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基于運動學和動力學的伺服機械手

發表時間:2014-11-02 19:37 閱讀:
伺服機械手
    根據視覺控制器輸出信號的形式,可將現有的視覺伺服方法分為基于運動學的和基于動力學的視覺伺服。在基于運動學的視覺伺服中,控制器的輸出信號可為攝像機或末端執行器的三維空間速度,也可為伺服機械手關節角速度或者關節位置,其中控制器輸出信號將作為機械手內部關節控制器的給定值。在此方法中,實際上己將伺服機械手當作一個理想的定位裝置,認為伺服機械手能毫無延遲且精確地到達視覺控制器輸出信號要求的狀態,即只考慮伺服機械手如何運動的問題,而不考慮力對機械手運動產生的影響。
    在運動速度不是很高的場合,基于運動學的視覺伺服是合理的且能獲得不錯的性能。然而,在運動速度很高的場合,控制性能會受到非線性力的很大影響。因此,由于忽略了非線性力的影響,基于運動學的視覺伺服不僅會降低了任務精度還可能引起整個控制系統的不穩定。與基于運動學的視覺伺服不同,基于動力學的視覺伺服在視覺控制器設計和穩定性分析中均考慮了非線性力對伺服機械手運動的影響,故能對非線性力(如向心力和科里奧利力等)進行有效補償從而提升系統控制性能和精度。
    利用基于運動學的視覺伺服很容易將現有的視覺伺服技術應用于已有的伺服機械手系統,因為機械手關節控制器是大部分控制系統固有的組件并能接收速度或關節位置作為輸入,從而簡化了伺服機械手系統設計并提高系統移植性,這也是基于運動學的視覺伺服被廣泛采用的緣故。同時,在現有的攝像機技術和圖像處理水平條件下,相對較低的視覺采樣率將使基于運動學的視覺伺服控制器比基于動力學的視覺伺服控制器更能使機械手系統穩定,這主要得益于具有很高采樣率的關節控制器,從而能更有效抵抗由較低視覺采樣率引入的擾動。
    隨著攝像機技術的發展和計算機處理能力的大幅提升,特別是在高精度和高速應用需求驅動下,近年來,己有越來越多的伺服機械手領域學者對基于動力學的視覺伺服問題進行深入研究。


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