Visual sensor is one of the most essential components for a robot control system. The visual information is expected to be fast, accurate and reliable in providing real-time information of dynamical surroundings. Due to the limitation of computation capability, the performance of vision-based control systems, in particular of highly dynamic visual servo control systems, is often impacted by the low sampling rate of the visual feedback. In order to overcome the low sampling rate problem, networked visual servo control, which integrates networked computational resources for parallel image processing, is considered for high-speed and high-performance vision-based control due to its merits of easy maintenance, high flexibility and robustness. In contrast to conventional visual servoing, a communication network is involved in the feedback loop for large volume image data exchange, which challenges the control design and the communication strategy. Besides, from the advances of research in neurobiology, biologically inspired vision system attracts increasing attention. The insect-inspired vision is computationally cheap, particularly suitable for real-time applications, and to date, however, less applied for closed loop control. This thesis provides a comprehensive development concept for a high-speed networked visual servo control system, which merges different design issues including communication, control performance, stability, and network usage. A real-time transport protocol is developed for large volume image data transmission and thus, a cloud computing platform is established enabling high sampling rate visual feedback. A novel switching control law is proposed based on the analysis of sampled-data stochastic systems with time-varying feedback time delays. With regard to limited communication resources the cost-performance trade-off is addressed by innovative strategies of sending rate scheduling. Besides, this thesis summarizes guidelines for the design of an insect-inspired high-speed vision system for robot control. The emphasis lies on the accurate motion estimation and the stability for the closed loop system. The intrinsic characteristics of the insect-inspired motion detector are extensively investigated to design a motion estimation algorithm based on lookup table and a stable system with high feedback gains and delays. The proposed approaches are validated by experiments conducted on seven/one degrees-of-freedom robotic manipulators. The experimental results show superior performance compared to the conventional counterpart, and provide valuable insights for the future work in the framework of high-speed visual servo control.      «

Visual sensor is one of the most essential components for a robot control system. The visual information is expected to be fast, accurate and reliable in providing real-time information of dynamical surroundings. Due to the limitation of computation capability, the performance of vision-based control systems, in particular of highly dynamic visual servo control systems, is often impacted by the low sampling rate of the visual feedback. In order to overcome the low sampling rate problem, netw...     »

Visuelle Wahrnehmung ist eine der Hauptkomponenten für Systeme zur Roboterregelung. Von visuellen Sensoren wird eine echtzeitfähige und präzise Darstellung einer dynamischen Umgebung erwartet. Auf Grund der begrenzten Rechenleistung ist die Effizienz der bildbasierten Regelung, insbesondere der hochdynamischen Regelung, häufig durch die geringe Abtastrate des visuellen Feedbacks eingeschränkt. Um das Problem der geringen Abtastrate zu umgehen, werden vernetzte Sichtsysteme zur Regelung verwendet, welche verteilte Rechenressourcen zur parallelen Bildverarbeitung mit ein beziehen. Dies ermöglicht eine hochfrequente und hocheffiziente bildbasierte Regelung auf Grund von einfacher Handhabung, hoher Flexibilität und Robustheit. Im Gegensatz zur konventionellen bildbasierten Regelung wird ein Kommunikationsnetzwerk in die Feedbackschleife integriert, um große visuelle Datenmengen auszutauschen. Dieser Ansatz ist eine Herausforderung sowohl für das Regelungskonzept als auch für die Kommunikationsstrategie. Außerdem gilt im Rahmen der aktuellen neurobiologischen Forschung die Aufmerksamkeit immer mehr den biologisch inspirierten Sichtsystemen. Im Bezug auf die Rechenleistung sind die Insekten-inspirierten Sichtsysteme dabei sehr effizient, was zu einer Eignung für Echtzeitanwendungen führt. Bisher werden die genannten Systeme aber noch wenig im geschlossenen Regelkreis verwendet. Diese Dissertation schlägt ein umfassendes Entwurfskonzept für hochfrequente vernetzte bildbasierte Regelungssysteme vor. Dabei werden Aspekte wie Kommunikationsstrategie, Regelgüte und Netzwerkressourcen berücksichtigt. Ein Echtzeit-Transportprotokoll für den Austausch einer großen Menge von Bilddaten über das Kommunikationsnetz wird entwickelt. Folglich entsteht eine Cloud-Computing Plattform, die visuelles Feedback mit einer hohen Abtastrate ermöglicht. Basierend auf der Analyse abgetasteter Werte von stochastischen Systemen mit variablen Zeitverzögerungen wird ein neuartiges schaltendes Regelungskonzept vorgeschlagen. Unter Berücksichtigung der begrenzten Netzwerkressourcen wird durch die Regelung der Senderaten ein Kompromiss zwischen Kosten und Regelgüte getroffen. Darüber hinaus befasst sich diese Dissertation mit der Erforschung hochfrequenter Insekten-inspirierter Systeme zur bildbasierten Roboterregelung. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der präzisen Bewegungsschätzung und der Stabilität des geschlossenen Regelkreises. Dies erfolgt auf der Grundlage einer ausführlichen Analyse der intrinsischen Charakteristika von Insekten-inspirierten Bewegungsdetektoren. Ziel dabei ist es, einen auf Look-up Tabelle basierenden Algorithmus zur Bewegungsschätzung und ein stabiles System zu entwerfen. Experimente in Form der kamerageführten Manipulatorregelung validieren die vorgeschlagenen Ansätze. Die experimentellen Ergebnisse zeigen eine signifikante Verbesserung der Performanz gegenüber klassischer Systeme. Diese Arbeit liefert grundlegende Einblicke in hochfrequente bildbasierte Regelung und bildet einen Wegweiser für die zukünftige Forschung.      «

Visuelle Wahrnehmung ist eine der Hauptkomponenten für Systeme zur Roboterregelung. Von visuellen Sensoren wird eine echtzeitfähige und präzise Darstellung einer dynamischen Umgebung erwartet. Auf Grund der begrenzten Rechenleistung ist die Effizienz der bildbasierten Regelung, insbesondere der hochdynamischen Regelung, häufig durch die geringe Abtastrate des visuellen Feedbacks eingeschränkt. Um das Problem der geringen Abtastrate zu umgehen, werden vernetzte Sichtsysteme zur Regelung verwe...     »