[发明专利]一种视角约束下的移动机器人视觉伺服控制方法

权利要求书

1.一种视角约束下的移动机器人视觉伺服控制方法，其特征在于，该方法包括下述步骤：

构建非完整移动机器人的运动学模型以及针孔相机的投影模型；

结合移动机器人的运动学模型，对针孔相机的投影模型进行坐标变换并建立关于像素坐标的系统动态方程；

构建关于像素坐标的伺服跟踪误差方程和其中，i为被跟踪的目标机器人的编号，j为进行伺服跟踪的移动机器人的编号；由于针孔相机存在视角约束，为了避免移动机器人在伺服过程中丢失目标，使用预设性能控制的方法将针孔相机的视角约束转化为关于伺服跟踪误差的上下界约束问题；

对于跟踪第i台机器人的第j台机器人，将伺服跟踪误差和定义为：

其中，为的期望值，和均为常数；

针孔相机的视角约束：针孔相机的视野是有限的，即相机存在一个水平可视角度范围和一个垂直可视角度范围，称为针孔相机的视角约束，这两个角度的约束在图像平面上体现为像素坐标的范围是有限的，即：

u_min≤u≤u_max

v_min≤v≤v_max

其中，(u_min，v_min)和(u_max，v_max)分别为图像平面左上角点的像素坐标以及右下角点的像素坐标，结合上述关于伺服跟踪误差的定义，得到如下的误差约束：

为了保证闭环系统能满足指定的暂态和稳态性能，使用预设性能控制的方法为伺服跟踪误差引入如下的上、下界性能约束：

其中，β_ui(t)、β_vi(t)、为预先指定的性能函数，定义如下：

上式中，β_*i，∞、代表允许的最大稳态误差，分别满足0＜β_*i，∞＜β_*i，0，κ_*i，为正的设计参数，*∈{u，v}；性能函数的定义形式保证了性能约束比视角约束更为严格，当伺服跟踪误差满足上述的性能约束时，它也一定满足视角约束；

基于预设性能控制的方法，构建一个关于伺服跟踪误差和的障碍函数来保证伺服跟踪误差能够始终保持在上、下界性能函数之间，并将构建出来的障碍函数引入到李雅普诺夫设计法中，使用自适应控制以及速度观测器对系统内的未知参数和动态变量进行估计和补偿，设计出基于图像的视觉伺服控制器；

所述障碍函数具体如下：

上述的障碍函数具有以下特点：当且仅当伺服跟踪误差趋近性能函数β_*i或时，障碍函数的函数值趋于无穷；当且仅当伺服跟踪误差时，η_*i＝0，*∈{u，v}。

2.根据权利要求1所述的一种视角约束下的移动机器人视觉伺服控制方法，其特征在于，所述非完整移动机器人的运动学模型具体为：

其中，(x_i，y_i)表示第i台移动机器人在大地坐标系中的位置；θ_i为第i台移动机器人在大地坐标系中的航向角；v_i和ω_i分别为该移动机器人相对于大地坐标系运动的线速度和角速度。