[发明专利]一种基于图像的加油机器人视觉引导的方法

权利要求书

1.一种基于图像的加油机器人视觉引导的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于提取的汽车圆角矩形油箱盖虚拟角点特征，通过对小孔成像模型的分析，建立末端相机位姿变化与图像空间特征点变化之间的定量映射关系模型；将视觉引导系统中的机械臂关节作为理想的速度源，使用关节速度反馈来确保关节以要求的速度移动，外部的位置环使用视觉引导反馈来确定需要的关节速度以跟踪目标；

2)提出图像雅克比矩阵的基本概念和基于模型的图像雅克比具体表示形式，并构建简单的线性控制器进行基于有相机标定参数情况下的加油任务视觉引导仿真分析；基于图像中的三个不共线特征点来研究特征点组的期望运动如何决定相机位姿的运动，具体方法如下：

对于图像空间中的三个点{(u_i,v_i),i＝1,2,3}的情况，特征点在图像空间中变化对应的速度为因此，其雅克比矩阵写为：

式中：v_x、v_y、v_z分别表示空间中的点在x、y、z方向的速度；ω_x、ω_y、ω_z分别表示在图像空间中x、y、z方向的速度；

基于式(1)可以从图像特征点的给定特征速度计算得出相机的位姿运动速度，而目标点的特征速度通过构造线性控制器确定如下：

其中，λ满足：

式中：e_f(k)＝(p^*-p)——图像特征误差；Δv_max——机器人末端执行器运动速度上限；——图像雅克比矩阵J_p的伪逆矩阵；

通过λ保证给出的机器人末端速度控制量不会超过机器人的极限运动能力；该线性控制器将在图像空间中驱动特征点p向期望的目标位置p^*运动，将式(2)和(3)带入式(1)可得：

该控制器将驱动相机运动，使目标特征点在图像空间中向期望的位置运动；

3)提出通过卡尔曼滤波算法实现对无标定视觉引导任务中图像雅克比矩阵的在线估计；

4)构建基于卡尔曼滤波估计的无标定视觉引导加油定位系统。