使用全驱动无人机进行空中操作的基于图像的视觉伺服控制

使用无人机（UAV）执行高空操作任务而非仅被动视觉应用，可减少人工的时间、成本与风险。先前关于空中操作的研究要么依赖真实状态估计，要么依赖GPS/全站仪配合某些同步定位与建图（SLAM）算法，这对于靠近基础设施、GPS信号退化或无特征环境等许多应用而言可能不切实际。视觉伺服可避免对机器人位姿估计的需求。现有空中操作视觉伺服研究要么仅解决末端执行器位置控制，要么依赖精确速度测量和已知图案的预定义视觉标记。此外，多数先前工作使用欠驱动无人机，导致末端执行器机械及控制设计复杂。本文针对桥梁维护开发了一种基于图像的视觉伺服控制策略，使用全驱动无人机。主要组成部分为（1）视觉线检测与跟踪系统，（2）混合阻抗力与运动控制系统。我们的方法既不依赖外部定位系统提供的机器人位姿/速度估计，也不依赖预定义视觉标记。由于全驱动特性，机械系统与控制器架构的复杂度也得以最小化。实验表明，该系统仅利用视觉引导即可有效执行桥梁涂装的运动跟踪与力保持。据我们所知，这是首批无需外部位姿/速度信息或预定义视觉引导、即可实现运动与力控制的视觉伺服空中操作研究之一。