[論文レビュー] Adaptive Visual Tracking for Robotic Systems Without Visual Velocity Measurement

Hanlei Wang|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2014

Advanced Vision and Imaging参考文献 27被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、未知の運動学的特性に埋め込まれた画像空間内速度情報を利用することで、視覚的速度測定を不要にする、新しい観測器ベースの適応型視覚追従制御器を提案する。画像空間観測器と適応パrameter推定を組み合わせることで、深度、運動学的特性、動力学的特性の不確実性が存在する中でも、画像空間の追従誤差が漸近的に収束することを達成し、従来の手法で一般的な過剰パrameter化を回避する。

ABSTRACT

In this paper, we investigate the visual tracking for roboti c systems without visual velocity measurement, simultaneously taking into account the uncertain depth information, the kinematic and the dynamic uncertainties. We propose a new image-space observer that exploits the image-space velocity information contained in the unknown kinematics, upon which, we design an adaptive controller without using the visual velocity signal where the estimated kinematic and depth parameters are driven by both the image-space tracking errors and observation errors. The major superiority of the proposed observerbased adaptive controller lies in its simplicity and the dec omposition of the handling of the multiple uncertainties in visually servoing robotic systems, thus a voiding the overparametrization problem of the existing results. Using Lyapunov analysis, we demonstrate that the closed-loop system is stable and that the image-space tracking errors converge to zero asymptotically. Simulation results are provided to illustrate the performance of the proposed adaptive control scheme.

研究の動機と目的

• 視覚的速度測定に依存せずにロボットシステムにおける視覚追従を実現すること。
• 深度、運動学的特性、動力学的特性の複数の不確実要因を同時に視覚サーボイングにおいて取り扱うこと。
• 従来の視覚追従用適応制御スキームに見られる過剰パrameter化問題を回避すること。
• 画像空間の追従誤差が漸近的に収束することを保証する、安定で単純な制御フレームワークの設計。

提案手法

• 未知の運動学的特性から速度情報を抽出できる新しい画像空間観測器を設計し、直接的な視覚的速度入力を不要にする。
• 画像空間の追従誤差と観測誤差の両方を用いて、運動学的特性および深度パラメータを推定する適応制御器と観測器を統合する。
• リャプノフに基づく安定性解析を用いて、画像空間の追従誤差がゼロに漸近的に収束することを証明する。
• 不確実性の取り扱いを別々で管理可能なコンポONENTに分解することで、システムの複雑さを低減し、過剰パrameter化を回避する。
• 画像追従誤差と観測誤差の両方を駆動要因とする二重誤差駆動型適応則を用いて、パラメータ推定値を更新する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 視覚的速度測定を測定せずに、ロボットシステムにおける視覚追従をどのように達成できるか？
• RQ2 視覚サーボイングにおいて、深度、運動学的特性、動力学的特性の不確実性を同時に効果的に取り扱う強固な手法は何か？
• RQ3 安定性と収束性を維持しつつ、適応型視覚制御における過剰パarameter化を回避できるか？
• RQ4 未知の運動学的特性から、画像空間の速度を間接的にどのように推定できるか？

主な発見

• 提案された観測器ベースの適応制御器は、画像空間の追従誤差がゼロに漸近的に収束することを達成する。
• 未知の運動学的特性に埋め込まれた速度情報を利用することで、視覚的速度測定の必要性が排除される。
• 不確実性の取り扱いを別々で管理可能なコンポONENTに分解することで、過剰パrameter化を回避する。
• リャプノフ解析により、提案された制御方式下での閉ループ系の安定性が確認される。
• シミュレーション結果は、複数の不確実性を効果的に処理でき、簡潔さとロバストネスが向上した性能を示している。