雙眼機器臂系統之即時視覺校準與混合追蹤控制

On-Line Hand-Eye Calibration and Hybrid Tracking Control of a Binocular Vision-Based Robotic Manipulator

洪琮茗(Tsung-Ming Hung)

指導教授 ： 張文中

國立臺北科技大學/機電學院/電機工程系所/碩士(2006年)

摘要

進行視覺迴授控制時，機械手臂和攝影機之間的手眼協調關係會左右任務的成敗。有鑑於此，本論文提出一套可即時估算手眼協調關係之架構，以有效達成精確之機械手臂控制。本系統採用眼看手(eye-to-hand)之架構，當雙眼攝影機擷取到機械手臂特徵之後，部分特徵經過估算之後，可以得到當時之手眼協調關係，再將此參數帶入控制器中計算出控制命令。在此架構下，不論手眼協調關係是否事先經過校準，皆可以在任務進行時估算出正確的參數，以達到精確控制機械手臂之目的。在任務方面，控制機械手臂對三維曲面進行混合力與姿態追蹤控制，使機械手臂可以沿著在三維曲面上之軌跡移動，同時保持所設計的姿態與維持施加在曲面上的力量，而設計控制器時，由於可分為許多小任務，因此分別採用兩種方法，一種為任務堆疊(Task stacking)，另一種為任務排序(Task sequencing)。最後，本論文以六軸機械手臂與具雙眼視覺之自製輪式機器人系統驗証此一架構之可行性。

關鍵字

立體視覺 ； RLS演算法 ； Normalized gradient 演算法 ； 攝影機校準 ； 手眼協調 ； 追蹤控制 ； 力量控制

並列摘要

Hybrid force and vision-based control would typically require an expensive six-axis force sensor in addition to a vision sensor. In this paper, a low-cost single-axis force sensor together with two CCD cameras and a laser pointer allow effective force and pose control of a manipulator on an unknown 3D surface. A seemingly novel approach to determine the direction normal to a 3-D unknown surface at any given location using a laser cross projector and a binocular vision system is proposed. Based on such information, a robotic manipulator equipped with a low-cost single-axis force sensor is able to perform hybrid force and pose tracking control on the 3-D unknown surface. Specifically, the direction normal to the 3-D surface at the center of the laser cross projection is computed based on the reconstruction of the laser cross projection in Cartesian space. Our approach has been successfully validated on an arbitrary 3D surface by performing experiments with a Mitsubishi RV-1A industrial robot.

並列關鍵字

Stereo vision ； RLS algorithm ； Normalized gradient algorithm ； Camera calibration ； Hand-eye coordination ； Tracking control ； Force control

參考文獻

Taiwan, 26-27 March 2004.

[3] Wen-Chung Chang and Shu-An Lee, “Autonomous Visual Servoing with Tele-

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