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Robot Manipulation Using Image-based Visual Servoing Control with Robust State Estimation

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第30届中国控制与决策会议

作者： zhong xungao XU Min GUAN Jiansheng zhong Xunyu PENG Xiafu School of Electrical Engineering and Automation Xiamen University of Technology High-voltage Key Laboratory of Fujian Province Department of Automation Xiamen University

In unstructured environment,this paper presents an image-based visual servoing control approach with robust state estimation for robot *** image Jacobian on-line identification problems are firstly addressed by introducing neural network(NN) aid Kalman filtering(KF) *** neural network plays exactly the role of the error estimator,to compensate the state-estimation-errors of *** the proposed image-based visual servoing control approach has guaranteed the robustness with respect to destabilized system attached dynamic ***,the presented approach without requiring the intrinsic and extrinsic parameters of the camera,also the hand-eye do without calibrated during robot *** demonstrate the validity and practicality of proposed image-based visual servoing approach,various robot positioning experiment results have been presented using a six-degree-of-freedom robotic manipulator with eye-in-hand configurations.

关键词： Robot Manipulation Visual Servoing Jcobian On-line Estimation Robust State Estimator

Detection and Grasping of Texture-Less Objects Based on 3D Template Matching

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Detection and Grasping of Texture-Less Objects Based on 3D T...

第40届中国控制会议

作者： Chunxiao Miao xungao zhong Xunyu zhong Zetao Yang Min Xu School of Electrical Engineering and Automation Xiamen University of Technology School of Aerospace Engineering Xiamen University

This paper studied a robust matching method using 3 D point cloud for texture-less object detection and robotics grasping *** view of the few surface feature points of texture-less objects,the template matching method based on Iterative Closest Point（ICP） improved LINEMOD algorithm is proposed to estimate the object *** our findings,the feature extraction of the LINEMOD algorithm is only carried out at the strong edges of the input image,and does not involve the calculation of internal texture features of the object,which effectively solves the problem of pose estimation for texture-less ***,only using the LINEMOD template matching is likely to cause mismatches,especially for objects with similar local ***,in order to make better use of the point cloud independent of object texture,a common point cloud registration optimization method with ICP is *** ICP optimization happened between the model point cloud and the scene point cloud to improve the results of the pose detection with ***,from the perspective of inverse kinematics of the manipulator,the object to be grasped has been *** robotics experimental results show that our approach has good recognition and grasping accuracy for texture-less objects.

关键词： LINEMOD ICP Texture-Less objects Template matching Inverse kinematics

基于多分辨率搜索与多点云密度匹配的快速ICP-SLAM方法

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机器人 2020年第5期42卷 583-594页

作者：李鑫仲训昱彭侠夫龚赵慧仲训杲厦门大学自动化系福建厦门361102 厦门理工学院电气工程与自动化学院福建厦门361024

针对激光SLAM(同步定位与地图创建)的实时性和定位精度问题,为了克服初始位姿不准确情况下增大搜索范围和位姿匹配分辨率对实时性的影响,本文在传统ICP-SLAM(迭代最近邻SLAM)基础上进行改进,提出了一种分层搜索与匹配的快速ICP-SLAM方法... 详细信息

针对激光SLAM(同步定位与地图创建)的实时性和定位精度问题,为了克服初始位姿不准确情况下增大搜索范围和位姿匹配分辨率对实时性的影响,本文在传统ICP-SLAM(迭代最近邻SLAM)基础上进行改进,提出了一种分层搜索与匹配的快速ICP-SLAM方法.首先,在搜索范围内采用由粗到细的分辨率进行全局搜索,并通过逐渐增加待匹配点的密度进行分步匹配计算.点云匹配过程中,通过构建距离像计算待匹配点的最近邻距离值,其计算复杂度降低为O(1).其次,通过对点云匹配结果进行优先排序和剪枝,快速排除非最优解.最后,以半数全局最优与全数局部最优原则作为搜索结束判断条件,提高搜索效率.SLAM Benchmark数据集上的测试结果表明,相比于流行的激光SLAM算法Cartographer,所提出的方法取得了更小的平均误差和平方误差,计算效率为Cartographer算法的2~5倍.同时,工业AGV(自动导引车)的实际应用实验验证了在初始位姿未知的情况下,可实现实时的位姿估计与建图,重复定位精度优于1.5 cm.因此,这种快速ICP-SLAM方法能够保证实现准确的定位估计,具有良好的实时性.

关键词：同步定位与地图创建激光雷达多分辨率多点云密度距离像

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Noises Adaptive Filtering Structure for Robotic Positioning Using Monocular Vision

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Noises Adaptive Filtering Structure for Robotic Positioning ...

第32届中国控制与决策会议

作者： xungao zhong Zetao Yang Chunxiao Miao Guizhi Yang Xiafu Peng School of Electrical Engineering and Automation Xiamen University of Technology School of Aerospace Engineering Xiamen University

This paper has developed a new monocular vision feedback control strategy based on the adaptive filtering structure, for robotic positioning without noise parameters. In real robotic workshops, the perfect statistic knowledge of the the system noise and observation noise are not easy to be derived, thus a noise adaptive filtering structure is firstly studied for the nonlinear mapping on-line identification between robotic vision and motor spaces. In our finding, the Kalman recursive filtering gain is improved by a feed-forward neural network, in which the neural estimator dynamic adjustment its weights to minimization the error of vision-motor mapping estimation, do need not the knowledge of noise variances. Finally, the proposed vision servoing control based on adaptive filtering has been successful implemented in robotic positioning tasks, and the experimental results demonstrate its validity and practicality for a six-degree-of-freedom（DOF） robotic system.

关键词： Robotic positioning Vision feedback control Adaptive filtering State estimation

Uncalibrated Image-based Visual Servoing Based on Joint Space and Image moment

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第37届中国控制会议

作者： Dongjie Wu xungao zhong Xiaoli Zhang Xiafu Peng Chaosheng Zou School of Aerospace Engineering Xiamen University School of Electrical Engineering and Automation Xiamen University of Technology

This paper studies the uncalibrated image-based visual servoing problem and proposes a new solution based on jointimage Jacobian matrix and image ***,we provide a mathematical definition of Joint-image Jacobian Matrix from the perspective of space ***,an online estimator based on Kalman filter is intended to estimate joint-image Jacobian matrix in real *** order to enhance the stability of image feature extraction and improve the performance of the whole system,we analyse characteristics of image moment feature and image point feature,and choose moment-based feature to construct a feature vector for physical ***,we finish single-eye-in-hand image-based visual servoing experiments without calibration on the physical robot system *** experimental results illustrate the effectiveness and robustness of the proposed scheme.

关键词： Image-based visual servoing Uncalibration Image moment Kalman filter Single eye-in-hand

二阶锥约束规划的机器人视觉闭环位姿自协调方法

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中国机械工程 2024年第6期35卷 1064-1073页

作者：仲训杲罗家国田军仲训昱彭侠夫刘强厦门理工学院电气工程与自动化学院厦门361024 厦门大学航空航天学院厦门361005 布里斯托大学工程数学与技术学院布里斯托BS81TW 厦门市高端电力装备及智能控制重点实验室厦门361024

将机器人“手-眼”位姿自协调视为无标定约束规划问题,提出一种基于二阶锥约束规划的视觉闭环控制方法。在图像平面和笛卡儿空间分别建立基于图像与基于位姿的视觉伺服控制算法;在路径约束和局部极小约束准则下构建二阶锥凸优化模型,实... 详细信息

将机器人“手-眼”位姿自协调视为无标定约束规划问题,提出一种基于二阶锥约束规划的视觉闭环控制方法。在图像平面和笛卡儿空间分别建立基于图像与基于位姿的视觉伺服控制算法;在路径约束和局部极小约束准则下构建二阶锥凸优化模型,实现了图像特征轨迹和机器人运动路径折中最优;将所提出的二阶锥约束规划模型嵌入自适应状态估计器,实现了机器人雅可比矩阵在线映射学习,解决了“手-眼”标定参数和视觉深度信息未知问题;最后通过无标定机器人视觉定位证明了二阶锥约束规划模型的有效性,真实环境抓取操作表明了机器人位姿自协调控制的可行性。

关键词：位姿协调约束规划无标定视觉伺服混合闭环反馈控制

基于图像的非标定视觉反馈控制机器人全局定位方法

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厦门大学学报（自然科学版） 2018年第3期57卷 413-419页

作者：仲训杲徐敏仲训昱彭侠夫厦门理工学院电气工程与自动化学院福建厦门361024 厦门大学航空航天学院福建厦门361102

针对机器人非标定全局定位问题,研究Kalman滤波(Kalman filtering,KF)算法联合反馈型Elman神经网络(Elman neural network,ENN)学习机器人图像空间与运动空间非线性映射关系,从而建立基于图像的视觉反馈控制方法.首先利用ENN学习得到机... 详细信息

针对机器人非标定全局定位问题,研究Kalman滤波(Kalman filtering,KF)算法联合反馈型Elman神经网络(Elman neural network,ENN)学习机器人图像空间与运动空间非线性映射关系,从而建立基于图像的视觉反馈控制方法.首先利用ENN学习得到机器人全局定位的次优状态,以此为系统状态向量构建伺服系统状态方程与观测方程,进而利用KF估计得到机器人图像雅可比矩阵.其次,采用KF对ENN网络权重进行在线微调,KF联合ENN满足机器人全局定位稳定收敛的要求,并对环境干扰具有一定的自适应性.最后在摄像机参数未标定条件下,进行六自由度机器人"眼在手"(eye-in-hand)定位比较试验,结果验证了提出的非标定视觉伺服控制方法的有效性.

关键词：机器人视觉定位全局状态空间视觉反馈控制联合学习

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未知雅可比建模的机器人视觉伺服自抗扰控制方法

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厦门大学学报（自然科学版） 2022年第2期61卷 231-238页

作者：仲训杲仲训昱彭侠夫周承仙徐敏厦门理工学院电气工程与自动化学院福建厦门361024 厦门大学航空航天学院福建厦门361102

针对系统标定和雅可比在线求解难问题,引入非线性状态反馈,研究一种基于自抗扰控制器(ADRC)的机器人视觉伺服控制算法.利用无模型理论和非线性自抗扰技术建立机器人“视觉-运动”空间映射,进而设计不依赖雅可比建模的视觉反馈控制器,其... 详细信息

针对系统标定和雅可比在线求解难问题,引入非线性状态反馈,研究一种基于自抗扰控制器(ADRC)的机器人视觉伺服控制算法.利用无模型理论和非线性自抗扰技术建立机器人“视觉-运动”空间映射,进而设计不依赖雅可比建模的视觉反馈控制器,其中采用跟踪微分器(TD)跟踪视觉空间期望特征;利用扩展状态观测器(ESO)实现未建模雅可比反馈补偿;最后利用非线性状态误差反馈(NLSEF)规则得出机器人运动空间控制量.本文构建的视觉伺服控制方案面向未知系统标定和目标深度信息的机器人任务操作.手眼标定六自由度无标定机器人抓取定位的实验表明,视觉空间特征轨迹平滑稳定在相机视场中,笛卡尔空间机器人末端运动平稳,无震荡回退,抓取定位精度高.

关键词：机器人任务操作视觉伺服无模型雅可比自抗扰控制器

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基于去极化电流特征量的油纸绝缘变压器等效电路参数辨识

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重庆大学学报 2022年第1期45卷 87-94页

作者：林智勇仲训杲曾汉超张强郑运鸿厦门理工学院电气工程与自动化学院厦门361024

变压器扩展德拜等效电路是分析变压器绝缘老化情况的重要途径,针对变压器等效电路极化支路数及其参数求解难的问题,根据电介质极化响应理论,提出去极化电流时域微分解谱法,分解去极化电流曲线中各个子谱线组成部分,并根据子谱线参数判... 详细信息

变压器扩展德拜等效电路是分析变压器绝缘老化情况的重要途径,针对变压器等效电路极化支路数及其参数求解难的问题,根据电介质极化响应理论,提出去极化电流时域微分解谱法,分解去极化电流曲线中各个子谱线组成部分,并根据子谱线参数判定等效电路极化支路数和辨识等效电路参数,为构建准确反映变压器油纸绝缘状态的等效电路提供可靠而简便的方法,并通过与其他辨识方法进行对比,验证文中方法的有效性,从而为准确评估变压器绝缘状态提供重要依据。

关键词：去极化电流变压器等效电路参数辨识

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