13TLA3 03ArteagaPerez

IEEE LATIN AMERICA TRANSACTIONS, VOL. 13, NO. 3, MARCH 2015

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3D Visual Servoing Control for Robot
Manipulators Without Parametric Identification
M. A. Pérez and M. Bueno, Member, IEEE
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Abstract— Visual servoing control of robot manipulators
represents a natural option in unstructured environments and it
is specially attractive when the task to achieve can be expressed
directly in imagecoordinates. In the present work a control law
is developed for trajectory tracking of three degrees of freedom
robot manipulators. The main characteristic of the proposed
algorithm is that it does not need any dynamic model of the
system and image coordinates are employed directly for
feedback, while an observer is designed for velocity estimation.
To carry out 3d movements no stereoscopic vision isused.
Rather, a simpler configuration employing two fixed cameras is
proposed which makes unnecessary their calibration and helps
avoid occlusions for most of the robot’s workspace. The
developed theory was successfully tested in an industrial
manipulator.

Keywords— No cameras calibration, observer design,
unknown dynamic model, visual servoing control, 3d vision.

I. INTRODUCCIÓN
A REALIZACIÓNde tareas por parte de robots
manipuladores en entornos estructurados con presencia de
objetos cuya posición y orientación son conocidas, es un
problema suficientemente estudiado en la actualidad [1] [2].
Sin
embargo, llevar a cabo tareas en entornos donde la
configuración del sistema puede variar presenta numerosas
dificultades aún no resueltas en su totalidad. Los ambientes no
estructurados secaracterizan porque la labor se define en
función de la información disponible, que puede ser obtenida
a través de diferentes tipos de sensores como son de posición,
velocidad, fuerza, tacto o visión. Este último es sin duda el
que puede proporcionar la mayor cantidad de información
necesaria acerca del entorno y del propio robot para realizar
con éxito una gran variedad de trabajos; incluso, paracomplementar aquellos donde la principal medición proviene
de algún otro sensor, como de posición o de fuerza [3]-[7]. Al
esquema que hace uso de la información visual para cerrar el
lazo de control se le denomina servovisual o visual servoing.
Una parte importante del esfuerzo de investigación se
concentra en las ciencias computacionales, donde se trabaja
arduamente en la visión activa porcomputadora y en el diseño
de cabezas robóticas y de sistemas de visión inspirados
biológicamente, como se muestra en [8]. Sin embargo,
también en el área de control automático se realizan avances
cotidianamente. Por ejemplo, es latente el problema de la
perdida de información visual cuando se ejecuta una tarea, es
decir, qué hacer cuando por los propios movimientos del robot
o por los de algún objetoinvolucrado, las características de
imagen elegidas desaparecen momentáneamente o por un

L

1

M. A. Pérez, Universidad Nacional Autónoma de México, México D.F.,
México, marteagp@unam.mx
M. Bueno, Universidad de La Salle, Bogotá D.C., Colombia,
maxbueno@unisalle.edu.co

periodo prolongado de tiempo. Para afrontar esta dificultad se
han propuesto diferentes soluciones. En [9] se muestra un
algoritmoque usa el difeomorfismo de un conjunto de
configuraciones visibles del robot al espacio de imagen, de
forma que los movimientos del manipulador son controlados
para que los puntos de interés sean siempre visibles. Por otra
parte, en [10] se presenta un esquema de control que
aprovecha el cambio de visibilidad en las características de la
imagen, mientras que en [11] se emplean predictores deoclusiones y estimadores de los parámetros de imagen
ocluidos basados en el filtro de Kalman.
Otro problema de considerable importancia es el hecho de
contar con una adecuada calibración del sistema de visión,
pues el desempeño del controlador suele depender en buena
medida de la aproximación que se haga de la matriz de
interacción y de la forma en que se elija a esta,
particularmente en los...