视觉伺服(也称为视觉控制)是指利用视觉传感器获取图像信息,然后来控制移动机器人的运动使其到达期望位置/姿态或者跟踪上特定轨迹。该项技术将计算机视觉算法与机器人运动控制相结合,可以充分发挥视觉传感器的优点,进而使移动机器人的智能化程度大大提高。如今基于视觉的轮式移动平台轨迹跟踪领域已取得了一些研究成果,但移动机器人相对工业机器人而言,由于具有复杂的非完整约束条件的限制,使移动机器人视觉控制器的设计与分析成为自动控制领域中一个极具挑战性的难题。本文围绕基于视觉的轮式移动平台轨迹跟踪策略展开研究,为移动机器人视觉伺服轨迹跟踪系统提供了一些有效的解决方案,论文整体工作概括如下:(1)首先描述了非完整约束系统下移动机器人的视觉伺服原理。其次建立运动学模型以及针孔相机的成像模型,并介绍基于单应矩阵的视觉伺服方法。然后搭建了移动机器人视觉伺服轨迹跟踪系统硬件实验平台,并且阐述了实验程序代码中包含的内容。最后在实际程序设计的过程中根据高内聚低耦合的思想进行了抽象封装,并具有良好的可扩展性。(2)为了完成移动机器人视觉伺服轨迹跟踪任务,提出了一种轮式移动机器人视觉伺服轨迹跟踪策略,在不需要引入额外变量的情况下,可以准确地跟踪上期望运动轨迹。通过机器人的运动学模型分析、单应矩阵的估计以及分解,得到了定义系统误差所需要的比例平移向量、旋转角度等。之后通过自适应方法,设计了移动机器人的轨迹跟踪控制律,通过李雅普诺夫理论与芭芭拉定理证明了所提控制策略的稳定性。最后选择一种经典的视觉伺服方法来进行对比,仿真与对比实验证明了该方法的有效性。(3)为了在速度饱和约束条件下完成移动机器人视觉伺服轨迹跟踪任务,提出了一种视觉伺服控制策略,通过引入一系列连续有界被用作饱和输入控制的有界函数,然后对移动机器人的运动学模型以及对单应矩阵进行分解,根据分解得到的平移向量、旋转角度设计了轨迹跟踪误差,根据自适应方法设计了速度饱和输入约束的控制策略,根据李雅普诺夫理论与拉塞尔不变集原理证明了该控制策略的有效性,仿真和实验结果验证了该方法的可行性。