Visual Servo Control Part I: Basic Approaches

Chaumette F, Hutchinson S. Visual Servo Control, Part I: Basic Approaches[J]. IEEE Robotics & Automation Magazine, 2006, 13(4):82-90.

 

IBVS的几何解释

如上图所示,蓝色4个点是初始位置,红色4个点是目标位置

在控制方案中使用L_e^+,这控制方案试图确保误差e的指数下降。这意味着当误差是由图像点xy坐标组成误差时,点的优化轨迹是从初始位置到目标位置的直线,如图中绿色箭头所示。

这时候相机的运动除了绕光轴旋转以外,还有沿着光轴往回运动的分量(要运动到粉色点所在位置,由于粉色4个点所在的圆的半径比原来的要小,这要求相机沿着垂直纸面的方向(光轴)向外运动,这个半径是由大变小后再由小变大,因此相机有沿着光轴先向外运动再向内运动的分量)。

当目标位置和当前位置成绕光轴\pi角度时,点的优化轨迹就是沿着半径的方向,这时候相机运动就没有了绕光轴旋转的成分,只有沿着光轴前进后退。

而在控制方案中使用L_{e^*}^+,假设我们按照使用L_e^+的方法,但以红点为初始位置,蓝点为目标位置,这时\textbf{v}_c=-\lambda L_{e^*}^+\left(s^*-s \right )。这个速度的方向如图中褐色的箭头所示,从红点指向蓝点。而我们需要的实际速度是\textbf{v}_c=-\lambda L_{e^*}^+\left(s-s^*\right ),那实际速度的方向应该和褐色相反,以蓝色点为起点,如蓝色箭头所示。和使用L_e^+的方法一样,这个方向也会有沿着光轴进退运动的分量。

使用\hat{L_{e}^+}=1/2(L_e+L_{e^*})^+产生的轨迹如黑色箭头所示,切线方向,只有绕光轴旋转的分量。

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