基于无线通信的移动机器人视觉镇定控制

该文基于无线传输技术，针对目标特征模型未知的情况，设计了一种轮式移动机器人动态场景中视觉镇定控制方案。首先建立了移动机器人视觉伺服系统坐标系，然后对特征点移动前后两期望坐标系和监视摄像机坐标系间的变换关系进行了分析与计算。通过XBee-Pro无线通信模块进行特征点信息传输，通过

随着科学技术的不断发展，机器人逐渐走入了人们的生活，使得人类的生活发生了日新月异的变化[1]。机器人凭借其精度高、效率高、可适应复杂工作环境等优点，逐步在军事、智能家居、科学研究、工业生产等领域[2] [3]得到应用。

视觉传感器具有非接触测量、易于设置、灵活的设计、标准化的设置环境、价格低等优点，因此视觉传感器被广泛应用于轮式移动机器人。而且伴着智能控制、模式识别、过程控制等技术的日趋成熟， 这使得视觉轮式移动机器人[4]更加的智能化且运用范围更加广泛。

早期应用视觉伺服方法的典型代表为工业机器人[5]。相比移动机器人，工业机器人具有简单的约束条件，传统工业机器人大都集中在控制方法的研究上。移动机器人通过摄像机拍取运动场景信息，来得知目标位姿或机器人位姿的相对关系，进而通过控制器可以驱使移动机器人做出相应地动作。视觉伺服将图像处理、实时计算、运动控制等学科融为一体进行研究[6] [7]。

移动机器人非线性控制方法和基于视觉的环境感知得到了深入研究[8] [9] [10]。在已有的控制策略中， 机器人期望位姿和目标特征点大多是固定的。本文基于无线通信技术，在机器人期望位姿随特征变化的动态场景中，对轮式移动机器人视觉伺服进行了研究。

2. 系统坐标系描述 轮式移动机器人视觉伺服系统坐标系如图1 所示，整个坐标系系统由监视摄像机、特征点、移动机器人组成。监视摄像机坐标系定义为m。为了应用方便，假设机载相机和移动机器人坐标系重合。将移动机器人的当前位姿定义为c。坐标系c的原点为机载相机的光心。

c的ccz x 平面表示机器人的运动平面， 其中cz 轴和摄像机的光轴在相同的方向上。

cy 垂直于移动机器人的运动平面ccz x ， 并满足右手定则。

diP 是移动之前的特征点， *iP 是移动之后的特征点。特征点移动前的期望位姿为d， ∗为特征点移动之后的期望位姿，为使移动后的机器人期望坐标系位于机器人运动平面上，将移动后的期望坐标系∗作投影，即坐标系p。

3. 控制策略 为解决实际应用一些场合中需实现特征点移动后期望位姿与原始期望位姿间的视觉镇定任务，提出了新的控制方法。基于移动后的特征点*iP ，运用无线通信技术来完成轮式移动机器人在特征点变化后期望位姿镇定至特征点移动前原始期望位姿的视觉伺服任务。运用两个无线通信模块XBee-Pro，其中一个XBee-Pro1 模块安装在监视摄像机系统用于发送数据，另一个XBee-Pro2 安装在移动机器人系统用于接收数据。控制策略框图如图2 所示，控制策略可分为以下四个阶段。