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1、无标定视觉伺服在机器人跟踪多特征点目标的应用宋平 康庆生 孟正大东南大学摘要：介绍了一种眼在手上的机器人3D视觉跟踪多特征点目标的无标定视觉伺服。利用基于递推最小二乘法估计图像雅可比矩阵伪逆的无标定视觉伺服，这种方法无需计算雅可比矩阵伪逆，避开了图像雅可比矩阵伪逆计算的奇异性问题。实验结果验证了这种方法的可行性，为机器人抓取目标打下了基础。关键词：眼在手上 多特征点 无标定视觉伺服 3D视觉跟踪Application of Un-calibrated Visual Servo in Tracking Multi-feature ObjectSong Ping Kang Qingsheng Me
2、ng ZhengdaAbstract: This paper presents an uncalibrated control method for robotic vision-guided targets 3D tracking using an eye-in-hand camera.The uncalibrated visual servoing is adopted to fulfill the online recursive estimation of image Jacobian pseudo-inverse matrix, This method doesnt compute
3、the moore-Penrose inverse of image Jacobian and avoid the singularity of image Jacobian. This experiamental results demonstrate the feasibility of this method and experiment lays the groundwork for grasping target.Keywords: eye-in-hand feature points uncalibrated visual servoing 3D visual tracking疯1
4、 史 引凝言棍近年腊来，单越来社越多棍的机啊器人雹被用知于工倍业生拿产，究其领废域主趋要有姐机器幼人焊凯接、进工件板装配荡等。呆这些诞任务堤需要遍机器捎人有科视觉旬功能宾，并夺将视存觉信扑息加温入到掘机器础人控明制中度，其册方法嗽被称所为视劫觉伺忆服。串传统俗的基室于视携觉的桶机器汁人控阿制，棋要求窝摄像锤机内胖部参飘数标虎定、尝机器讽人运张动学弊标定抱、手难眼关久系标悦定式，但碰在实仰际情哗况中糟无法皇精确可标定运。为墨了克吨服基第于标沉定的铺方法笼的弊秤端，可一种绵无标数定方创法就羊越来拖越受告到关干注。芦它的现核心绢是在斥手眼始关系脱及摄认像机兆模型犯未知饼的条蓬件下艘，在奶线估租计图倚
5、像雅烈可比岛矩阵钞，并兰利用乐视觉键反馈旋误差谷控制友机器耗人运倦动，匹进而邀完成香视觉握伺服叛。败由于桥视觉擦传感刃本身企固有阴的特服点只尺能反返馈两塔维信垫息，麦于是夜就始访终存翅在着仗对深凝度信怠息的危估计微问题蚊，如丈何实甲时而援准确广地获扬取深铅度信再息是扛急需悬解决渗的关赵键而幼困难朗的问罪题湾。境目前冻获取滩目标第三维声信息守的主把要有雄以下予几种俱方法抚：1欣）立意体视旷觉，融其主恋要特博点是鸡能够疤获得验景深述，但快立体名视觉抱要进灭行对种应点订的匹郑配，虽耗费柴大量烈的机芳时，沫难以飘满足棋实时顽性的蜜要求河；2剥）主等动视离觉，便它通厦过测蹲距传踢感器泥直接剪测出幻目标项
6、物体澡的距耀离，撇但这妥就涉培及到围多传梦感器谣的数谦据融巩合问韵题；工3）赖单目沙视觉登，它秩是通舟过运雁动获脊取深鸡度和泽从散笑焦获搭取深孝度等雁。从本文迫主要慈用单肃目视昂觉来含进行碑无标壮定视黄觉伺染服，餐根据飞目标厅多特心征点浑在图顾像平劲面成座像的帖位置究与摄稼像机乓的相顺对位街置相狸关间杯接反吵映目巾标深毛度信泉息，育由视拢觉伺长服跟辛踪目灾标。励2 竭 系在统的刮结构燥及工咽作原剂理耕实验遗系统耽如图仍1所益示。禁图1煎位实验留系统鉴实验壁系统锹包括论以下法几个牵部分榨：P愁A1址0机济器人逆手臂诉及其节控制遭设备清、C戏CD根摄像搏机、绵图像悉采集肾卡、隶多媒张体计丝算机啄和
7、火受炬目爽标物捉。工肌作时聪，安谋装在触机器企人手框臂的肠摄像馋机首占先对无环境详进行税摄取拜，通兄过图票像采亲集卡拴采集跟图像刮信息打，利祥用图匆像处厉理对拍目标很物体益识别柱。如尘果目毯标不亏在摄走像机馋视野况范围沾内，额则控境制机心器人薪手臂各左、持右和避上、泳下摆灵动来害进行多全方谷位的供搜索稀目标艳，直出到目扛标出嗽现在运视野邀范围凝内。至当目禁标在稀摄像概机视码觉范开围内告，则两进行货无标掉定视顿觉伺目服。利为了悉实现滤机器西人能浴在深千度上有的跟项踪，疼本文服选取斩了目男标的贼两个帜特征庭点。滤多特勿征点逮在图愉像平宜面的肉投影网图像漫间接抹的反观映了芒目标央的深孩度信烤息。系在
8、实砌时的汽控制回过程邮中，趴用实费时视坦觉特访征与弯图像衡期望杏特征润构成汽视觉廊反馈抢的差败，在睡线估贸计图肾像雅史可比暗矩阵春伪逆顽，采勿用伪替高斯凑牛系顿算孝法，拉算出爷机器藏人关钓节变用化量稳，引巩导机顽器人秤完成虹任务跳。薄3 冷 图满像处度理艘基于质图像姜的视良觉伺酸服系没统中刃，图功像处谷理是个目标篇识别蹲和特栗征点桂提取枝的基两础。钩图像舅处理攻的工闻作过蛋程是谋图像疤输入歉、预只处理挨、图麦像识闪别、狂特征压提取响等步牲骤。集图像朝输入庆是由青摄像瞎机和营图像赠采集荷卡共译同完雷成；医图像桂预处炭理包仪括：狂颜色虎模型斧转换芬、图箱像平塑滑、枣中值瓣滤波跪；图尖像识菊别包品括
9、：蹈边缘韵提取零、检规测平歉行线须、检套测环挖；特叫征提蒙取。端本文敏目标砌识别巷主要棵是：垒颜色迹识别桨、填塑充空找穴、房去除术噪声眨、边北缘提视取、进检测座平行灭线、漫检测滩环资，然奴后是互目标话特征早点的婶提取邪。图傅2是俊待处存理的晶图，溜图3份是提混取目姓标多喝特征春点的党图。普图2怪缘待处庆理图句像书图3说山显示械两个早环的冷重心瞎位置偿4 约 机丘器人凯的无期标定尼视觉哈伺服纤4.榆1 眨无标总定视腊觉伺军服控较制方辨法神视觉债伺服魔是以线当前某图像菠特征磁与期达望图折像特贝征间把的偏孙差作惨为输摩入信谱号，顶通过具一定福的控和制算废法得销到期禾望的尊关节蜘角变吴化值踩，输棚给机
10、撑器人怪控制瞧器，新控制封机械忆手关这节运悄动，是直到购当前奇的图宾像特殖征与尖期望沸特征雄误差悄趋近酸于零史。宗假设进目标迹图像铃的特批征仅哄仅是垂时间宫t的扯函数舞：n筐个关胜节机白械手不末端亩执行揭器的墓m批个图鹊像特炸征点萄只是烂机械斤手关燥节角屠的函诞数：混 ，峰设在虚图像痛平面爆内的富跟踪足误差归为送，它皮是高滋度非识线性伟的函锹数，封且弯麦芦昆律 （傻1）区控制望关节瞧轨迹促q(游t)正使机毒械手翠的末巧端执碧行器鼓跟踪叹目标暴，并挎使如萄下目卵标函多数最洒小：励延秩 （节2）黑我们皮采用渡伪高是斯因牛顿驰算法免：摄=液告涝缴追（3扎）供其中傲集颠对于动固定遵目标客时，扔图像滩特
11、征良的速味度误烈差项优为零坡，即搭0溪，这榨时要供实现茧跟踪创固定肚目标沾的视查觉伺据服控亚制算慰法为嘱统愁（4欠）赖式中落，是为图骨像雅包可比浪矩阵蜻伪逆企于粉时刻代的估税计值棕。病为了舌保证缘开始炎时图狂像雅惭可比鞋矩阵荒伪逆漠收敛引于实猾际值争，通体常采慎用以孙下比厚例控丰制算邀法端：纹裙 （捆5）让4.孔2 恳 在裙线估凑计图龟像雅冶可比效矩阵肤伪逆勿计算斯图像毯雅可视比矩设阵进纺而得都到伪阅逆的脚方法涌有经亦验法药、在趟线估牲计法征和学迅习方枯法等悬。经债验法嘉可以滴通过已标定槽或先堪验模待型推学导得肌到；舞在线充估计所图像原雅可息比矩井阵的弄方法温，可苗以事员先不别进行递标定询，但
12、梯存在脊雅可境比初脸值选存择问肥题；途学习团方法欺主要浪有离撞线示蚕教和在神经手网络饶方法锯等。浑本文海采用辣文献垫8素中作的在雨线递震推最斗小二晶乘法慧直接帽估计棕图像戚雅可塑比伪散逆矩牧阵，辞避开坛了图器像雅缘可比冒矩阵盏伪逆蹄计算脉的奇卫异性忍。射对于吵n胖个关确节的趣机械普手，错2个鹅特征盐点对庸应的哀图像逆雅可您比矩躲阵J猛为礼维矩新阵，狼则存摩在唯壮一的踢维伪叼逆矩抖阵墓，使肯得：晚舒 （谎6）俭上式漆中，摔对于仁的刊行可巷表示凶为扯k检=1腥,2扑,鲜晃，波n 跑赢（7圣）吨由式扶（1板2）弓可见堪，图熔像雅妻可比代矩阵霞的姓k药行与音图像锡的变府化率该成线笨性关日系。筑通过煤不
13、断置的测滤量机冷器人净关节援的变液化和闹对应区图像森的改赠变，萝可同斤时用拴n校组遗伸忘因旺子递妈推最砖小二餐乘算非法在骆线估夏计出脾图像火雅可衰比矩颤阵的美伪逆然，具孟体算林法如嫁下：骂 （谊8）酒 （挖9）承剂孩 （豪10闻）往式中蝶：葵为深k演次叠浑代对诸参数崭的估蜘计；搂为遗丽忘因壳子（葡）。拒显然许，这村里的添估计枯算法霸无需碌任何椅标定狱，因价不需巷要计净算图芦像雅止可比兴矩阵春伪逆猛，可衰避免们雅可春比矩筹阵的眯奇异笔性等繁特点示。严5 犹 实衰验结后果宏5.沈1 始 试配验条卡件棕试验模用的茫是日界本三鸭菱重其工生允产的衣PA慈10宝系列标机械到手P鼠A1腔0-仔6C蔬E，蝇它
14、有钩6个活自由突度。妹本试链验只拘用其融中4办个关船节来奥实现制三维望运动豪，即挤第1宇（s获1）凶，第偶2（肢s2粪），脸第3滋（e旦1）努和第苗5关狗节（览w1奴）。未摄像昆机安剂装在蔽机械哭手的滋第6糠关节梨上，胃构成搏眼在很手上忌结构闲，内纪外参玻数不沿作任垂何标狠定。怀目标筹为一栽个木怪制的吴仿形坑火炬小，为险简化颈图像蚁处理困和目马标识序别，纵在仿航形火秃炬杆彻上涂件有两苍个颜痕色环吹，分抖别是苗：黑弹色和瓣紫色沉环。寨本试饰验以受黑色钢和紫青色环坡的中拌心点租作为雀目标印特征刮点，苦利用奖无标舱定视烘觉伺搏服实丑现机顶械手削三维盼跟踪尖目标垫。视梢觉伺袍服的萍目的寇是控盗制机菠械
15、手地，使覆黑色糕和紫漆色的渐中心婚点的疏图像浮最终河位于傍指定蜓的位偶置。选在起屈动了逮机械拍手后蜻，每嘱个伺境服循僻环周姑期由侨图像扯处理纽、参梦数估粘计、月视觉厨伺服公算法裂运算妨和机对械手分关节焦运动见等环柳节构房成。罩试验黑过程转中采扁用V琴C+谨+编样写机团器人迈视觉丈伺服逢控制壶系统诱，系概统控塞制界窃面如姜图4数所示锅。麻图4杆 系伐统控韵制界启面拜5.妖2 垒 实中验结牙果僵在伐无标拜定跟按踪试尸验中浆，当慰控制坦比例夺系数驴取得玻过大震时，展关节急变化疼量也斧会比村较大元，容虫易使惕摄像侧头超葡出它淋的视呈觉范睛围而葬无法躲到达缓目标困点。交取得翼小点渐，不烂容易检超出蜡摄像
16、混头的伏视觉忌范围落，也岁可以织达到赤目标燃点，薄但收权敛比棕较慢撞，要缠循环督更多悬的次亿数才忘能到船达目绳标点诚。实简验中谨，控烘制比悼例系暑数棉取为炒(0洋.1母5,灶0.素15率，0俱.1隶5，脉0.失15盯)，妖如果雾图像贸误差紫（当读前特烤征点腰与期健望特埋征点陶在图岗像平棍面的诉差值饮）小纷于6邻个p责ix奋el告范围吨内，冠并且另跟踪叉上目慧标的川次数料大于倡30乡次视泪为完疤成视框觉伺执服。摔本文伞介绍乡两组王静态相目标普的无宏标定雕跟踪杜实验假。分实验很1：息目标夏特征茶点从司起始轿位置隆到期洲望位闻置的模两个钥特征魂点在祥图像艺平面愤的距伙离值宅不变肿，目阅标在匠图像缸平面泪的起搭始位贞置为总（6惠9，积10剥3）流，（救66娃，1方48银），迫期望估位置脏为（没10胃1，遮97只），既（9仁
