【技术实现步骤摘要】
基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统及方法
本专利技术涉及传感器机器人控制
,具体地,涉及一种基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统及方法。
技术介绍
目前机械臂在工业自动化方面得到了应用。通常情况下,机械臂的工作模式总是固定不变的,换句话说,机械臂是在静态结构环境下重复地运行预先编译好的指令,然后实现相应功能。而在动态的不确定环境下完成复杂作业,便要求机械臂配备相应的传感器,获得智能感知能力。传统的传感器技术通常会存在检测范围的局限性和检测手段的单一性等问题。而视觉传感器作为机器人的非接触式传感器,可以感知机器人外部环境的动态变化,提供更加丰富的信息,检测范围和方式更加多元化。因此,视觉传感器在机器人领域具有重要的地位和作用。视觉伺服是利用计算机视觉反馈的数据来控制机器人的运动,而该数据能够从安装在机器人上的摄像机或者安装在环境中的摄像机获取。所以视觉伺服设计囊括图像处理、计算机视觉和控制理论等领域。近年来,随着计算机视觉技术的提升,机器人的广泛应用,视觉伺服得到了飞速发展。目前,视觉伺服按照控制系统中计算机视觉的反馈信息分为基于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服。按照摄像机传感器的安装方式分为基于眼在手上的视觉伺服和眼在手外的视觉伺服。根据相机的数量可以分为单目视觉伺服系统、双目视觉伺服系统和多目视觉伺服系统。其中,基于位置的视觉伺服在3D笛卡尔空间坐标系中构成闭环控制系统,然后利用视觉信息获得被观测对象在笛卡尔空间坐标系下的位置和姿态,与期望的位置和姿态形成反馈误差,根据该误差设计控制率 ...
【技术保护点】
1.一种基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统,其特征在于,包括:六轴串联机器人、机器人控制柜、控制主机、单目RGB摄像机、数据存储模块、数据计算模块以及视觉模块。其中:/n所述单目RGB摄像机固定在六轴串联机器人的末端执行器上,并与控制主机通信连接;/n所述视觉模块对单目RGB摄像机采集的图像数据进行处理并提取目标的像素位置,向控制主机提供反馈信息;/n所述六轴串联机器人固定在工作空间中,由机器人控制柜控制其关节运动,所述机器人控制柜与控制主机通信连接;/n所述数据存储模块与控制主机数据连接,用于实时从控制主机中获取历史数据并进行存储;/n所述数据计算模块与数据存储模块数据连接,用于实时从数据存储模块中获取历史数据进行计算,将计算得到的数据驱动控制补偿量提供给控制主机,用于视觉伺服控制。/n
【技术特征摘要】
1.一种基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统,其特征在于,包括:六轴串联机器人、机器人控制柜、控制主机、单目RGB摄像机、数据存储模块、数据计算模块以及视觉模块。其中:
所述单目RGB摄像机固定在六轴串联机器人的末端执行器上,并与控制主机通信连接;
所述视觉模块对单目RGB摄像机采集的图像数据进行处理并提取目标的像素位置,向控制主机提供反馈信息;
所述六轴串联机器人固定在工作空间中,由机器人控制柜控制其关节运动,所述机器人控制柜与控制主机通信连接;
所述数据存储模块与控制主机数据连接,用于实时从控制主机中获取历史数据并进行存储;
所述数据计算模块与数据存储模块数据连接,用于实时从数据存储模块中获取历史数据进行计算,将计算得到的数据驱动控制补偿量提供给控制主机,用于视觉伺服控制。
2.根据权利要求1所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统,其特征在于,所述数据存储模块对操作数据进行实时存储,所述数据计算模块对获取的历史数据进行优化计算,计算所得到的结果作为视觉伺服控制补偿量,用于补偿视觉伺服控制量。
3.根据权利要求2所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统,其特征在于,所述数据计算模块对获取的历史数据进行优化计算的具体过程为:
数据计算模块求解数据驱动的最优权重系数λ为:
式中,为历史误差增量,e(k)为目标在k时刻的像素与期望像素的误差,T为矩阵转置运算;
求解数据驱动控制补偿量为:
式中,为历史控制量。
4.一种权利要求1至3中任一项所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1,对系统进行初始化;
S2,在k时刻,数据计算模块从数据存储模块中获取历史数据并求解数据驱动最优权重系数以及数据驱动控制补偿量;
S3,从视觉模块获取目标当前的像素与期望像素的误差,从数据计算模块获取数据驱动控制补偿量加入传统视觉伺服反馈控制率中,计算生成新的控制量;,控制主机将单目RGB摄像机运动转换为六轴串联机器人关节运动,将新的控制量转换为机器人指令,并将机器人指令发送给机器人控制柜;
S4,将该k时刻产生的所有数据送入数据存储模块,等待下一次控制使用;如果目标当前的像素到达期望像素,则停止控制;否则返回S2。
5.根据权利要求4所述的基于数据驱动的图像视觉伺服控制系统的控制方法,其特征在于,所述S1中对系统进行初始化包括如下内容:
初始化数据存储模块和数据计算模块,包括:数据滚动窗口长度初始化为l,历史控制量的最优权重系数初始化为滚动窗口下的单目RGB摄像机历史运动速度初始化为滚动窗口下的历史误差增量初始化为
初始化控制主机...
【专利技术属性】
技术研发人员:李德伟,何邵颖,徐云雯,
申请(专利权)人:上海交通大学,
类型:发明
国别省市:上海;31
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