机器人视觉伺系统综述.doc

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 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，机器人视觉是通过光学装置和非接触式的传感器自动接受并处理真实物体图像信息，并通过分析获得所需要信息或用于控制机器人自身运动的装置。 机器人视觉作为一种很与人类眼睛类似的机器仿生系统。而从广义角度讲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[3]。 而视觉伺服是利用视觉传感器得到的图像作为反馈信息,构造机器人的位置闭环反馈 。所以它和一般意义上的机器视觉有所不同 ,机器视觉一般定义为: 自动地获取分析图像以得到描述一个景物或控制某种动作的数据 。而视觉伺服则是以实现对机器人控制为目的而进行图像的自动获取与分析, 因此它是利用机器视觉的原理,从直接得到的图像反馈信息中，快速进行图像处理 ,在尽量短的时间内给出反馈信息 ,参与控制决策的产生,构成机器人位置闭环控制系统[4]。广泛应用于电子、汽车、机械等工业部门和医学、军事领域。 2.2机器人视觉伺服系统的发展历史、方向及研究背景 机器视觉是随着20世纪 60年代末计算机与电子技术的快速发展而出现的新型学科。到20世纪70年代，Marr首次提出较为完善的视觉理论框架，该理论核心是从二维图像恢复物体的三维形状；Marr的理论强调表示的重要性，提出从不同层次去研究信息处理的问题 。当时出现了将视觉信息用于工业生产中机械手定位的研究，已经有了一些实用性的视觉系统 ,如应用于集成电路生产、精密电子产品装配等。到了80年代后期, 出现了专门的图像处理硬件，人们开始系统地研究机器人视觉控制系统，在此之前，由于硬件条件的限制，视觉伺服系统发展非常缓慢，而进入90年代后, 随着计算机处理能力的增强和成本价格的下降 ,以及图像处理硬件和CCD摄像机的快速发展,机器人视觉系统吸引了更多的科研人员对其进行研究。90年代后期视觉伺服控制技术从结构形式、图像处理方法、控制策略发展明显加快[1]。 机器人视觉伺服系统由视觉传感向控制器提供外部信息 ,调整机器人的位置和姿态。 研究内容涉及到图像处理、机器视觉 、控制理论、运动学等多个领域。机器