机器人视觉伺服系统

机器人视觉伺服系统

2014-2-18 15:28:29 浏览：112

目前，在全世界的制造业中，工业机器人已经在生产中起到了越来越重要的作用。为了使机器人能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制系统，还需要更多地感知环境的变化。其中机器人视觉以其信息量大、信息完整成为最重要的机器人感知功能。

机器人视觉伺服系统是机器视觉和机器人控制的有机结合，是一个非线性、强耦合的复杂系统，其内容涉及图象处理、机器人运动学和动力学、控制理论等研究领域。随着摄像设备性能价格比和计算机信息处理速度的提高，以及有关理论的日益完善，视觉伺服已具备实际应用的技术条件，相关的技术问题也成为当前研究的热点。

本文对机器人视觉伺服技术进行了综述，介绍了机器人视觉伺服系统的概念及发展历程和分类，重点介绍了基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服系统。对机器人视觉所涉及的前沿问题做了概括，并指出了目前研究中所存在的问题及今后发展方向。

机器人视觉伺服系统

视觉伺服的定义：

人类对于外部的信息获取大部分是通过眼睛获得的，千百年来人类一直梦想着能够制造出智能机器，这种智能机器首先具有人眼的功能，可以对外部世界进行认识和理解。人脑中有很多组织参与了视觉信息的处理，因而能够轻易的处理许多视觉问题，可是视觉认知作为一个过程，人类却知道的很少，从而造成了对智能机器的梦想一直难以实现。随着照相机技术的发展和计算机技术的出现，具有视觉功能的智能机器开始被人类制造出来，逐步形成了机器视觉学科和产业。所谓机器视觉，美国制造工程师协会(sme society of manufacturing engineers)机器视觉分会和美国机器人工业协会(ria robotic industries association) 的自动化视觉分会给出的定义是：

“机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。”

机器视觉作为与人眼类似的机器仿生系统，从广义角度凡是通过光学装置获取真实物体的信息以及对相关信息的处理与执行都是机器视觉，这就包括了可见视觉以及非可见视觉，甚至包括人类视觉不能直接观察到的、物体内部信息的获取与处理等。

机器人视觉发展历程

上个世纪60年代，由于机器人和计算机技术的发展，人们开始研究具有视觉功能的机器人。但在这些研究中，机器人的视觉与机器人的动作，严格上讲是开环的。机器人的视觉系统通过图像处理，得到目标位姿，然后根据目标位姿，计算出机器运动的位姿，在整个过程中，视觉系统一次性地“提供”信息，然后就不参与过程了。在1973年，有人将视觉系统应用于机器人控制系统，在这一时期把这一过程称作视觉反馈(visual feedback)。直到1979年，hill和park提出了“视觉伺服”(visual servo)概念。很明显，视觉反馈的含义只是从视觉信息中提取反馈信号，而视觉伺服则是包括了从视觉信号处理，到机器人控制的全过程，所以视觉伺服比视觉反馈能更全面地反映机器人视觉和控制的有关研究内容。

上个世纪80年以来，随着计算机技术和摄像设备的发展，机器人视觉伺服系统的技术问题吸引了众多研究人员的注意。在过去的几年里，机器人视觉伺服无论是在理论上还是在应用方面都取得了很大进展。在许多学术会议上，视觉伺服技术经常列为会议的一个专题。视觉伺服已逐渐发展为跨机器人、自动控制和图像

处理等技术领域的一门独立技术。

机器人视觉伺服系统分类：

目前，机器人视觉伺服控制系统有以下几种分类方式：

·按照摄像机的数目的不同，可分为单目视觉伺服系统、双目视觉伺服系统以及多目视觉伺服系统

单目视觉系统只能得到二维平面图像，无法直接得到目标的深度信息;多目视觉伺服系统可以获取目标多方向的图像，得到的信息丰富，但图像的信息处理量大，且摄像机越多越难以保证系统的稳定性。当前的视觉伺服系统主要采用双目视觉。

·按照摄像机放置位置的不同，可以分为手眼系统(eye in hand)和固定摄像机系统(eye to hand或stand alone) 在理论上手眼系统能够实现精确控制，但对系统的标定误差和机器人运动误差敏感;固定摄像机系统对机器人的运动学误差不敏感，但同等情况下得到的目标位姿信息的精度不如手眼系统，所以控制精度相对也低。

·按照机器人的空间位置或图像特征，视觉伺服系统分为基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服系统

图1 基于位置控制的动态look and move系统

在基于位置的视觉伺服系统(如图1所示)中，对图像进行处理后计算出目标相对于摄像机和机器人的位姿，所以这就要求对摄像机、目标和机器人的模型进行校准，校准精度影响控制精度，这是这种方法的难点。控制时将需要变化的位姿转化成机器人关节转动的角度，由关节控制器来控制机器人关节转动。

在基于图像的视觉伺服系统(如图2所示)中，控制误差信息来自于目标图像特征与期望图像特征之间的差异。对于这种控制方法，关键的问题是如何建立反映图像差异变化与机器手位姿速度变化之间关系的图像雅可比矩阵；另外一个问题是，图像是二维的，计算图像雅可比矩阵需要估计目标深度(三维信息)，而深度估计一直是计算机视觉中的难点。

图2 基于图像控制的direct visual servo系统

雅可比矩阵的计算方法有公式推导法、标定法、估计方法以及学习方法等，前者可以根据模型推导或标定得到，后者可以在线估计，学习方法主要利用神经网络方法。

·按照采用闭环关节控制器的机器人，视觉伺服系统分为动态观察-移动系统和直接伺服

前者采用机器人关节反馈内环稳定机械臂，由图像处理模块计算出摄像机应具有的速度或位置增量，反馈至机器人关节控制器；后者则由图像处理模块直接计算机器人手臂各关节运动的控制量。

视觉伺服所面临的主要问题

视觉伺服的研究到目前已有近20年的历史，但是由于视觉伺服所涉及的学科众多，所以其发展有赖于这些学科的发展，目前在视觉伺服的研究中仍然有很多问题没有很好地解决。

·图像处理的方法在理论和实际计算处理速度上都是图像伺服最大的难点；

·在图像处理完成后，图像特征与机器人关节运动之间模型的建立是图像伺服的另一难点；

·目前的许多控制方法都不能保证系统在工作时是大范围稳定的，所以对有关控制方法的研究也是必要的。

视觉伺服的发展前景

未来视觉伺服的研究方向主要有以下几方面：

·在实际环境下快速、鲁棒地获取图像特征是视觉伺服系统的关键问题

由于图像处理的信息量大和可编程器件技术的发展，近期把通用算法硬件化，以加快信息处理的速度的方法可能会使这一问题的研究取得进展。

·建立适合机器人视觉系统的有关理论和软件

目前的许多机器人视觉伺服系统的图像处理方法都不是针对机器人视觉系统的，如果有这样的专用的软件平台，在完成视觉伺服任务时，就可以减少工作量，甚至可以通过视觉信息处理硬件化来提高视觉伺服系统的性能。

·将各种人工智能方法应用于机器人视觉伺服系统

虽然神经网络在机器人视觉伺服中已得到应用，但许多智能方法在机器人视觉伺服系统中还没有得到充分地应用，而且，目前研究有过于依赖数学建模和数学计算的倾向，这使得机器人视觉伺服系统在工作时计算量太大，目前计算机的处理速度很难满足系统快速性的要求，但是人类在实现有关的功能时并不是通过大量的计算来完成的，这就启发大家是否可以用人工智能的方法降低数学计算量，以满足系统快速性的要求。

·将主动视觉技术应用于机器人视觉伺服系统

主动视觉是当今计算机视觉和机器视觉研究领域中的一个热点，在这里视觉系统能主动地感知环境，按一定规则主动地提取需要的图像特征，这使得在一般情况下难以解决的问题得以解决。

·将视觉传感器与其它外部传感器结合起来

为了使机器人能够更全面地感知环境，特别是对机器人视觉系统起信息补充，可以将多种传感器加入机器人视觉系统，这样做可以克服机器人视觉系统的一些困难，但多传感器的引入，就需要解决机器人视觉系统的信息融合和信息冗余问题。

结语

近年来，机器人视觉伺服技术有了很大发展，国内、外机器人视觉系统的实际应用也越来越多，许多技术难题都有希望在近期的研究中取得进展。在未来一段时间内，机器人视觉伺服系统将在机器人技术中占有突出的地位，机器人视觉伺服系统将会越来越多地应用于工业生产中。

机器人视觉系统介绍

机器人视觉（Robot Vision）简介 机器视觉系统的组成 机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。按现在的理解，人类视觉系统的感受部分是视网膜，它是一个三维采样系统。三维物体的可见部分投影到网膜上，人们按照投影到视网膜上的二维的像来对该物体进行三维理解。所谓三维理解是指对被观察对象的形状、尺寸、离开观察点的距离、质地和运动特征（方向和速度）等的理解。 机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。 机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。 将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。下面通过一个用于生产线上的单摄像机视觉系统，说明系统的组成及功能。 视觉系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。 图像的获取 图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成： ＊照明 ＊图像聚焦形成 ＊图像确定和形成摄像机输出信号

自由漂浮空间机器人视觉伺服系统研究

第３８卷第２期一一一一一一一一一一一哈一尔一滨一工一程一大一学一学一报一一一一一一一一一一Ｖｏｌ．３８?．２ ２０１７年２月一一一一一 一一 一一一 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨａｒｂｉｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ一一一一一一一一一一一Ｆｅｂ．２０１７ 自由漂浮空间机器人视觉伺服系统研究 刘阳，谢宗武，王滨，刘宏，蔡鹤皋 （哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨１５０００１） 摘一要：为了将动力学模块引入传统的视觉伺服控制算法，使其更加符合真实模型三本文以自由漂浮空间机器人视觉伺服为目标，分析了其系统组成与工作原理三采用广义雅克比的方法完成其速度级的运动学建模，并在６Ｄ空间下分析其动力学模型三机械臂采用ＰＤ与前馈控制完成笛卡尔空间点到点连续路径规划三借助双目手眼相机完成非合作目标位姿的提取，进而完成视觉伺服系统的搭建三本文算法可将机械臂控制算法引入到空间机器人视觉伺服系统，使得机器人控制更加方便，具有结构简单成本低等优点三通过搭建ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ仿真模型，实现了对期望轨迹的跟踪，验证了视觉伺服算法的正确性三 关键词：空间机器人；视觉伺服；自由漂浮；动力学；双目视觉ＤＯＩ：１０．１１９９０／ｊｈｅｕ．２０１６０５０２７ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．ｕ．２０１６１１１６．１６１３．００２．ｈｔｍｌ中图分类号：ＴＰ２４２．３一文献标志码：Ａ一文章编号：１００６－７０４３（２０１７）０２－０１５３－０７ Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｏｆａｆｒｅｅ?ｆｌｏａｔｉｎｇｓｐａｃｅｒｏｂｏｔ ＬＩＵＹａｎｇ，ＸＩＥＺｏｎｇｗｕ，ＷＡＮＧＢｉｎ，ＬＩＵＨｏｎｇ，ＣＡＩＨｅｇａｏ （ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｄｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｒｏｂｏｔｔｏｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅａｕｔｈｅｎｔｉｃｉｔｙｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆａｆｒｅｅ?ｆｌｏａｔｉｎｇｓｐａｃｅｒｏｂｏｔ，ｆｏｃｕｓｉｎｇｏｎｉｔｓｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ．ＧｅｎｅｒａｌｉｚｅｄＪａｃｏｂｉａｎｍａｔｒｉｘｗａｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｆｒｅｅ?ｆｌｏａｔｉｎｇｓｐａｃｅｒｏｂｏｔ，ａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆ６Ｄｓｐａｔｉａｌｖｅｃｔｏｒ．ＢａｓｅｄｏｎＰＤａｎｄｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｒｏｂｏｔｗａｓｐｒｏｇｒａｍｍｅｄｉｎＣａｒｔｅｓｉａｎｓｐａｃｅ．Ａｂｉｎｏｃｕｌａｒｈａｎｄ?ｅｙｅｃａｍｅｒａｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｔｏｅｘｔｒａｃｔｔｈｅｐｏｓｅｏｆｔｈｅｎｏｎ?ｃｏｏｐｅｒａｔｉｖｅｓａｔｅｌｌｉｔｅｗｈｉｃｈｆｕｒｔｈｅｒｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍ．Ｖａｒｉｏｕｓｒｏｂｏｔｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｃａｎｂｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｔｈｅｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｔｈａｔｍａｋｅｓｉｔｍｏｒｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔａｎｄｔａｋｅｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｓｉｍｐｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈｌｏｗｃｏｓｔ．ＢｙｂｕｉｌｄｉｎｇａＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｅｘｐｅｃ?ｔｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｈａｄｂｅｅｎｔｒａｃｋｅｄｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｄｔｈｅｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｓｙｓｔｅｍｒｉｇｈｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｃｅｒｏｂｏｔ；ｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏ；ｆｒｅｅ?ｆｌｏａｔｉｎｇ；ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｂｉｎｏｃｕｌａｒｖｉｓｉｏｎ收稿日期：２０１６－０５－０９．网络出版日期：２０１６－１１－１６．基金项目：国家重点基础研究发展计划（２０１３ＣＢ７３３１０５）．作者简介：刘阳（１９９０－），男，博士研究生； 谢宗武（１９７３－），男，教授，博士生导师；王滨（１９７３－），男，副教授； 刘宏（１９６６－），男，教授，博士生导师， 长江学者计划 特聘教授； 蔡鹤皋（１９３４－），男，教授，博士生导师，中国工程院院士．通信作者：王滨，Ｅ?ｍａｉｌ：ｗｂｈｉｔ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ． 一一随着科学技术水平的发展，每年发射进入太空的航天器数目在逐渐增大三ＵＣＳ（ｕｎｉｏｎｏｆｃｏｎｃｅｒｎｅｄｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ）卫星数据显示［１］，截止到２０１６年１月１日，太空中活动卫星的数量为１３８１，其中４９３颗卫星运行于同步地球轨道三这些活动卫星中大约有６８％的卫星处于不受控状态，如废弃卫星二火箭残留物以及太空垃圾［２］三每年都有卫星由于发射失败 而无法正确进入轨道，从而造成大量的经济损失三此类卫星经过在轨维护，大多可以继续服务三 作为主要的在轨维护设备，空间机器人能够胜任卫星维修二能源补充二货物运输等多项太空任务［３－８］三随着太空任务的复杂化，宇航员的操作风险大大提高，利用空间机器人代替宇航员完成空间工作已成为当前空间探索的新趋势三中国将在未来五年内建成我国独立自主研发的空间站，空间站各舱段之间的组装依赖的也是空间机器人三 空间机器人是一个强非线性系统，其运动学与动力学之间存在着动力学耦合［９］三空间微重力环境下对其进行实时控制存在很大困难，同时风险高二难度大三视觉伺服的引入使得空间机器人在执行空间任务时变得智能化，能够根据不同的环境采取不 万方数据

机器人视觉系统

机器人视觉系统 ——人脸识别技术 优势 1 不被察觉，不会引起人的反感。 2 非接触性，不需要和设备接触即可识别 3 自然性 4 准确，可靠，灵活。 原理 在检测到人脸并定位面部关键特征点之后，主要的人脸区域就可以被裁剪出来，经过预处理之后，馈入后端的识别算法。识别算法要完成人脸特征的提取，并与库存的已知人脸进行比对，完成最终的分类。 主要过程 一般分三步： (1)首先建立人脸的面像档案。即用摄像机采集单位人员的人脸的面像文件或取他们的照片形成面像文件，并将这些面像文件生成面纹(Faceprint)编码贮存起来。 (2)获取当前的人体面像。即用摄像机捕捉的当前出入人员的面像，或取照片输入，并将当前的面像文件生成面纹编码。（智械科技） (3)用当前的面纹编码与档案库存的比对。即将当前的面像的面纹编码与档案库存中的面纹编码进行检索比对。上述的“面纹编码”方式是根据人脸脸部的本质特征和开头来工作的。这种面纹编码可以抵抗光线、皮肤色调、面部毛发、发型、眼镜、表情和姿态的变化，具有强大的可靠性，从而使它可以从百万人中精确地辩认出某个人。人脸的识别过程，利用普通的图像处理设备就能自动、连续、实时地完成。 实现方法 基于OpenCv人脸识别设计方案 1 系统组成 以OpenCV 图像处理库为基础，利用库中提供的相关功能函数进行各种处理：通过相机对图像数据进行采集，人脸检测主要是调用已训练好的Haar 分类器来对采集的图像进行模

式匹配，检测结果利用PCA 算法可进行人脸图像训练与身份识别，而人脸表情识别则利用了Camshift 跟踪算法和Lucas–Kanade 光流算法。

基于图像的视觉伺服系统

基于图像的机器人视觉伺服系统研究 班级：自121 姓名：成佳宇 学号：3120413006

基于图像的机器人视觉伺服系统 摘要本文采用基于图像的眼在手（eye in hand）视觉伺服结构,通过计算图像雅克比矩阵实现机械手的定位任务。本文采用应用最广泛的机器人工具箱(Robotics Toolbox for Matlab)，在该工具箱的基础上,运用Sub-system实现Matlab和Simulink的有机结合，建立基于图像反馈的六自由度PUMA560机器人视觉伺服系统Simulink模型,仿真验证该模型的有效性。 关键字：puma560机器人；视觉伺服；图像的雅可比矩阵Abstract：In this paper,we use Image-based visual servoing control system, via image jacobin matrix function the positioning of the manipulator by calculation task. on the basis of Robotics Toolbox for Matlab, and using Sub - system to realize the organic combination of Matlab and Simulink, based on the image feedback Simulink model of six degrees of freedom PUMA560 robot visual servoing system, the simulation verify the validity of the model. Keyword：PUMA560robot；IBVS；Image jacobin 引言： 机器人视觉伺服己成为机器人领域重要的研究内容之一，但是机器人视觉伺服系统是一个十分复杂的非线性系统。视觉是一种复杂的感官,视觉信息中包含有大量的数据,要从 中提取特征信息,需要复杂的算法及耗费大量的运算时间,

带有视觉识别模块的分拣机器人

带有视觉识别模块的分拣机器人 传统的机器人分拣操作一般采用示教或离线编程方式，当机器人所处的工作环境发生改变时机器人很难即时作出相应的调整，为了使机器人具有更加智能化的功能，以阿童木并联机器人和工业智能相机为基础，组成一套带有视觉模块的机器人分拣系统。这样的分拣系统结合了并联型机器人和视觉模块两个方面的优势，通过视觉模块智能的识别不同的对象，系统可以完成高速的分拣工作，显著提升了机器人对工作环境的适应能力，提高了工作效率。同时，实验结果证明了该系统软硬件设计正确，分拣成功率高。 随着我们国家生产需求的不断增加，机器人越来越多的参与到各行各业的生产过程中来。其中，对工件的分拣作业是当前生产过程中的一个重要环节，传统的机器人分拣，其动作和目标的摆放位置都需要根据程序预先严格的设定。一旦机器人所处的环境有所改变，很容易导致抓取错误。本文模拟工业生产中的分拣作业环境，引入视觉模块，用摄像机来模拟人类的视觉功能来对待测的对象进行识别分类，可以使分拣作业拥有更高的可靠性和灵活性，作业对象以及分拣工序可以随时随地的变换，也提高了工作的效率和机器人的智能化程度。 1机器人系统组成介绍 我们设计的机器人分拣系统主要由并联机器人、视觉模块、传送带装置以及分拣对象组成，结构如图1所示： 1.1并联机器人 相比于其他工业机器人，并联机器人占用较小的空间，其更具有高速度、高精度、灵活性等特点，更能適合苛刻的工业生产需求。我们在实验中采用的是阿童木4轴并联型机器人，如图2所示，它能够完成空间中X、Y、Z方向的移动及角度的转动。除了并联型机器人本体之外，机器人配套设施还包括机器人控制柜、控制编程器和驱动机器人各关节运动的伺服交流电机。机器人末端执行机构为气动吸盘，用于吸附传送带上的分拣对象，完成抓取动作。 1.2 视觉模块 视觉模块我们采用康奈视公司的In-Sight7000型智能相机，如图3所示。该视觉模块能够智能的识别出实验中不同种类的实验对象，以及采集各个实验对象的位置信息。 1.3网络交换机 实验中，我们使用一般的家用路由器来替代网络交换机。视觉模块采集到的信息要通过局域网来络传递给机器人，因此我们要用到网络交换机来搭建局域网络，进而使各个模块间完成信息传输。

机器人视觉系统(Robot Vision)简介

机器人视觉系统(Robot Vision)简介 【字体：大中小】时间：2014-08-28 11:00:06 点击次数：23次 机器视觉系统的组成 机器视觉系统是指用计算机来实现人的视觉功能，也就是用计算机来实现对客观的三维世界的识别。按现在的理解，人类视觉系统的感受部分是视网膜，它是一个三维采样系统。三维物体的可见部分投影到网膜上，人们按照投影到视网膜上的二维的像来对该物体进行三维理解。所谓三维理解是指对被观察对象的形状、尺寸、离开观察点的距离、质地和运动特征（方向和速度）等的理解。 机器视觉系统的输入装置可以是摄像机、转鼓等，它们都把三维的影像作为输入源，即输入计算机的就是三维管观世界的二维投影。如果把三维客观世界到二维投影像看作是一种正变换的话，则机器视觉系统所要做的是从这种二维投影图像到三维客观世界的逆变换，也就是根据这种二维投影图像去重建三维的客观世界。 机器视觉系统主要由三部分组成：图像的获取、图像的处理和分析、输出或显示。 将近80%的工业视觉系统主要用在检测方面，包括用于提高生产效率、控制生产过程中的产品质量、采集产品数据等。产品的分类和选择也集成于检测功能中。下面通过一个用于生产线上的单摄像机视觉系统，说明系统的组成及功能。 视觉系统检测生产线上的产品，决定产品是否符合质量要求，并根据结果，产生相应的信号输入上位机。图像获取设备包括光源、摄像机等；图像处理设备包括相应的软件和硬件系统；输出设备是与制造过程相连的有关系统，包括过程控制器和报警装置等。数据传输到计算机，进行分析和产品控制，若发现不合格品，则报警器告警，并将其排除出生产线。机器视觉的结果是CAQ系统的质量信息来源，也可以和CIMS其它系统集成。 图像的获取 图像的获取实际上是将被测物体的可视化图像和内在特征转换成能被计算机处理的一系列数据，它主要由三部分组成： ＊照明 ＊图像聚焦形成 ＊图像确定和形成摄像机输出信号

机器人视觉伺服系统综述

机器人视觉伺服系统综述 摘要：对机器人视觉伺服系统进行阐述，介绍了机器人视觉伺服系统的概念、发展历程以及研究背景；并从不同的角度对机器人视觉伺服系统进行了分类。最后介绍了该领域的研究现状、所取得的成就，以及今后的发展趋势。 关键词：机器人；视觉伺服；综述 Survey of robot visual servoing system Abstract:: In this paper,the survey of robot visual servoing system are introduced.The paper reviews the concept and history background of robot visual servoing system.This article also classify the robot visual servo system from different aspects. Finally, it introduce the research status quo, achievements and future trends in the field. Key words:robot, visual servoing, summary 1．引言 随着先进科学技术的不断发展，机器人已经在生产和生活中起到了越来越重要的作用，因次人们不断对机器人技术提出更高的要求。为了使机器人能够完成更加复杂的工作，适应更加复杂的环境，机器人不仅需要更加完善的控制统，还需要能够更多的感知环境的变化。而影响其发展的一个重要原因就是机器人缺少像人一样的感知能力，在人们为机器人添加各种外部传感器的过程中，机器人视觉以其信息大、信息完整成为最重要的机器人感知功能[1]。 机器人的视觉伺服系统是机器人的视觉和机器人控制的相结合的复杂系统。其内容包括了图像的采集与处理、运动学和动力学、自动控制理论及其系统数据实时分析等领域于一体的新兴交叉学科。随着摄像技术和计算机技术的发展，以及相关理论的日益完善和实践的不断检验，视觉伺服已具备了在实际中应用的条件；而随着机器人应用领域的不断扩展，重要性也不断提高，与其相关技术问题已经成为了当前的研究热点[2]。所以实现机器人视觉伺服控制有相当的难度，是机器人研究领域中具有挑战性的课题。 2．机器人视觉伺服系统 2．1机器人视觉伺服系统的定义

机器人视觉算法 参考答案

1.什么是机器视觉 【概述】 机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是指通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分 CMOS 和 CCD 两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。 机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉；同时在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。 正是由于机器视觉系统可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，也易于同设计信息以及加工控制信息集成，因此，在现代自动化生产过程中，人们将机器视觉系统广泛地用于工况监视、成品检验和质量控制等领域。【基本构造】 一个典型的工业机器视觉系统包括：光源、镜头、 CCD 照相机、图像处理单元（或图像捕获卡）、图像处理软件、监视器、通讯 / 输入输出单元等。 系统可再分为： 主端电脑(Host Computer) 影像撷取卡(Frame Grabber)与影像处理器影像摄影机 CCTV镜头显微镜头照明设备： Halogen光源 LED光源 高周波萤光灯源闪光灯源其他特殊光源影像显示器 LCD 机构及控制系统 PLC、PC-Base控制器 精密桌台伺服运动机台 【工作原理】 机器视觉检测系统采用CCD照相机将被检测的目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号，图像处理系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，如面积、数量、位置、长度，再根据预设的允许度和其他条件输出结果，包括尺寸、角度、个数、合格 / 不合格、有 / 无等，实现自动识别功能。 【机器视觉系统的典型结构】 一个典型的机器视觉系统包括以下五大块： 1.照明 照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。光源可分为可见光和不可见光。常用的几种可见光源是白帜灯、日光灯、水银灯和钠光灯。可见光的缺点是光能不能保持稳定。如何使光能在一定的程度上保持稳定，是实用化过程中急需要解决的问题。另一方面，环境光有可能影响图像的质量，所以可采用加防护屏的方法来减少环境光的影响。照明系统按其照射方法可分为：背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。其中，背向照明是被测物放在光源和摄像机之间，它的优点是能获得高对比度的图像。前向照明是光源和摄像机位于被测物的同侧，这种方式便于安装。结构光照明是将光栅或线光源等投射到被测物上，根据它们产生的畸变，解调出被测物的三维信息。频闪光照明是将高频率的光脉冲照射到物体上，摄像机拍摄要求与光源同步。 2.镜头FOV（Field Of Vision）=所需分辨率*亚象素*相机尺寸/PRTM（零件测量公差比）镜头选择应注意： ①焦距②目标高度③影像高度④放大倍数⑤影像至目标的距离⑥中心点 / 节点⑦畸变 3.相机 按照不同标准可分为：标准分辨率数字相机和模拟相机等。要根据不同的实际应用场合选不同的相机和高分辨率相机:线扫描CCD和面阵CCD；单色相机和彩色相机。 4.图像采集卡 图像采集卡只是完整的机器视觉系统的一个部件，但是它扮演一个非常重要的角色。图像采集卡直接决定了摄像头的接口：黑白、彩色、模拟、数字等等。 比较典型的是PCI或AGP兼容的捕获卡，可以将图像迅速地传送到计算机存储器进行处理。有些采集卡有内置的多路开关。例如，可以连接8个不同的摄像机,然后告诉采集卡采用那一个相机抓拍到的信息。有些采集卡有内置的数字输入以触发采集卡进行捕捉，当采集卡抓拍图像时数字输出口就触发闸门。 5.视觉处理器 视觉处理器集采集卡与处理器于一体。以往计算机速度较慢时，采用视觉处理器加快视觉处理任务。现在由于采集

机器人视觉伺服技术发展概况综述

机器人视觉伺服技术发展概况综述 目前，在全世界的制造业中，工业机器人已经在生产中起到了越来越重要的作用。为了使机器人能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制系统，还需要更多地感知环境的变化。其中机器人视觉以其信息量大、信息完整成为最重要的机器人感知功能。 机器人视觉伺服系统是机器视觉和机器人控制的有机结合，是一个非线性、强耦合的复杂系统，其内容涉及图象处理、机器人运动学和动力学、控制理论等研究领域。随着摄像设备性能价格比和计算机信息处理速度的提高，以及有关理论的日益完善，视觉伺服已具备实际应用的技术条件，相关的技术问题也成为当前研究的热点。 本文对机器人视觉伺服技术进行了综述，介绍了机器人视觉伺服系统的概念及发展历程和分类，重点介绍了基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服系统。对机器人视觉所涉及的前沿问题做了概括，并指出了目前研究中所存在的问题及今后发展方向。 机器人视觉伺服系统 视觉伺服的定义： 人类对于外部的信息获取大部分是通过眼睛获得的，千百年来人类一直梦想着能够制造出智能机器，这种智能机器首先具有人眼的功能，可以对外部世界进行认识和理解。人脑中有很多组织参与了视觉信息的处理，因而能够轻易的处理许多视觉问题，可是视觉认知作为一个过程，人类却知道的很少，从而造成了对智能机器的梦想一直难以实现。随着照相机技术的发展和计算机技术的出现，具有视觉功能的智能机器开始被人类制造出来，逐步形成了机器视觉学科和产业。所谓机器视觉，美国制造工程师协会(sme society of manufacturing engineers)机器视觉分会和美国机器人工业协会(ria robotic industries association) 的自动化视觉分会给出的定义是： “机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。”

视觉伺服控制算法优化综述

视觉伺服控制算法优化综述 摘要：系统论述了视觉伺服控制的应用现状。重点介绍了针对不同的实际情况，提出优化的基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服系统的控制算法。优化后的算法效率高，具有很强的有效性和可行性。优化后的控制系统功能更强，更精确有效。 关键词：视觉伺服;优化;算法 Survey of Visual Servoing control algorithm Abstract:The application status of the visual servo control are reviewed . For different realities , we put fortward an improved position-based visual servo systems and image -based visual servo control algorithm of the system. High efficiency of the improved algorithm has strong effectiveness and feasibility. The improved control system functions stronger, and become more precise and effective. Keywords:Visual Servoing;improve;Algorithm

1 引言 随着科技的快速发展，在现代工业自动化生产过程中,机器视觉正成为一种提高生产效率和保证产品质量的关键技术,如机械零件的自动检测、智能机器人控制及生产线的自动监控等。 基于视觉的伺服策略是采用相机所观察的特征来控制机器人移动的一种灵活有效的方法。视觉伺服主要分为3种：基于位置的视觉伺服(PBVS)、基于图像的视觉伺服(IBVS)和混合控制视觉伺服。早期的研究主要是基于位置的视觉伺服研究，近年来主要是基于图像的视觉伺服研究。 PBVS的反馈偏差在3D笛卡尔空间进行计算，IBVS的反馈偏差在2D图像平面空间进行计算。PBVS 的控制方式直接在笛卡尔空间下进行位姿估计和运动控制，具有很好的直观性和简单有效性。IBVS的控制方式其期望给定值直接以图像特征信息表示，所以不需要将特征信息投影逆变换到工作空间的过程，因此基于图像的控制方式对标定误差和空间模型误差不敏感，具有更高地定位精度，为多数的视觉伺服系统所采用。 2 视觉伺服控制算法 在进行任何一个基于伺服控制的控制系统的分析、综合或设计时，首先应建立该系统的数学模型，确定其控制算法。它反映了系统输入、内部状态和输出之间的数量和逻辑关系，这些关系式为计算机进行运算处理提供了依据。控制算法的正确与否直接影响控制系统的品质，甚至决定整个系统的成败。 2.1 基于位置的视觉伺服算法的优化 对于不同的功能要求，采用传统的基于位置的视觉伺服控制算法，常常造成稳定性不够、精度不够、准确性不足等问题，我们需要对算法进行优化处理，来满足要求。 例如，针对家庭环境中服务机器人物品的抓取问题，提出一种改进的基于位置的视觉伺服抓取算法。该算法主要包括4个部分： 1.基于Naomark 标签的物体识别，根据Naomark的ID确定抓取方式，并利用世界单应分解算法对目标物位姿进行估计。 通过在具有不同形状和特征的各类物品上布置Naomark 标签的方式，可以实现被操作物的快速识别与定位，从而解决家庭环境中物品种类多、操作方式复杂带来的困难。 利用Hough 变换和边缘检测可以得到Naomark 的各特征点。 2.对NAO机器人的五自由度手臂进行运动学建模，计算出运动学正解和逆解。

机器人视觉伺服系统的控制结构

机器人视觉伺服系统的控制结构

机器人视觉伺服系统的控制结构 1 前言 对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可直接用于机器人手—眼系统、移动机器人的自动避障及对周围环境的自适应、轨线跟踪等问题中。通常所说的机器视觉是指：自动获取并分析图像，以得到一组可对景物描述的数据或控制某种动作的数据。而视觉伺服则不同于机器视觉，它利用机器视觉的原理对图像进行自动获取与分析，以实现对机器人的某项控制为目的。正是由于系统以实现某种控制为目的，所以视觉伺服系统中的图像处理过程必须快速准确。 视觉伺服系统采用视觉反馈环形成闭环，在视觉反馈环中抽取某种图像特征。图像特征可以是点、曲线、图像上的某一区域等，比如，它可以是点在图像平面的坐标位置，或投影面的形心及其惯量的高次幂。 2 视觉伺服系统的分类 视觉伺服的控制策略主要基于以下两个问题： 1）是否采用分层控制结构？即机器人是否需要闭环关节控制器？进一步说，就是系统的视觉反馈是为机器人的关节控制闭环提供输入量，还是由视觉控制器直接控制机器人各关节。 2）误差输入量是以机器人所在空间的三维坐标表示，还是以图像特征？ 按控制策略2）区分，视觉伺服系统分为两类：基于位置的控制系统（position－based control，又称3D视觉伺服，3Dvisualservoing），基于图像的控制系统（image－base control，或称2D视觉伺服，2Dvisualservoing）。由于基于位置和基于图像的视觉伺服各有其优缺点，于是近年有学者综合上述两类视觉伺服系统的优点，设计出2-1/2D视觉伺服系统。 按控制策略1）区分，视觉伺服系统可分为动态观察—移动系统和直接视觉伺服。前者采用机器人关节反馈内环稳定机械臂，由图像处理模块计算出摄像机应具有的速度或位置增量，反馈至机器人关节控制器；后者则由图像处理模块直接计算机械壁各关节运动的控制量。 3 视觉伺服系统的控制结构 3.1 基于位置的视觉伺服控制结构

机器人视觉系统的组成及工作原理

机器人视觉系统的组成及工作原理 【摘要】随着大规模集成电路技术的发展，视觉系统逐渐走向实用化。由于微型计算机的飞速发展，使用的视觉系统已经进入领域，其中机器人视觉系统是机器视觉应用的一个重要领域。本文叙述机器人视觉系统的各部分组成，及各部分组成的工作原理。 【关键词】CCD；视频数字；信号处理器 1.机器人视觉系统的硬件系统 1.1机器人视觉系统的硬件由下述几个部分组成 (1)景物和距离传感器常用的摄像机、CCD图像传感器、超声波传感器和结构光设备等。 (2)视频信号数字化设备其任务是把摄像机或CCD输出的信号转换成方便计算和分析的数字信号。 (3)视频信号快速处理器，视频信号实时、快速、并行算法的硬件实现设备：如DSP系统。 (4)计算机及其外设根据系统的需要可以选用不同的计算机及其外设来满足机器人视觉信息处理及机器人控制的需要。 (5)机器人或机械手及其控制器。 1.2机器人视觉的软件系统有以下几个部分组成 (1)计算机系统软件选用不同类型的计算机，就有不同的操作系统和它所支持的各种语言、数据库等。 (2)机器人视觉信息处理算法图像预处理、分割、描述、识别和解释等算法。 (3)机器人控制软件。 https://www.wendangku.net/doc/6d8685634.html,D原理 视觉信息通过视觉传感器转换成电信号，在空间采样和幅值化后，这些信号就形成了一幅数字图像。机器人视觉使用的主要部分是电视摄像机，它由摄像管或固态成像传感器及相应的电子线路组成。这里我们只介绍光导摄像管的工作原理，因为它是普遍使用的并有代表性的一种摄像管。固态成像传感器的关键部分有两种类型：一种是电荷耦合器件(CCD)；另一种是电荷注入器件(CID)。与具有摄像管的摄像机相比，固态成像器件重量轻、体积小、寿命小、功耗低。不过，某些摄像管的分辨率仍比固态摄像机高。光导摄像管外面是一圆柱形玻璃外壳2，内部有位于一端的电子枪7以及位于另一端的屏幕1和靶。加在线圈6、9上的电压将电子束聚焦并使其偏转。偏转电路驱使电子束对靶的内表面扫描以便“读取”图像。玻璃屏幕的内表面镀有一层透明的金属薄膜，它构成一个电极，视频信号可从此电极上获得。一层很薄的光敏“靶”附着的金属膜上，它是一层由一些极小的球状体组成，球状的电阻反比于光的强度。在光敏靶的后面有一个带正电荷的细金属网，它使电子枪发射出的电子减速，以接近于0的速度达到靶面。在正常工作时，将正电压加在屏幕的金属镀膜上。在无光照时，光敏材料呈现绝缘体特性，电子束在靶的内表面上形成一个电子层以平衡金属膜上的正电荷。当电子束扫描靶内表面时，光敏层就成了一个电容器，其内表面具有负电荷，而另一面具有正电荷。光投射到靶层，它的电阻降低，使得电子向正电荷方向流动并与之中和。由于流动的电子电荷的数量正比于投射到靶的某个局部区域上的光的强度，因此其效果是在靶表面上形成一幅图像，该图像与摄像管屏幕上的图像亮

机器人视觉伺服系统

机器人视觉伺服系统 2014-2-18 15:28:29 浏览：112 目前，在全世界的制造业中，工业机器人已经在生产中起到了越来越重要的作用。为了使机器人能够胜任更复杂的工作，机器人不但要有更好的控制系统，还需要更多地感知环境的变化。其中机器人视觉以其信息量大、信息完整成为最重要的机器人感知功能。 机器人视觉伺服系统是机器视觉和机器人控制的有机结合，是一个非线性、强耦合的复杂系统，其内容涉及图象处理、机器人运动学和动力学、控制理论等研究领域。随着摄像设备性能价格比和计算机信息处理速度的提高，以及有关理论的日益完善，视觉伺服已具备实际应用的技术条件，相关的技术问题也成为当前研究的热点。 本文对机器人视觉伺服技术进行了综述，介绍了机器人视觉伺服系统的概念及发展历程和分类，重点介绍了基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服系统。对机器人视觉所涉及的前沿问题做了概括，并指出了目前研究中所存在的问题及今后发展方向。 机器人视觉伺服系统 视觉伺服的定义： 人类对于外部的信息获取大部分是通过眼睛获得的，千百年来人类一直梦想着能够制造出智能机器，这种智能机器首先具有人眼的功能，可以对外部世界进行认识和理解。人脑中有很多组织参与了视觉信息的处理，因而能够轻易的处理许多视觉问题，可是视觉认知作为一个过程，人类却知道的很少，从而造成了对智能机器的梦想一直难以实现。随着照相机技术的发展和计算机技术的出现，具有视觉功能的智能机器开始被人类制造出来，逐步形成了机器视觉学科和产业。所谓机器视觉，美国制造工程师协会(sme society of manufacturing engineers)机器视觉分会和美国机器人工业协会(ria robotic industries association) 的自动化视觉分会给出的定义是： “机器视觉是通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，以获得所需信息或用于控制机器人运动的装置。” 机器视觉作为与人眼类似的机器仿生系统，从广义角度凡是通过光学装置获取真实物体的信息以及对相关信息的处理与执行都是机器视觉，这就包括了可见视觉以及非可见视觉，甚至包括人类视觉不能直接观察到的、物体内部信息的获取与处理等。 机器人视觉发展历程 上个世纪60年代，由于机器人和计算机技术的发展，人们开始研究具有视觉功能的机器人。但在这些研究中，机器人的视觉与机器人的动作，严格上讲是开环的。机器人的视觉系统通过图像处理，得到目标位姿，然后根据目标位姿，计算出机器运动的位姿，在整个过程中，视觉系统一次性地“提供”信息，然后就不参与过程了。在1973年，有人将视觉系统应用于机器人控制系统，在这一时期把这一过程称作视觉反馈(visual feedback)。直到1979年，hill和park提出了“视觉伺服”(visual servo)概念。很明显，视觉反馈的含义只是从视觉信息中提取反馈信号，而视觉伺服则是包括了从视觉信号处理，到机器人控制的全过程，所以视觉伺服比视觉反馈能更全面地反映机器人视觉和控制的有关研究内容。 上个世纪80年以来，随着计算机技术和摄像设备的发展，机器人视觉伺服系统的技术问题吸引了众多研究人员的注意。在过去的几年里，机器人视觉伺服无论是在理论上还是在应用方面都取得了很大进展。在许多学术会议上，视觉伺服技术经常列为会议的一个专题。视觉伺服已逐渐发展为跨机器人、自动控制和图像

机器人视觉伺服控制外文文献翻译、中英文翻译

附录1：外文翻译 摘要 本文介绍了机器人视觉伺服控制的入门教程，由于该课题涉及许多学科，我们的目标仅限于提供一个基本的概念框架工作。首先，我们从机器人学和计算机视觉的前提条件，包括坐标变换，速度表示，以及图像形成过程的几何方面的描述进行简要回顾。然后，我们提出了视觉伺服控制系统的分类。然后详细讨论了基于位置和基于图像的系统的两大类。由于任何视觉伺服系统必须能够跟踪图像序列中的图像特征，所以我们还包括基于特征和基于相关性的跟踪方法的概述。我们结束了教程与一些服务的当前方向的研究领域的视觉伺服控制 当今绝大多数增长的机器人人口都在工厂里工作，在那里工厂可以制造出适合机器人的环境。在工作环境和物体放置不能精确控制的应用中，机器人的影响要小得多。这种局限性很大程度上是由于现代商业机器人系统固有的感觉能力不足。人们早已认识到，传感器集成是提高机器人的通用性和应用领域的基础，但迄今为止，这还没有证明在制造业中大量的机器人应用是有效的。 机器人在日常生活中的“前沿”为这项研究提供了新的动力。与制造业的应用不同，重新设计“我们的世界”并不适合于机器人。视觉是一种有用的机器人传感器，因为它模仿人类的视觉，并允许对环境进行非接触测量。自从Shirai 和伊努埃（1）的早 ，期工作（谁描述了如何使用视觉反馈回路来校正机器人的位置以提高任务精度）大量的EORT 一直致力于机器人的视觉控制。机器人控制器完全集成的视觉系统现在可以从多个供应商获得。通常，视觉感知和操作以开环的方式组合，“看”然后“移动”。所得到的操作的精度直接取决于视觉传感器和机器人末端Ecter 的精度。增加这些子系统的精度的一个替代方法是使用视觉反馈控制回路，这将增加系统的整体精度，这是大多数应用中的一个主要问题。极端地，机器视觉可以为机器人端部控制器提供闭环位置控制。这被称为视觉伺服。这个词似乎已经被RHT 和Park（2）在1979 中介绍了，以区别他们的方法与先前的“块世界”实验，其中系统在拍照和移动之间交替。在引入这个术语之前，一般使用较少的视觉术语视觉反馈。为了这篇文章的目的，视觉伺服中的任务是使用视觉信息来控制机器人的末端ECT 相对于目标对象或一组目标特征的姿态。该任务也可用于移动机器人，其中，它成为控制车辆的姿态相对于一些地标。 视觉伺服是融合许多领域的结果，包括高速图像处理、运动学、动力学、控制理论和实时计算。它与主动视觉和运动结构的研究有很多共同点，但与在分层任务级机器人控制系统中经常使用的视觉非常不同。许多控制和视觉问题类似于那些正在建造“机器人头”的主动视觉研究者所反对的。然而，视觉伺服中的任务是控制机器人利用视觉来操纵环境，而不是仅仅观察环境。 本课程的教程介绍。我们的目标是帮助其他人通过提供一致的术语和术语来

机器人视觉伺服系统的控制结构

机器人视觉伺服系统的控制结构 1 前言 对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可直接用于机器人手—眼系统、移动机器人的自动避障及对周围环境的自适应、轨线跟踪等问题中。通常所说的机器视觉是指：自动获取并分析图像，以得到一组可对景物描述的数据或控制某种动作的数据。而视觉伺服则不同于机器视觉，它利用机器视觉的原理对图像进行自动获取与分析，以实现对机器人的某项控制为目的。正是由于系统以实现某种控制为目的，所以视觉伺服系统中的图像处理过程必须快速准确。 视觉伺服系统采用视觉反馈环形成闭环，在视觉反馈环中抽取某种图像特征。图像特征可以是点、曲线、图像上的某一区域等，比如，它可以是点在图像平面的坐标位置，或投影面的形心及其惯量的高次幂。 2 视觉伺服系统的分类 视觉伺服的控制策略主要基于以下两个问题： 1）是否采用分层控制结构？即机器人是否需要闭环关节控制器？进一步说，就是系统的视觉反馈是为机器人的关节控制闭环提供输入量，还是由视觉控制器直接控制机器人各关节。 2）误差输入量是以机器人所在空间的三维坐标表示，还是以图像特征？ 按控制策略2）区分，视觉伺服系统分为两类：基于位置的控制系统 （position —based control，又称3D视觉伺服，3Dvisualservoing ），基于图像的控制系统（image—base control ,或称2D视觉伺服，2Dvisualservoing ）。由于基于位置和基于图像的视觉伺服各有其优缺点，于是近年有学者综合上述两类视觉伺服系统的优点，设计出2-1/2D 视觉伺服系统。 按控制策略1）区分，视觉伺服系统可分为动态观察—移动系统和直接视觉伺服。前者采用机器人关节反馈内环稳定机械臂，由图像处理模块计算出摄像机应具有的速度或位置增量，反馈至机器人关节控制器；后者则由图像处理模块直接计算机械壁各关节运动的控制量。 3 视觉伺服系统的控制结构 3.1 基于位置的视觉伺服控制结构 在基于位置的控制系统中，输入量以三维笛卡尔坐标表示（又称3D伺服控制），多数基于位置的视觉伺服系统采用一具有5?6个自由度的机械臂作为摄像机的运动载体。系统的视觉反馈环首先从图像中提取图像特征，然后利用图像特

工业机器人视觉系统

工业机器人及机器人视觉系统 人类想要实现一系列的基本活动，如生活、工作、学习就必须依靠自身的器官，除脑以外，最重要的就是我们的眼睛了，（工业）机器人也不例外，要完成正常的生产任务，没有一套完善的，先进的视觉系统是很难想象的。 机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。它是计算科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。图像处理和模式识别等技术的快速发展，也大大地推动了机器视觉的发展。 机器视觉系统的应用 在生产线上，人来做此类测量和判断会因疲劳、个人之间的差异等产生误差和错误，但是机器却会不知疲倦地、稳定地进行下去。一般来说，机器视觉系统包括了照明系统、镜头、摄像系统和图像处理系统。对于每一个应用，我们都需要考虑系统的运行速度和图像的

处理速度、使用彩色还是黑白摄像机、检测目标的尺寸还是检测目标有无缺陷、视场需要多大、分辨率需要多高、对比度需要多大等。从功能上来看，典型的机器视觉系统可以分为：图像采集部分、图像处理部分和运动控制部分 工作过程 ?一个完整的机器视觉系统的主要工作过程如下： ?1、工件定位检测器探测到物体已经运动至接近摄像系统的视野中心，向图像采集部分发送触发脉冲。 ?2、图像采集部分按照事先设定的程序和延时，分别向摄像机和照明系统发出启动脉冲。 ?3、摄像机停止目前的扫描，重新开始新的一帧扫描，或者摄像机在启动脉冲来到之前处于等待状态，启动脉冲到来后启动一帧扫描。 ?4、摄像机开始新的一帧扫描之前打开曝光机构，曝光时间可以事先设定。

机器人视觉伺服研究综述

第３卷第２期２００８年４月 智能系统学报 ＣＡＡＩＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＳｙｓｔｅｍｓ Ｖ０１．３№．２ Ａｐｒ．２００８ 机器人视觉伺服研究综述 方勇纯 （南开大学信息技术科学学院，天津３０００７１） 摘要：首先对于３种机器人视觉伺服策略，即基于位置的视觉伺服、基于图像的视觉伺服以及２．５维视觉伺服进行了讨论．然后，对于视觉伺服的研究方向和面ｌ临的主要问题，如机器人位姿提取、视觉伺服系统的不确定性研究、图像空问的路径规划、智能视觉伺服等进行了分析和讨论．在此基础【：，对于机器人视觉伺服领域的未来研究重点，包括如何使参考点位于视场之内，高速伺服策略以及鲁棒视觉伺服技术进行了分析和展望． 关键词：机器人；视觉伺服；轨迹规划；鲁棒性 中图分类号：ＴＰ２４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—４７８５（２００８）０２－０１０９—０６ Ａｓｕｒｖｅｙｏｆｒｏｂｏｔｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇ ＦＡＮＧＹｏｎｇ－ｃｈｕｎ （ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅ，ＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１．Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｓｕｒｖｅｙｏｆｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇｉｎｒｏｂｏｔｉｃｓｔｈｒｅｅｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ：ｐｏｓｉ—ｔｉｏｎ－ｂａｓｅｄｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇ，ｉｍａｇｅ－ｂａｓｅｄｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇ，ａｎｄ２．５Ｄｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇ．Ｔｈｅｍａｉｎｒｅｓｅａｒｃｈｄｉ—ｒｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｓｏｍｅｃｈａｌｌｅｎｇｉｎｇｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇｆｉｅｌｄａｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｐｏｓｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｒｏｍｉｍａｇｅｓ，ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｉｅｓｉｎｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ，ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇｉｎａｎｉｍ—ａｇｅｓｐａｃｅ，ａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｖｉｓｕａｌｓｅｒｏｖｉｎｇ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｐｏｓｓｉｂｌｅｆｕｔｕｒｅｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅａｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｅｘ－ａｍｐｌｅｓａｒｅｔｈｅｃｈａｌｌｅｎｇｅｏｆｋｅｅｐｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｐｏｉｎｔｓｗｉｔｈｉｎｃａｍｅｒａｉｍａｇｅｓ，ｆａｓｔｓｅｒｖｏｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ，ａｎｄｒｏｂｕｓｔｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｂｏｔ；ｖｉｓｕａｌｓｅｒｖｏｉｎｇ；。ｐａｔｈｐｌａｎｎｉｎｇ；ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ 为了使机器人能够在不确定动态环境下工作，必须提高它的学习能力与智能化水平，使其在恶劣或者危险环境下完成自身定位、地图构建、自主搜索等任务．为此，必须为机器人本体装配各种传感器，使它们能够获取关于外部环境的有关信息． 视觉传感器由于具有成本低、信息丰富、算法简单、可靠性高等优点而被广泛应用于机器人控制系统，因此基于视觉的机器人控制——视觉伺服逐渐发展成为机器人领域最活跃的研究方向之一．所谓机器人视觉伺服，就是采用视觉传感器来间接检测机器人当前位姿或者其关于目标体的相对位姿，在此基础上，实现机器人的定位控制或者轨迹跟 收稿日期：２００７—０９—２０． 基金项目：围家自然科学基金资助项目（６０５７４０２７）；天津市应用基础研究计划资助项目（０７１ＣＹＢｊ０）５４００）；教育部额世纪优秀 人才支持计划资助项日（ＮＣＥＴ－０６—０２１０）． 通讯作者：方勇纯．Ｅ—ｍａｉｌ：ｙｆａｎｇ＠ｒｏｂｏｔ．ｎａｎｋａｉ．ｅｄｕ．ｅｌｌ踪［１－２｜．这是一个集计算机、机器视觉、自动控制、机器人、实时系统分析等领域于一体的新兴交叉学科［３。４］．近年来，随着图像处理、模式识别等领域的快速发展，图像中蕴含的信息被更多地挖掘出来并得以应用，视觉伺服的精度和可靠性也日益提高，因此增强了机器人对周同环境的学习能力，使其能够根据对环境的了解来进行智能决策，并完成指定的任务． 机器人视觉伺服策略 根据反馈信息类型的差别，机器人视觉伺服一般分为基于位置的视觉伺服（ｉ维视觉伺服）和基于图像的视觉伺服（二维视觉伺服）２种［５］．由于这２种伺服方法各自存在不同的缺陷，后来又提出了将两者相结合的２．５维视觉伺服方法． １．１基于位置的视觉伺服 基于位置的视觉伺服基本结构如图ｌ所示，它 　万方数据