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《機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)發(fā)展概況綜述.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫(kù)。
1、機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)發(fā)展概況綜述目前，在全世界的制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)在生產(chǎn)中起到了越來(lái)越重要的作用。為了使機(jī)器人能夠勝任更復(fù)雜的工作，機(jī)器人不但要有更好的控制系統(tǒng)，還需要更多地感知環(huán)境的變化。其中機(jī)器人視覺(jué)以其信息量大、信息完整成為最重要的機(jī)器人感知功能。?機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)是機(jī)器視覺(jué)和機(jī)器人控制的有機(jī)結(jié)合，是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，其內(nèi)容涉及圖象處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、控制理論等研究領(lǐng)域。隨著攝像設(shè)備性能價(jià)格比和計(jì)算機(jī)信息處理速度的提高，以及有關(guān)理論的日益完善，視覺(jué)伺服已具備實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)條件，相關(guān)的
2、技術(shù)問(wèn)題也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。? 本文對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服技術(shù)進(jìn)行了綜述，介紹了機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的概念及發(fā)展歷程和分類，重點(diǎn)介紹了基于位置的視覺(jué)伺服系統(tǒng)和基于圖像的視覺(jué)伺服系統(tǒng)。對(duì)機(jī)器人視覺(jué)所涉及的前沿問(wèn)題做了概括，并指出了目前研究中所存在的問(wèn)題及今后發(fā)展方向。?機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)?視覺(jué)伺服的定義：?人類對(duì)于外部的信息獲取大部分是通過(guò)眼睛獲得的，千百年來(lái)人類一直夢(mèng)想著能夠制造出智能機(jī)器，這種智能機(jī)器首先具有人眼的功能，可以對(duì)外部世界進(jìn)行認(rèn)識(shí)和理解。人腦中有很多組織參與了視覺(jué)信息的處理，因而能夠輕易的處理許多視覺(jué)問(wèn)題
3、，可是視覺(jué)認(rèn)知作為一個(gè)過(guò)程，人類卻知道的很少，從而造成了對(duì)智能機(jī)器的夢(mèng)想一直難以實(shí)現(xiàn)。隨著照相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，具有視覺(jué)功能的智能機(jī)器開(kāi)始被人類制造出來(lái)，逐步形成了機(jī)器視覺(jué)學(xué)科和產(chǎn)業(yè)。所謂機(jī)器視覺(jué)，美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)(smesocietyofmanufacturingengineers)機(jī)器視覺(jué)分會(huì)和美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)(riaroboticindustriesassociation)的自動(dòng)化視覺(jué)分會(huì)給出的定義是：?“機(jī)器視覺(jué)是通過(guò)光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動(dòng)地接收和處理一個(gè)真實(shí)物體的圖像，以獲得所需
4、信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的裝置。”?機(jī)器視覺(jué)作為與人眼類似的機(jī)器仿生系統(tǒng)，從廣義角度凡是通過(guò)光學(xué)裝置獲取真實(shí)物體的信息以及對(duì)相關(guān)信息的處理與執(zhí)行都是機(jī)器視覺(jué)，這就包括了可見(jiàn)視覺(jué)以及非可見(jiàn)視覺(jué)，甚至包括人類視覺(jué)不能直接觀察到的、物體內(nèi)部信息的獲取與處理等。?機(jī)器人視覺(jué)發(fā)展歷程?上個(gè)世紀(jì)60年代，由于機(jī)器人和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們開(kāi)始研究具有視覺(jué)功能的機(jī)器人。但在這些研究中，機(jī)器人的視覺(jué)與機(jī)器人的動(dòng)作，嚴(yán)格上講是開(kāi)環(huán)的。機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)圖像處理，得到目標(biāo)位姿，然后根據(jù)目標(biāo)位姿，計(jì)算出機(jī)器運(yùn)動(dòng)的位姿，在整個(gè)過(guò)程中，視
5、覺(jué)系統(tǒng)一次性地“提供”信息，然后就不參與過(guò)程了。在1973年，有人將視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，在這一時(shí)期把這一過(guò)程稱作視覺(jué)反饋(visualfeedback)。直到1979年，hill和park提出了“視覺(jué)伺服”(visualservo)概念。很明顯，視覺(jué)反饋的含義只是從視覺(jué)信息中提取反饋信號(hào)，而視覺(jué)伺服則是包括了從視覺(jué)信號(hào)處理，到機(jī)器人控制的全過(guò)程，所以視覺(jué)伺服比視覺(jué)反饋能更全面地反映機(jī)器人視覺(jué)和控制的有關(guān)研究?jī)?nèi)容。? 上個(gè)世紀(jì)80年以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和攝像設(shè)備的發(fā)展，機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的技術(shù)問(wèn)題吸引了眾
6、多研究人員的注意。在過(guò)去的幾年里，機(jī)器人視覺(jué)伺服無(wú)論是在理論上還是在應(yīng)用方面都取得了很大進(jìn)展。在許多學(xué)術(shù)會(huì)議上，視覺(jué)伺服技術(shù)經(jīng)常列為會(huì)議的一個(gè)專題。視覺(jué)伺服已逐漸發(fā)展為跨機(jī)器人、自動(dòng)控制和圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域的一門(mén)獨(dú)立技術(shù)。?機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)分類：?目前，機(jī)器人視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)有以下幾種分類方式：?·按照攝像機(jī)的數(shù)目的不同，可分為單目視覺(jué)伺服系統(tǒng)、雙目視覺(jué)伺服系統(tǒng)以及多目視覺(jué)伺服系統(tǒng)?單目視覺(jué)系統(tǒng)只能得到二維平面圖像，無(wú)法直接得到目標(biāo)的深度信息;多目視覺(jué)伺服系統(tǒng)可以獲取目標(biāo)多方向的圖像，得到的信息豐富，但圖像的信息
7、處理量大，且攝像機(jī)越多越難以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)前的視覺(jué)伺服系統(tǒng)主要采用雙目視覺(jué)。?·按照攝像機(jī)放置位置的不同，可以分為手眼系統(tǒng)(eyeinhand)和固定攝像機(jī)系統(tǒng)(eyetohand或standalone)?在理論上手眼系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制，但對(duì)系統(tǒng)的標(biāo)定誤差和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差敏感;固定攝像機(jī)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)誤差不敏感，但同等情況下得到的目標(biāo)位姿信息的精度不如手眼系統(tǒng)，所以控制精度相對(duì)也低。? ·按照機(jī)器人的空間位置或圖像特征，視覺(jué)伺服系統(tǒng)分為基于位置的視覺(jué)伺服系統(tǒng)和基于圖像的視覺(jué)伺服系統(tǒng)????圖1基于位
8、置控制的動(dòng)態(tài)lookandmove系統(tǒng)? 在基于位置的視覺(jué)伺服系統(tǒng)(如圖1所示)中，對(duì)圖像進(jìn)行處理后計(jì)算出目標(biāo)相對(duì)于攝像機(jī)和機(jī)器人的位姿，所以這就要求對(duì)攝像機(jī)、目標(biāo)和機(jī)器人的模型進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)精度影響控制精度，這是這種方法的難點(diǎn)。控制時(shí)將需要變化的位姿轉(zhuǎn)化成機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，由關(guān)節(jié)控制器來(lái)控制機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。?在基于圖像的視覺(jué)伺服系統(tǒng)(如圖2所示)中，
