[发明专利]一种时变性能边界约束的视觉伺服自适应跟踪控制方法

权利要求书

1.一种时变性能边界约束的视觉伺服自适应跟踪控制方法，所应用的IBVS系统包括主控单元、机械臂和安装在机械臂执行器末端的摄像头，主控单元根据摄像头获取的图像特征信息生成控制指令驱动机械臂运动，摄像头随机械臂运动后再次获取图像，形成运动-反馈-运动的循环，其特征在于，运动-反馈-运动的循环包括以下步骤：

101、预先确定摄像头和目标物体的相对位姿，获取此时的目标物体的图像作为期望目标图像，获取期望目标图像的特征向量s_d；

102、获取六自由度机械臂的当前位置，获取当前位置时摄像头采集的当前目标图像，获取所述当前目标图像的特征向量s；

103、将所述当前目标图像的特征向量s与期望目标图像的特征向量s_d做差，获取图像特征误差s-s_d；

104、判断所述图像特征误差的范数||s-s_d||小于预设值，则完成任务；

否则，根据当前目标图像计算图像雅克比矩阵，根据图像雅克比矩阵、图像特征误差和具有时变性能边界约束控制器利用公式一计算出摄像头在笛卡尔空间中的空间速度V_c，再将空间速度V_c转换为驱动摄像头运动到下一位姿的机械臂各个关节速度，并跳转至步骤102；

公式一：

其中,L_s＝[L_s1；L_s2；L_s3；L_s4]∈R^8×6，L_s1、L_s2、L_s3和L_s4均为图像雅克比矩阵，表示为L_s估计值的伪逆，且满足δ(t)是一个满足δ(t)≤ξ的时变未知矩阵，ξ为一个未知正常数；λ为正常数，e为图像特征误差，I∈R^8×8为单位矩阵；

其中，控制器包括；

公式五：

其中，K和Q为矩阵，且满足Q(A+BK)+(A+BK)^TQ＜0，V∈R^8×8，P∈R^8×8，P为矩阵，且满足AV+BP＝VA_r，A_r是一个预设的赫尔维兹矩阵；A为表示内部参数的常数矩阵，B为单位矩阵；

引入参考模型其中，x_r∈R^8×1表示参考图像特征误差向量，为x_r的一阶导数；

以及引入状态空间模型

式中，x＝e，表示为系统的控制输入，其中，为外部扰动，ΔA＝λδ(t)为内部不确定参数，且满足||ΔA||≤λξ，λ正常数，ξ为一个未知正常数；

η₁、η₂和η₃通过公式六至公式十获得；

公式六：e_r＝x-Vx_r；

公式七：

式中，θ(t)为预设指数衰减函数；

公式八：

公式九：

公式十：

式中，∈为正常数，满足和分别为和的估计值，其中是一个未知正常数，δ₀为正常数；为θ的一阶导数；λ_max(·)为矩阵的最大特征值；λ_min(·)为矩阵的最小特征值；其中，||e_r||_Q为e_r的Q范数；

根据公式十一和十二自适应更新和

公式十一：

公式十二：

根据公式十三和十四获取参考估计误差和的自适应更新律；

公式十三：

公式十四：

其中，γ₁和γ₂为正的自适应增益，

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，摄像头在笛卡尔空间中的空间速度V_c表示为

其中，v_cx、v_cy和v_cz均表示摄像头的线速度，ω_cx、ω_cy和ω_cz表示摄像头的角速度。