機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)綜述.doc

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1、機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)綜述摘要：對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)進(jìn)行闡述，介紹了機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的概念、發(fā)展歷程以及研究背景；并從不同的角度對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)進(jìn)行了分類。最后介紹了該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、所取得的成就，以及今后的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：機(jī)器人；視覺(jué)伺服；綜述SurveyofrobotvisualservoingsystemAbstract::Inthispaper,thesurveyofrobotvisualservoingsystemareintroduced.Thepaperreviewstheconceptandhistor

2、ybackgroundofrobotvisualservoingsystem.Thisarticlealsoclassifytherobotvisualservosystemfromdifferentaspects.Finally,itintroducetheresearchstatusquo,achievementsandfuturetrendsinthefield.Keywords:robot,visualservoing,summary1．引言隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)在生產(chǎn)和生活中起到了越來(lái)越重要的作用

3、，因次人們不斷對(duì)機(jī)器人技術(shù)提出更高的要求。為了使機(jī)器人能夠完成更加復(fù)雜的工作，適應(yīng)更加復(fù)雜的環(huán)境，機(jī)器人不僅需要更加完善的控制統(tǒng)，還需要能夠更多的感知環(huán)境的變化。而影響其發(fā)展的一個(gè)重要原因就是機(jī)器人缺少像人一樣的感知能力，在人們?yōu)闄C(jī)器人添加各種外部傳感器的過(guò)程中，機(jī)器人視覺(jué)以其信息大、信息完整成為最重要的機(jī)器人感知功能[1]。機(jī)器人的視覺(jué)伺服系統(tǒng)是機(jī)器人的視覺(jué)和機(jī)器人控制的相結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)。其內(nèi)容包括了圖像的采集與處理、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、自動(dòng)控制理論及其系統(tǒng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析等領(lǐng)域于一體的新興交叉學(xué)科。隨著攝像技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)

4、展，以及相關(guān)理論的日益完善和實(shí)踐的不斷檢驗(yàn)，視覺(jué)伺服已具備了在實(shí)際中應(yīng)用的條件；而隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，重要性也不斷提高，與其相關(guān)技術(shù)問(wèn)題已經(jīng)成為了當(dāng)前的研究熱點(diǎn)[2]。所以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人視覺(jué)伺服控制有相當(dāng)?shù)碾y度，是機(jī)器人研究領(lǐng)域中具有挑戰(zhàn)性的課題。2．機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)2．1機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的定義視覺(jué)是一種復(fù)雜的感官,視覺(jué)信息中包含有大量的數(shù)據(jù)，要從中提取特征信息，需要復(fù)雜的算法及耗費(fèi)大量的運(yùn)算時(shí)間，機(jī)器人視覺(jué)是通過(guò)光學(xué)裝置和非接觸式的傳感器自動(dòng)接受并處理真實(shí)物體圖像信息，并通過(guò)分析獲得所需要信息或用于控制機(jī)器人自

5、身運(yùn)動(dòng)的裝置。機(jī)器人視覺(jué)作為一種很與人類眼睛類似的機(jī)器仿生系統(tǒng)。而從廣義角度講凡是通過(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[3]。而視覺(jué)伺服是利用視覺(jué)傳感器得到的圖像作為反饋信息,構(gòu)造機(jī)器人的位置閉環(huán)反饋。所以它和一般意義上的機(jī)器視覺(jué)有所不同,機(jī)器視覺(jué)一般定義為:自動(dòng)地獲取分析圖像以得到描述一個(gè)景物或控制某種動(dòng)作的數(shù)據(jù)。而視覺(jué)伺服則是以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人控制為目的而進(jìn)行圖像的自動(dòng)獲取與分析,因此它是利用機(jī)器

6、視覺(jué)的原理,從直接得到的圖像反饋信息中，快速進(jìn)行圖像處理,在盡量短的時(shí)間內(nèi)給出反饋信息,參與控制決策的產(chǎn)生,構(gòu)成機(jī)器人位置閉環(huán)控制系統(tǒng)[4]。廣泛應(yīng)用于電子、汽車、機(jī)械等工業(yè)部門(mén)和醫(yī)學(xué)、軍事領(lǐng)域。2.2機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的發(fā)展歷史、方向及研究背景機(jī)器視覺(jué)是隨著20世紀(jì)60年代末計(jì)算機(jī)與電子技術(shù)的快速發(fā)展而出現(xiàn)的新型學(xué)科。到20世紀(jì)70年代，Marr首次提出較為完善的視覺(jué)理論框架，該理論核心是從二維圖像恢復(fù)物體的三維形狀；Marr的理論強(qiáng)調(diào)表示的重要性，提出從不同層次去研究信息處理的問(wèn)題。當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了將視覺(jué)信息用于工業(yè)生產(chǎn)中機(jī)

7、械手定位的研究，已經(jīng)有了一些實(shí)用性的視覺(jué)系統(tǒng),如應(yīng)用于集成電路生產(chǎn)、精密電子產(chǎn)品裝配等。到了80年代后期,出現(xiàn)了專門(mén)的圖像處理硬件，人們開(kāi)始系統(tǒng)地研究機(jī)器人視覺(jué)控制系統(tǒng)，在此之前，由于硬件條件的限制，視覺(jué)伺服系統(tǒng)發(fā)展非常緩慢，而進(jìn)入90年代后,隨著計(jì)算機(jī)處理能力的增強(qiáng)和成本價(jià)格的下降,以及圖像處理硬件和CCD攝像機(jī)的快速發(fā)展,機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)吸引了更多的科研人員對(duì)其進(jìn)行研究。90年代后期視覺(jué)伺服控制技術(shù)從結(jié)構(gòu)形式、圖像處理方法、控制策略發(fā)展明顯加快[1]。機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)由視覺(jué)傳感向控制器提供外部信息,調(diào)整機(jī)器人的位置和姿

8、態(tài)。研究?jī)?nèi)容涉及到圖像處理、機(jī)器視覺(jué)、控制理論、運(yùn)動(dòng)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域。機(jī)器人視覺(jué)伺服控制是機(jī)器人領(lǐng)域重要的研究方向之一，而視覺(jué)傳感器是機(jī)器人系統(tǒng)中最重要的“感官”之一，它的引入改變了機(jī)器人對(duì)操作對(duì)象及環(huán)境必須精確建模的要求[5]。視覺(jué)通常采用CCD攝像機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn),在成像過(guò)程中會(huì)受到多種因素的影響，使得視覺(jué)信息