基于視覺伺服的非完整輪式移動(dòng)機(jī)器人控制研究視覺傳感器通過模擬人類視覺感知的方式,能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)環(huán)境的非接觸式測(cè)量。視覺相機(jī)具有成本低、所含信息量豐富、可靠性高等優(yōu)點(diǎn),因此常用作移動(dòng)機(jī)器人的傳感器,以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精確定位與檢測(cè)目標(biāo)的功能,其應(yīng)用涉及家庭服務(wù)、智能交通、航空航天等多個(gè)領(lǐng)域。基于視覺傳感器的移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服問題也成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。所謂視覺伺服,就是利用視覺傳感器獲取反饋信息從而控制機(jī)器人達(dá)到期望位姿(點(diǎn)鎮(zhèn)定)或?qū)崿F(xiàn)對(duì)期望軌跡的跟蹤(軌跡跟蹤)。移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)是一種典型的嚴(yán)格非線性、欠驅(qū)動(dòng)的非完整系統(tǒng),而視覺傳感器會(huì)帶來諸多不確定性的因素使其成為一種不確定的非完整系統(tǒng),其視覺伺服控制器的設(shè)計(jì)極具挑戰(zhàn)性。此外,受機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的限制,相機(jī)坐標(biāo)系可能與機(jī)器人坐標(biāo)系不重合,需要對(duì)相機(jī)外參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,這也給視覺伺服的具體應(yīng)用帶來不便。盡管移動(dòng)機(jī)器人的視覺伺服問題研究已經(jīng)取得不少進(jìn)展,但仍存在一些不足。首先,現(xiàn)有的大多數(shù)視覺伺服方法都屬于自適應(yīng)控制,它們雖能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)誤差的漸近收斂,但其控制器增益易受系統(tǒng)初始狀態(tài)的影響,不易調(diào)節(jié)。其次,這些方法主要采用的是時(shí)變控制律,具有較慢的收斂速度。另外,移動(dòng)機(jī)器人的視覺鎮(zhèn)定任務(wù)與軌跡跟蹤任務(wù)有時(shí)不能嚴(yán)格地被區(qū)分,若設(shè)計(jì)非統(tǒng)一的控制律會(huì)給實(shí)際應(yīng)用帶來不便。最后,目前已有的視覺伺服鎮(zhèn)定控制器大多是在運(yùn)動(dòng)學(xué)層面設(shè)計(jì)的,這要求所設(shè)計(jì)的速度信號(hào)能夠快速地被跟蹤上,但受機(jī)器人質(zhì)量與慣性的限制,這些在運(yùn)動(dòng)學(xué)層面設(shè)計(jì)的控制律可能無法達(dá)到預(yù)期的效果。針對(duì)上述這些問題,本文對(duì)非完整約束的輪式移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服問題進(jìn)行了深入研究,主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.基于不變流形的移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服鎮(zhèn)定控制。針對(duì)相機(jī)外參數(shù)未知下的移動(dòng)機(jī)器人視覺鎮(zhèn)定問題,提出了一種基于自適應(yīng)不變流形的二步控制方法,能夠保證系統(tǒng)誤差指數(shù)有界收斂,且控制器增益不受系統(tǒng)初始狀態(tài)和圖像深度信息的影響。借助二步切換的思想,視覺伺服過程中將不會(huì)出現(xiàn)不變流形所具有的數(shù)值奇異性問題。2.基于非自適應(yīng)切換方法的移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服鎮(zhèn)定控制。針對(duì)與1相同的控制問題,提出了一種基于不變流形的非自適應(yīng)三步控制方法,能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)誤差的指數(shù)有界收斂。在保持1中控制方法優(yōu)點(diǎn)的前提下,它無需對(duì)外參和深度信息進(jìn)行在線估計(jì),其軟件實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單。此外,利用該控制方法,系統(tǒng)的超調(diào)量也將盡可能地減小。3.同時(shí)鎮(zhèn)定與跟蹤的移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服。提出了一種基于視覺的移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)鎮(zhèn)定與跟蹤控制方法,可避免移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)在鎮(zhèn)定與跟蹤任務(wù)間頻繁切換。與已有的方法相比,其關(guān)于參考速度的假設(shè)更為直觀和合理。4.力矩層的移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服鎮(zhèn)定控制。利用反演法和自適應(yīng)控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一種基于力矩層的全局時(shí)變控制律,實(shí)現(xiàn)了相機(jī)外參數(shù)未知情況下的移動(dòng)機(jī)器人視覺鎮(zhèn)定。5.加速度層的移動(dòng)機(jī)器人視覺伺服鎮(zhèn)定控制?；诩铀俣?偽動(dòng)力學(xué)的伺服框架,設(shè)計(jì)了基于擴(kuò)展的I&I控制律,可實(shí)現(xiàn)力矩層不開源情形下的移動(dòng)機(jī)器人視覺鎮(zhèn)定。為了驗(yàn)證上述控制律的性能,對(duì)其進(jìn)行了大量的仿真與實(shí)驗(yàn)測(cè)試。這些結(jié)果表明,論文中所設(shè)