6、高速视觉反馈控制与人机协作操作：技术解析与应用探索

高速视觉反馈控制与人机协作操作：技术解析与应用探索

高速视觉反馈控制在操作中的应用

在高速操作领域，视觉反馈控制发挥着至关重要的作用。它主要体现在击球任务和工具操作两个方面。

击球任务中的混合轨迹生成

在击球任务里，为了实现更精准的控制，提出了利用视觉信息的混合轨迹生成器。击球时，轨迹会在击球瞬间从当前轨迹切换到随挥的另一个多项式轨迹，这个问题可通过生成考虑加加速度的函数来解决。通过图 3.9 能看到击球动作的连续序列特写，图 3.10 则展示了速度和扭矩的时间响应，这有助于分析击球过程中电机扭矩和关节速度的变化情况。

工具操作的视觉伺服控制

人类手部的工具操作是一项复杂且灵巧的任务，相较于一般操作更具难度，因为不仅要控制工具，还要控制被工具抓取的物体，所以视觉反馈控制在其中非常关键。

• 接触点的被动关节 ：实验采用镊子作为操作工具，多手指手用两个手指抓取镊子，手操控镊子尖端去拾取桌上的物体，视觉系统会测量手、镊子和物体的位置。在此配置中，手和镊子可视为一个机构，手指与镊子的接触点可看作一种被动关节。在操作过程中，被动关节的状态可能会发生变化，比如每次试验时镊子的初始抓取条件可能不同，操作中镊子某部分受到外力时，被动关节会产生旋转力矩，当旋转力矩大于静摩擦力时，镊子相对手的姿态会改变。因此，实时测量相对位置并控制手来消除这些变化十分必要，视觉伺服控制对解决此问题很有效，若反馈速率足够快，控制会更平稳。
• 工具操作的视觉伺服控制原理 ：手通过基于图像的视觉伺服进行控制，该方法通过反馈图像平面中的位置误差来实