本文對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服技巧停止了綜述，先容了機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的觀點(diǎn)及開(kāi)展過(guò)程跟分類(lèi)，重點(diǎn)先容了基于地位的視覺(jué)伺服系統(tǒng)跟基于圖象的視覺(jué)伺服系統(tǒng)。對(duì)機(jī)器人視覺(jué)所波及的前沿問(wèn)題做了歸納綜合，并指出了現(xiàn)階段研討中所存在的問(wèn)題及此后開(kāi)展標(biāo)的目的。
現(xiàn)階段，正在全世界的制造業(yè)中，工業(yè)機(jī)器人曾經(jīng)正在出產(chǎn)中起到了愈來(lái)愈緊張的作用。為了使機(jī)器人可能勝任更龐大的事情，機(jī)器人豈但要有更好的控制系統(tǒng)，借須要更多地感知情況的變更。此中機(jī)器人視覺(jué)以其信息量年夜、信息完全成為最緊張的機(jī)器人感知功用。
機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)是機(jī)械視覺(jué)跟機(jī)器人節(jié)制的無(wú)機(jī)聯(lián)合，是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的龐大體系，其內(nèi)容波及圖象處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)跟動(dòng)力學(xué)、節(jié)制實(shí)際等研討范疇。跟著攝像設(shè)備機(jī)能價(jià)格比跟計(jì)算機(jī)信息處理速度的進(jìn)步，和有關(guān)實(shí)際的日益完善，視覺(jué)伺服已具有實(shí)際使用的技巧前提，相關(guān)的技巧問(wèn)題也成為以后研討的熱點(diǎn)。
本文對(duì)機(jī)器人視覺(jué)伺服技巧停止了綜述，先容了機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的觀點(diǎn)及開(kāi)展過(guò)程跟分類(lèi)，重點(diǎn)先容了基于地位的視覺(jué)伺服系統(tǒng)跟基于圖象的視覺(jué)伺服系統(tǒng)。對(duì)機(jī)器人視覺(jué)所波及的前沿問(wèn)題做了歸納綜合，并指出了現(xiàn)階段研討中所存在的問(wèn)題及此后開(kāi)展標(biāo)的目的。
機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)
視覺(jué)伺服的界說(shuō)：
果蔬分揀機(jī)器人圖片自動(dòng)分揀機(jī)器人的缺點(diǎn)人類(lèi)關(guān)于內(nèi)部的信息獲得大部分是經(jīng)由過(guò)程眼睛取得的，千百年來(lái)人類(lèi)始終空想著可能制造出智能機(jī)械，這類(lèi)智能機(jī)械起首存在人眼的功用，可以對(duì)外部世界停止意識(shí)跟明白。人腦中有良多組織介入了視覺(jué)信息的處置懲罰，因此可能隨意馬虎的處置懲罰許多視覺(jué)問(wèn)題，但是視覺(jué)認(rèn)知作為一個(gè)進(jìn)程，人類(lèi)卻曉得的很少，從而形成了對(duì)智能機(jī)械的空想始終難以實(shí)現(xiàn)。跟著照相機(jī)技巧的開(kāi)展跟計(jì)算機(jī)技術(shù)的呈現(xiàn)，存在視覺(jué)功用的智能機(jī)械起頭被人類(lèi)制造出來(lái)，逐步形成了機(jī)械視覺(jué)學(xué)科跟產(chǎn)業(yè)。所謂機(jī)械視覺(jué)，美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)(smesocietyofmanufacturingengineers)機(jī)械視覺(jué)分會(huì)跟美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)(riaroboticindustriesassociation)的自動(dòng)化視覺(jué)分會(huì)給出的界說(shuō)是：
“機(jī)械視覺(jué)是經(jīng)由過(guò)程光學(xué)的安裝跟非打仗的傳感器自動(dòng)天吸收跟處置懲罰一個(gè)真實(shí)物體的圖象，以取得所需信息或用于節(jié)制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的安裝?！?/p>
機(jī)械視覺(jué)作為與人眼近似的機(jī)械仿生體系，從狹義角度但凡經(jīng)由過(guò)程光學(xué)安裝獲得真實(shí)物體的信息和對(duì)相關(guān)信息的處置懲罰與履行皆是機(jī)械視覺(jué)，那便包羅了可見(jiàn)視覺(jué)和非可見(jiàn)視覺(jué)，以至包羅人類(lèi)視覺(jué)不克不及間接窺察到的、物體外部信息的獲得與處置懲罰等。
機(jī)器人視覺(jué)開(kāi)展過(guò)程
上個(gè)世紀(jì)60年月，因?yàn)闄C(jī)器人跟計(jì)算機(jī)技術(shù)的開(kāi)展，人們起頭研討存在視覺(jué)功用的機(jī)器人。但正在這些研討中，機(jī)器人的視覺(jué)與機(jī)器人的舉措，嚴(yán)厲上講是開(kāi)環(huán)的。機(jī)器人的視覺(jué)體系經(jīng)由過(guò)程圖像處理，失掉方針位姿，然后依據(jù)方針位姿，計(jì)較出機(jī)械運(yùn)動(dòng)的位姿，正在全部進(jìn)程中，視覺(jué)體系一次性天“供給”信息，然后便沒(méi)有介入進(jìn)程了。正在1973年，有人將視覺(jué)體系使用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，正在那一時(shí)期把那一進(jìn)程稱(chēng)作視覺(jué)反應(yīng)(visualfeedback)。直到1979年，hill跟park提出了“視覺(jué)伺服”(visualservo)觀點(diǎn)。很較著，視覺(jué)反應(yīng)的含意只是從視覺(jué)信息中提取反應(yīng)旌旗燈號(hào)，而視覺(jué)伺服則是包羅了從視覺(jué)信號(hào)處理，到機(jī)器人節(jié)制的全過(guò)程，以是視覺(jué)伺服比視覺(jué)反應(yīng)能更周全天反應(yīng)機(jī)器人視覺(jué)跟節(jié)制的有關(guān)研討內(nèi)容。
上個(gè)世紀(jì)80年以來(lái)，跟著計(jì)算機(jī)技術(shù)跟攝像設(shè)備的開(kāi)展，機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的技巧問(wèn)題吸引了浩繁研討職員的留神。正在過(guò)來(lái)的幾年里，機(jī)器人視覺(jué)伺服無(wú)論是正在實(shí)際上仍是正在使用方面皆取得了很大希望。正在許多學(xué)術(shù)會(huì)議上，視覺(jué)伺服技巧時(shí)常列為集會(huì)的一個(gè)專(zhuān)題。視覺(jué)伺服已漸漸開(kāi)展為跨機(jī)器人、自動(dòng)控制跟圖像處理等技巧范疇的一門(mén)自力技巧。
機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)分類(lèi)：
現(xiàn)階段，機(jī)器人視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)有以下幾種分類(lèi)方法：
分揀機(jī)器人顏色識(shí)別●依照攝像機(jī)的數(shù)量的分歧，可分為單目視覺(jué)伺服系統(tǒng)、雙目視覺(jué)伺服系統(tǒng)和多目視覺(jué)伺服系統(tǒng)
單目視覺(jué)體系只能失掉二維立體圖象，沒(méi)法間接失掉方針的深度信息;多目視覺(jué)伺服系統(tǒng)可以獲得方針多標(biāo)的目的的圖象，失掉的信息豐碩，但圖象的信息處理量年夜，且攝像機(jī)越多越難以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。以后的視覺(jué)伺服系統(tǒng)次要采取雙目視覺(jué)。
●依照攝像機(jī)安排地位的分歧，可以分為手眼體系(eyeinhand)跟流動(dòng)攝像機(jī)體系(eyetohand或standalone)
正在實(shí)際上手眼體系可能實(shí)現(xiàn)正確節(jié)制，但對(duì)系統(tǒng)的標(biāo)定偏差跟機(jī)器人運(yùn)動(dòng)偏差敏感;流動(dòng)攝像機(jī)系統(tǒng)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)偏差沒(méi)有敏感，但一致環(huán)境下失掉的方針位姿信息的精度不如手眼體系，以是控制精度絕對(duì)也低。
●依照機(jī)器人的空間地位或圖象特點(diǎn)，視覺(jué)伺服系統(tǒng)分為基于地位的視覺(jué)伺服系統(tǒng)跟基于圖象的視覺(jué)伺服系統(tǒng)
圖1基于地位節(jié)制的靜態(tài)lookandmove體系
正在基于地位的視覺(jué)伺服系統(tǒng)(如圖1所示)中，對(duì)圖象停止處置懲罰后計(jì)較出方針絕對(duì)于攝像機(jī)跟機(jī)器人的位姿，以是那便要求對(duì)攝像機(jī)、方針跟機(jī)器人的模子停止校準(zhǔn)，校準(zhǔn)精度影響控制精度，這是這類(lèi)方式的難點(diǎn)。節(jié)制時(shí)將須要變更的位姿轉(zhuǎn)化成機(jī)器人樞紐遷移轉(zhuǎn)變的角度，由樞紐控制器去節(jié)制機(jī)器人樞紐遷移轉(zhuǎn)變。
圖2基于圖象節(jié)制的directvisualservo體系
正在基于圖象的視覺(jué)伺服系統(tǒng)(如圖2所示)中，節(jié)制偏差信息來(lái)自于方針圖象特點(diǎn)與期冀圖象特點(diǎn)之間的差別。關(guān)于這類(lèi)節(jié)制方式，要害的問(wèn)題是若何樹(shù)立反應(yīng)圖象差別變更與機(jī)械手位姿速率變更之間關(guān)聯(lián)的圖象俗可比矩陣;此外一個(gè)問(wèn)題是，圖象是二維的，計(jì)較圖象俗可比矩陣須要估量方針深度(三維信息)，而深度估量始終是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的難點(diǎn)。
俗可比矩陣的計(jì)算方法有公式推導(dǎo)法、標(biāo)定法、估量方式和學(xué)習(xí)方式等，前者可以依據(jù)模子推導(dǎo)或標(biāo)定失掉，后者可以在線估量，學(xué)習(xí)方式次要應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方式。
廣州分揀機(jī)器人技術(shù)●依照采取閉環(huán)樞紐控制器的機(jī)器人，視覺(jué)伺服系統(tǒng)分為靜態(tài)窺察-挪動(dòng)體系跟間接視覺(jué)伺服
前者采取機(jī)器人樞紐反應(yīng)內(nèi)環(huán)不變機(jī)器臂，由圖像處理模塊計(jì)較出攝像機(jī)應(yīng)存在的速率或地位增量，反應(yīng)至機(jī)器人樞紐控制器;后者則由圖像處理模塊間接計(jì)較機(jī)器人手臂各樞紐運(yùn)動(dòng)的節(jié)制量。
視覺(jué)伺服所面對(duì)的次要問(wèn)題
視覺(jué)伺服的研討到現(xiàn)階段已有近20年的汗青，可是因?yàn)橐曈X(jué)伺服所波及的學(xué)科浩繁，以是其開(kāi)展有賴(lài)于這些學(xué)科的開(kāi)展，現(xiàn)階段正在視覺(jué)伺服的研討中依然有良多問(wèn)題不很好地解決。
●圖像處理的方式正在實(shí)際跟實(shí)際計(jì)較處理速度上皆是圖象伺服最大的難點(diǎn);
鋁合金分揀機(jī)器人●正在圖像處理實(shí)現(xiàn)后，圖象特點(diǎn)與機(jī)器人樞紐運(yùn)動(dòng)之間模子的樹(shù)立是圖象伺服的另一難點(diǎn);
●現(xiàn)階段的許多節(jié)制方式皆不克不及保證系統(tǒng)正在事情時(shí)是年夜規(guī)模不變的，以是對(duì)有關(guān)節(jié)制方式的研討也是需要的。
視覺(jué)伺服的發(fā)展前景
將來(lái)視覺(jué)伺服的研討標(biāo)的目的次要有以下多少方面：
●正在實(shí)際情況下快捷、魯棒天獲得圖象特點(diǎn)是視覺(jué)伺服系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題
因?yàn)閳D像處理的信息量年夜跟可編程器件技巧的開(kāi)展，近期把通用算法硬件化，以放慢信息處理的速率的方式能夠會(huì)使那一問(wèn)題的研討取得希望。
●樹(shù)立得當(dāng)機(jī)器人視覺(jué)體系的有關(guān)實(shí)際跟軟件
現(xiàn)階段的許多機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)的圖像處理方式皆不是針對(duì)機(jī)器人視覺(jué)體系的，若是有如許的公用的軟件平臺(tái)，正在實(shí)現(xiàn)視覺(jué)伺服使命時(shí)，便可以削減工作量，以至可以經(jīng)由過(guò)程視覺(jué)信息處理硬件化來(lái)進(jìn)步視覺(jué)伺服系統(tǒng)的機(jī)能。
●將各類(lèi)人工智能方式使用于機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)
雖然神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)正在機(jī)器人視覺(jué)伺服中已失掉使用，但許多智能方式正在機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)中借不失掉充足天使用，并且，現(xiàn)階段研討有過(guò)于依附數(shù)學(xué)建模跟數(shù)學(xué)計(jì)算的偏向，那使得機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)正在事情時(shí)計(jì)較量太大，現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)的處理速度很難知足體系快速性的要求，可是人類(lèi)正在實(shí)現(xiàn)有關(guān)的功用時(shí)并不是經(jīng)由過(guò)程大批的計(jì)較去實(shí)現(xiàn)的，那便開(kāi)導(dǎo)各人是不是可以用人工智能的方式降低數(shù)學(xué)計(jì)算量，以知足體系快速性的要求。
●將自動(dòng)視覺(jué)技巧使用于機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)
自動(dòng)視覺(jué)是現(xiàn)今計(jì)算機(jī)視覺(jué)跟機(jī)械視覺(jué)研討范疇中的一個(gè)熱點(diǎn)，正在這里視覺(jué)體系能自動(dòng)天感知情況，按必然劃定規(guī)矩自動(dòng)天提取須要的圖象特點(diǎn)，那使得正在普通環(huán)境下難以解決的問(wèn)題得以辦理。
●將視覺(jué)傳感器與別的內(nèi)部傳感器聯(lián)合起來(lái)
為了使機(jī)器人可能更周全天感知情況，特殊是對(duì)機(jī)器人視覺(jué)體系起信息增補(bǔ)，可以將多種傳感器參加機(jī)器人視覺(jué)體系，如許做可以克制機(jī)器人視覺(jué)體系的一些難題，但多傳感器的引入，便須要辦理機(jī)器人視覺(jué)體系的信息融會(huì)跟信息冗余問(wèn)題。
智能分揀機(jī)器人缺點(diǎn)結(jié)語(yǔ)
近年來(lái)，機(jī)器人視覺(jué)伺服技巧有了很大開(kāi)展，海內(nèi)、中機(jī)器人視覺(jué)體系的實(shí)際使用也愈來(lái)愈多，許多技術(shù)難題皆有愿望正在近期的研討中取得希望。正在將來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)將正在機(jī)器人技巧中占領(lǐng)突出的位置，機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)將會(huì)愈來(lái)愈多地使用于工業(yè)生產(chǎn)中。
立鏢分揀機(jī)器人操作說(shuō)明傳送帶分揀機(jī)器人視覺(jué)識(shí)別分揀機(jī)器人工作臺(tái)