过于丰富时，系统目标函数维度将过于庞大，导致对应的雅克比矩阵维度过大，在线估计困难，计算耗时，不利于实时在线调控。基于射影单应性矩阵的机器人无标定视觉伺服方法可将冗余的图像信息转换成紧凑的单应性矩阵，使得目标函数维度固定，有效约束了计算量，提高了无标定视觉伺服系统的实时性。但是，基于射影单应性矩阵的方法也面临着三维空间轨迹不理想、全局收敛特性不明的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了基于射影单应性矩阵的机器人无标定视觉伺服轨迹规划方法，优化了无标定条件下机器人视觉伺服系统的三维空间轨迹，便于射影单应性矩阵空间的伺服控制。

为实现上述目的，按照本发明，提供了基于射影单应性矩阵的机器人无标定视觉伺服轨迹规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

1)获取理想图像与参考图像：使用安装在机器人上的机载移动相机，针对目标上不少于8个不共面的特征点其中λ＝1，2，3，...m₀，m₀不小于8，在相机理想位姿坐标系下获取理想图像理想图像上各特征点的像素坐标分别为理想图像上第λ个特征点像素坐标的横坐标和纵坐标，随后在相机参考位姿坐标系下获取参考图像参考图像上各特征点的像素坐标为分别为参考图像上第λ个特征点像素坐标的横坐标和纵坐标；

2)获取初始图像：在相机初始位姿坐标系下获取初始图像初始图像上各特征点的像素坐标分别为初始图像上第λ个特征点像素坐标的横坐标和纵坐标；

3)计算射影单应性矩阵：根据所述理想图像所述参考图像以及所述初始图像中各特征点的像素坐标，计算所述初始图像与所述理想图像之间的射影单应性矩阵的真实值G₀₁以及无穷远射影单应性矩阵的真实值

4)生成射影单应性矩阵空间的轨迹：根据步骤3)中获取的所述射影单应性矩阵的真实值G₀₁以及所述无穷远射影单应性矩阵的真实值生成射影单应性矩阵空间的轨迹G(t)。