题目：基于视觉反馈的自由基座交会对接器控制研究

交会对接是实现航天器在轨服务、空间站物资补给以及空间站维护管理等空间合作任务的关键技术。本文以移动机器人自由运动基座作为模拟航天器，通过对移动机器人定位，轨道交会，视觉伺服控制等的研究，地面开发验证空间交会对接技术。

(1)首先，提出一种室内移动机器人定位方法，用于地面验证交会对接过程中模拟航天器在模拟轨道上的定位。该方法设计了两种陆标，包括黑色陆标和彩色陆标。特别地，彩色陆标用四种不同颜色进行编码。所有的陆标按照特殊的方式安装在天花板上。结合均值漂移，边缘检测和漫水填充图像处理算法完成陆标识别，通过识别出的陆标所提供的信息来完成机器人定位。

(2)轨道交会作为空间交会对接技术的一个重要过程，文中对其进行了地面实验验证。基于Kepler轨道方程，利用相似理论进行运动学等效，得到地面轨道运动的参数，接着进行轨道交会实验的Matlab数值仿真，用来验证所使用的轨迹跟踪算法的有效性。然后使用C语言编程完成机器人轨迹跟踪仿真，最后结合机器人定位，控制机器人完成了轨道交会的实验。

(3)文中提出一种基于天花板视觉的图像视觉伺服控制方法，可以用到交会对接过程中的对接阶段。这种方法考虑到机器人的平面运动，传统单目视觉系统固有的深度信息问题在本文中为一个常数，不影响控制律的设计。并且，这种方法只需要两个特征点，同时避免了基于单应性矩阵算法中矩阵分解与模糊解的问题。文中通过比对机器人当前位姿与目标位姿下所采集图像中对应的特征，获得旋转角度估计。接着建立包括旋转与平移误差的开环误差系统，然后设计了反馈控制器使得误差信号以指数收敛到零。给出的仿真结果验证了方法是可行的。