8、人机协作操作与光度视觉伺服：原理、方法与应用

人机协作操作与光度视觉伺服：原理、方法与应用

1. 人机协作操作概述

在人机协作操作中，多种模式可以并行使用并进行有序排列。例如，沿着针轴的基于力的引导模式，可与基于视觉的虚拟夹具相结合，用于针的定位，以及基于位置的对齐夹具。这种组合方式能够更高效地完成操作任务。

2. 视觉伺服技术基础

视觉伺服是机器人控制中广泛应用的技术，它利用视觉传感器提供的信息来控制动态系统的状态。在传统的视觉伺服任务中，通常需要从图像中选择一组视觉特征，以控制所需的自由度（DOF）。同时，还需要设计控制律，使这些视觉特征达到期望的值，从而实现任务的正确执行。控制原理是将误差向量 $e = s - s^ $ 调节为零，其中 $s$ 是当前视觉特征，$s^ $ 是期望的视觉特征。为了构建控制律，需要计算交互矩阵 $L_s$，对于手眼系统，该矩阵将视觉特征 $s$ 的时间变化与相机的瞬时速度 $v$ 联系起来，即 $\dot{s} = L_s v$，其中 $v = (v_{vv}, \omega_{\omega\omega})$，$v_{vv}$ 是相机的线性速度，$\omega_{\omega\omega}$ 是相机的角速度。控制律的设计为 $v = -\lambda \tilde{L}_s^+ e$，其中 $\lambda$ 是比例增益，用于最小化收敛时间，$\tilde{L}_s^+$ 是 $L_s$ 的模型或近似的伪逆。

2.1 传统视觉伺服的问题

传统视觉伺服在选择视觉特征时，需要进行鲁棒的提取、匹配和实时的时空跟踪，这是一项复杂的任务，也是视觉伺服扩展的瓶颈之一。一些方法试图通过选择特定的视觉特征或使用非几何视觉特征来缓解这个问