一種足式移動機器人的混合視覺伺服控制方法

張德偉，劉海濤，王仙業，肖聚亮

（天津大學機構理論與裝備設計教育部重點實驗室，天津300354）

移動機器人具有更大的操作空間和更高的靈活性，被廣泛的應用在各種場合。但由于Brockett 條件[1]的限制，移動機器人通常需要借助額外的狀態信息來解決因自身非完整約束而導致的控制系統漸進穩定性和反饋穩定性問題。利用視覺傳感器的視覺伺服控制技術具備獲取信息全面、可靠性高等優點，能夠有效提高移動機器人在非結構環境中的作業靈活度和智能化水平，并提供額外的狀態信息構建移動機器人的反饋控制系統，因此近年來得到了快速的發展[2-5]。

視覺伺服控制系統根據視覺反饋信息的類型大致可分為：基于位置的視覺伺服PBVS（Positionbased visual servoing）和基于圖像的視覺伺服IBVS（Image-based visual servoing）[6]。PBVS控制方法需要在三維空間中設計控制器，并根據目標對象的圖像特征估計相機自身的三維空間姿態。而IBVS方法直接基于目標的圖像特征設計控制器，無需三維重建的過程。此外，亦可將兩種方法進行組合，從而構建混合視覺伺服方案[7]，利用視覺傳感器捕獲的圖像信息構造反映機器人實際位姿的狀態變量，作為反饋信息，實現機器人的視覺伺服控制。基于上述3種方法，眾多研究者對輪式機器人的視覺伺服控制開展了大量的研究工作。Shi等[8]采用模糊算法提高了圖像特征檢測的精度，并通過使用兩個獨立的伺服增益解耦機器人運動的平移和旋轉，提高了IBVS控制系統的性能。……