一种基于旋转矩阵分解的视觉伺服控制算法

山东大学学报(工学版) ›› 2012, Vol. 42 ›› Issue (1): 45-50.

一种基于旋转矩阵分解的视觉伺服控制算法

李国栋,赵威,田国会*,薛英花

山东大学控制科学与工程学院, 山东济南 250061

收稿日期:2011-07-30 出版日期:2012-02-20 发布日期:2011-07-30
通讯作者: 田国会(1969- ),男,河北河间人,教授,博士,博士生导师,主要研究方向为服务机器人,智能空间,多机器人系统的协调与协作,现代物流系统的优化与调度等. Email:g.h.tian@sdu.edu.cn E-mail:g.h.tian@sdu.edu.cn
作者简介:李国栋(1981- ), 男, 山东济南人, 博士研究生, 主要研究方向为视觉伺服、机器视觉. Email:lgd@xtu.edu.cn
基金资助:
国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2006AA040206，2009AA04Z220);国家自然科学基金资助项目(61075092); 山东省自然科学基金资助项目(ZR2011FM011);山东大学自主创新基金资助项目(2011JC017)

A visual servoing algorithm based on rotation matrix decomposition

LI Guo-dong, ZHAO Wei, TIAN Guo-hui*, XUE Ying-hua

School of Control Science and Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China

Received:2011-07-30 Online:2012-02-20 Published:2011-07-30

摘要/Abstract

摘要：

针对传统视觉伺服控制算法易使目标物品脱离摄像机视野而致伺服失败的缺点,从表征当前摄像机坐标系与期望摄像机坐标系姿态关系的旋转矩阵中分解出了等效转轴和等效转角,利用它们构造了一种可以有效控制摄像机朝向的任务函数矢量,并推导出了表征任务函数矢量变化量与摄像机运动速度间非线性映射关系的雅可比矩阵。然后构造了任务函数,并根据李雅普诺夫第二方法设计了解耦的视觉伺服控制律,最后对所设计的控制律进行了实验验证。实验结果表明,使用旋转矩阵分解方法构造的任务函数矢量来控制摄像机朝向,可使目标物体始终位于摄像机的视野之内,从而有效避免伺服失败。

关键词: 视觉伺服, 旋转矩阵分解, 家庭服务机器人

Abstract:

To avoid the target being lost from the camera views in the application of traditional visual servoing methods, a new characteristic vector was derived from the rotation axis and a rotation angle decomposing from the rotation matrix connecting the current camera frame and the desired camera frame, as well as the Jacobian matrix representing the relationship between the time variation of the characteristic vector and the camera velocity. The proposed characteristic vector could be efficiently applied to control the camera’s orientation so that the task function was constructed, and a decoupled control scheme was designed using the second Lyapunov method. Experimental results showed that the failures of visual servoing tasks for home environments could be avoided by using the rotation matrix decomposition method.

Key words: visual servoing, rotation matrix decomposition, room service robot

李国栋,赵威,田国会*,薛英花. 一种基于旋转矩阵分解的视觉伺服控制算法[J]. 山东大学学报(工学版), 2012, 42(1): 45-50.

LI Guo-dong, ZHAO Wei, TIAN Guo-hui*, XUE Ying-hua. A visual servoing algorithm based on rotation matrix decomposition[J]. JOURNAL OF SHANDONG UNIVERSITY (ENGINEERING SCIENCE), 2012, 42(1): 45-50.

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