【正文】 饋控制。在這個過程中，包括了兩個必要的標定過程：機械手手眼關系標定和攝像機標定。采用將攝像機固定在機器人手臂末端或其他軸上的“手眼”視覺系統(tǒng)方式，其目的是當機器人的末端執(zhí)行器（即機器人的手爪）在執(zhí)行某任務時（例如導引、抓取等），由攝像機實時地測量末端執(zhí)行器與工件之間的相對位置。在工作時刻，由于攝像機隨機械手手臂運動，其實時的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)只能通過從機械手控制器讀取機械手手臂末端關節(jié)位移值來間接獲得，由于攝像機和機械手手臂末端的相對位置關系是固定不變的，所以可以通過標定它們之間的相對位置關系，即手眼關系來間接地實時獲取攝像機的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)。攝像機標定要解決的問題是場景中工件上某一點在攝像機坐標系中三維坐標與該點在圖像平面上的對應點之間的對應關系。這不僅需要建立攝像機成像幾何模型，同時還要精確估計出攝像機模型中的各種參數(shù)，前者是攝像機建模的過程，后者是攝像機標定的過程。攝像機標定包括內(nèi)部參數(shù)的標定和外部參數(shù)的標定。內(nèi)部參數(shù)的標定是指標定攝像機內(nèi)部幾何和光學特征參數(shù)，其目的是校正成品攝像機的各種參數(shù)誤差，如焦距、攝像機畸變、光心等；外部參數(shù)的標定是指確定攝像機坐標系相對于某一固定坐標系（即世界坐標系）的位置和姿態(tài)。攝像機內(nèi)部參數(shù)的標定的復雜程度取決于攝像機模型的建立，攝像機建模是對攝像機光學特性的近似，模型應能精確地反映攝像機光學特性的本質。一般來說，模型中參數(shù)越多，攝像機越能真實地反映攝像機的光學特性，但同時也造成需要標定的攝像機參數(shù)也越多，無疑增加了標定過程的復雜性。當計算機視覺應用于機械手時，一般情況下是將攝像機安裝在機械手的手臂末端。在傳統(tǒng)的方法中不管采用哪種視覺系統(tǒng)都要對攝像機進行內(nèi)外參數(shù)的標定。由于攝像機系統(tǒng)具有顯著的非線性特性，因此需要獲得精確的目標位置數(shù)據(jù)，就需要大量的標定計算，這依賴于攝像機模型是否取得準確。隨著環(huán)境因素的變化，如溫度，為保證測量精度，相機標定需要反復進行。許多學者在視覺系統(tǒng)標定方面做出了努力并取得了一定的成果，但都是以增加系統(tǒng)復雜性、計算量、成本為代價的，而一旦環(huán)境因素變化，機械手定位精度又下降。5. 基于機器視覺的工業(yè)機器人平臺的搭建根據(jù)運行環(huán)境的不同應將機器視覺系統(tǒng)分為不同的結構組成，其可分為基于 PLC式系統(tǒng)和基于 PC 式系統(tǒng)兩類?；?PLC 的系統(tǒng)，適用于進行有無判別或形狀匹配等效果。基于 PC 的系統(tǒng)其適用于各種復雜動作的環(huán)境，可以完成裝配、定位、校準、識別等動作。利用了其開放性、高度的編程靈活性和良好的 Windows 界面集成，因此，為了實現(xiàn)自動化的目的，機器視覺系統(tǒng)正在廣泛地用于工況環(huán)境監(jiān)查、成品缺陷有無和質量檢測等領域。 識別和定位系統(tǒng)總體結構設計 系統(tǒng)模塊組成為了滿足自動化生產(chǎn)要求，需要設計一套程序界面來完成工件的在線識別定位?；驹硎菍ιa(chǎn)線上的工件進行特征提取，利用分類器對工件進行識別，再利用坐標變換得到工件的空間位置，最后由執(zhí)行機構來完成工件的分類與抓取工作。要完成一動作，則系統(tǒng)需要具備兩大處理單元：即圖像處理模塊和控制執(zhí)行模塊。(1)圖像處理模塊：是指通過工業(yè)攝像機對目標圖像進行采集，然后由經(jīng)圖像預處理單元對圖像進行中間處理，將處理好的結果送給執(zhí)行模塊。在工件的識別過程中，應該包括所識別工件的種類，如果是在工件的定位過程中，應該包括工件的具體位姿，最后通過計算機發(fā)送指令信號給執(zhí)行單元來完成最終的工作要求。(2) 控制執(zhí)行模塊：其一般是指將中間單元得到的信號轉換為動作信號來控制執(zhí)行機構來完成目標物的抓取工作。若通過機械手完成，就是指通過控制伺服電機控制各個機器人的關節(jié)使之進行動作。若通過 PLC 程序控制，就是通過低壓電器來控制步進電機來完成相應動作的運轉。 系統(tǒng)方案設計系統(tǒng)總體結構采用“PC 機+圖像處理模塊+控制執(zhí)行模塊”的結構方案，這一系統(tǒng)的關鍵技術將由 PC 機來承擔。作為檢測系統(tǒng)的窗口，不僅影響著檢測過程的準確性，也擔負著程序控制的重任，因此，PC 機成為組建穩(wěn)健的工作平臺的核心組件，因此在 PC 機中安裝相關的處理軟件以及良好的程序開發(fā)軟件和主機中的圖像采集卡都是決定系統(tǒng)運行條件的重要因素。此系統(tǒng)包括了圖像采集模塊、圖像處理模塊、控制執(zhí)行模塊。 現(xiàn)場總線控制方案 工件識別系統(tǒng)的硬件構建理想的硬件是機器視覺系統(tǒng)的基礎。一般來說，圖像傳感器來完成目標物體拍攝的觸發(fā)；圖像采集卡是對傳感器送達的信號進行對拍攝的圖像的儲存工作。然后計算機處理軟件對得到的圖片進行圖像處理，這一步驟在主運算中完成，包括了圖像信息的提取，包括工件種類、工件尺寸、位置等信息。系統(tǒng)的穩(wěn)健性很大程度上取決于構成系統(tǒng)硬件的組成子系統(tǒng)，實驗檢測系統(tǒng)中的照明系統(tǒng)、拍攝系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)無不起著關鍵的作用，所以各個系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響實驗結果的優(yōu)劣。 視覺系統(tǒng)的信號基本流程框圖 系統(tǒng)的工作原理及結構布局（1）系統(tǒng)組成：系統(tǒng)的主要任務是利用機器視覺技術對當前時刻所拍攝的工件（如齒輪、螺栓、平墊片、彈簧墊片等）進行圖像預處理，根據(jù)工件的特征進行分析得出分析結果，然后傳遞給執(zhí)行機構進行處理。系統(tǒng)主要由輸送裝置信號觸發(fā)子系統(tǒng)光源子系統(tǒng)圖像采集裝置圖像處理及分析軟件控制子系統(tǒng)執(zhí)行機構子系統(tǒng)6等組成。 機器視覺系統(tǒng)整體框架組成圖（2）工作原理：其原理是送料裝置應該與傳送裝置應協(xié)調(diào)動作，工件被不規(guī)則的放在傳送帶上，當相機下方的紅外線光電開關檢測到有工件通過時觸發(fā)信號，從而觸發(fā)了工業(yè)攝像機對 LED 燈下方的工件進行拍照，并然后將采集到的圖像經(jīng)采樣、量化后傳送給計算機的圖像分析軟件進行處理和判斷，將得出的結果反饋給機械手執(zhí)行機構進行抓取和剔除。 系統(tǒng)的關鍵技術發(fā)展 攝像機技術特性以 CCD 或者 CMOS 傳感器構成的攝像機在使用過程中還涉及諸多工作參數(shù)。包括其靈敏度、解析度、分辨率以及數(shù)據(jù)處理方式等。CCD 傳感器的數(shù)據(jù)傳輸是順序的轉移到寄存器中，而 CMOS 傳感器可以隨機對數(shù)據(jù)進行讀取與儲存，由于CCD 靈敏度較 CMOS 強，在機器視覺中對成像感知準確性要求較高，所以在機器視覺中選取 CCD 傳感器的攝像機較合適。 圖像采集卡圖像采集卡是圖像采集與圖像處理的樞紐，其作用是將攝像機拍攝到的圖像儲存起來，供處理軟件來提取使用。其中圖像采集是指圖像經(jīng)過采樣函數(shù)對物體采樣后、需要進行量化，最后以數(shù)字圖像形式儲存起來，這一方法稱為采集量化過程。而普通的傳輸接口不能滿足高速的數(shù)據(jù)傳輸速率，必須采用圖像采集卡方能達到這一要求。圖像采集卡可分為模擬采集卡和數(shù)字圖像采集卡。其采集方式有連續(xù)模式、偽連續(xù)模式、觸發(fā)同步采集、觸發(fā)異步復位、可編程控制。圖像采集卡的技術參數(shù)有圖像傳輸格式，其格式必須與攝像機所采用的攝像機輸出信號相一致；像素格式常用的有真彩圖、灰度圖、8 位灰度圖等。一般情況下選擇8位灰度圖表示；分辨率是指采用多大的網(wǎng)絡形式，就是為了達到要求的點陣形式，以達到處理準確為前提；采樣頻率是指圖像處理的速度和能力，在選擇圖像采集卡時，一定要注意其采樣頻率是否滿足要求。 照明裝置技術光源在機器視覺系統(tǒng)中起著很重要的作用。好的光源是指可以增加其零件的對比度，增加其期望的目標視域，模糊其不期望的目標視域。理想的光源也是可以減輕其后續(xù)處理壓力，否則會給結果造成誤解，帶來不必要的麻煩。如攝像機的花點和過度曝光會隱藏很多重要信息；陰影會引起邊緣的誤檢；信噪比的降低以及不均勻的照明會增加圖像處理的閾值選擇的困難。經(jīng)過大量的實驗證明，理想的光源需要大量的實驗反復進行才能找到，有時也需要多種光源同時使用。 圖像處理軟件 LabVIEW 圖像處理軟件LabVIEW 是由NI公司開發(fā)的軟件產(chǎn)品，這一軟件的特點是具有多個模塊組成，其內(nèi)置有信號采集、圖像處理、數(shù)據(jù)顯示等功能，其去除了傳統(tǒng)軟件的復雜性，保留了基于對話框進行編程的語言，其應用覆蓋到了整個工業(yè)系統(tǒng)。LabVIEW 圖像處理模塊提供了豐富的圖像處理函數(shù)，這一視覺開發(fā)模塊具有強大的圖像處理函數(shù)集，如包括：連續(xù)提取、目標定位、信號的測試、字符的識別等。這一軟件也有相關配套代碼，如匹配算法、顏色工具等密切相關。況且其開發(fā)的算法可與大多數(shù)代碼封裝軟件進行相互調(diào)用，為用戶提供了方便的操作。用戶可以通過實時數(shù)據(jù)測量，達到圖像處理、分析實時化，這就能實現(xiàn)運動狀態(tài)下工件的信號采集和分析處理。LabVIEW 在圖像處理方面有著各種各樣的應用，主要是通過利用 Vision工具包采集圖像來進行圖像處理，將采集到的圖像進行各種算法運算，其編程方法可以參考NI 公司提供的算法例子來進行。 HALCON 圖像處理軟件HALCON 在圖像處理界被使用頻率最高的一種軟件，由于其擁有各種需求的開發(fā)庫而著名。其中算子豐富，基本上包含一切可能利用到的算子。HALCON 包含邊緣提取、數(shù)學形態(tài)學算子、模式識別算子、測量、分類、攝像機標定、機器人手眼標定、雙目視覺標定算子等各種各樣的算子。這一軟件支持的開發(fā)系統(tǒng)有 Linux 和Windows。并且可以與各種封裝軟件而互相訪問，其完善的接口技術被很好的體現(xiàn)出來。另外這一軟件支持實現(xiàn)圖像拍攝，其與硬件的接口技術相當完善，可以支持大多數(shù)采集設備，只有這一設備帶有 DirectShow 和 IEEE 1394 接口的采集設備，用戶可以利用這些完善的算子庫來進行所需的算法操作來實現(xiàn)圖像處理方面的應用技術。此軟件包括了圖像處理方面的各個程序算子，如包括各種濾波函數(shù)、變換算子、圖像形態(tài)學、校正、匹配、圖像實時采集、識別與標定算子等。程序界面比較友好，易于操作。魯棒性強，能夠適用眾多領域。 程序封裝軟件 程序界面顯示可采用各種語言來完成。如 C++、JAVA、VB、Delphi 等。綜合各種語言的優(yōu)缺點使用 Visual C++ 來完成程序的封裝以及界面的顯示。Visual C++ 是 Microsoft 公司開發(fā)的基于 Windows 平臺上開發(fā)的面各對象的可視化集成編程系統(tǒng)。這一軟件是開源軟件，可以與多種軟件進行數(shù)據(jù)資源共享?？梢赃M行庫文件的傳輸，可以進行各種軟件間的調(diào)用使用。例如VC可以調(diào)用HALCON 軟件的算子，還調(diào)用了機器人控制軟件例如 MotoMan32 的程序路徑，只要將程序安裝路徑告知這一軟件即可。在編程方面具有各種編寫方法，容錯性較強，尤其在具有對話框界面時，這一軟件的開發(fā)出的系統(tǒng)更直觀和簡捷?，F(xiàn)在工業(yè)相機制作廠商都會提供 VC 開發(fā)包。有很多開源的庫的支持，如 OpenGL，OpenCV 等，使得它也非常的強大。6. 工件定位執(zhí)行機構和控制系統(tǒng) 定位抓取系統(tǒng)的執(zhí)行機構對物體進行抓取，稱之為執(zhí)行機構，執(zhí)行機構可以是利用 PLC 來控制的伺服電機驅動，也可以是利用信號控制的機器人來操作機械手進行動作，還有就是利用液壓或者氣壓來操作連桿機構進行動作。一般工業(yè)機器人包括六個自由度的動作，三個平移變量、三個旋轉變量。其運行模式包括求教模式和遠程控制模式。在傳統(tǒng)的機器人使用當中，一般是基于精確的機器人示教，然后進行試運行，對工作進行抓取或者其它動作的執(zhí)行。除此之外,也可以用遠程控制模式，就是利用機器人廠家提供的編程軟件進行工件運動軌跡的編寫，然后導入這一軟件中進行動作的試動作，最后進行實物的抓取工作。圖 工業(yè)機器人的結構圖 機械手的坐標系統(tǒng)和參數(shù)設置為了使機械手能夠按照用戶的要求到達指定的位置，必須先人為的規(guī)定其坐標系。而且考慮到機械領域的通用性，盡量減少其工作量而使具有同一外形、同種結構的機械手規(guī)定為一種坐標系統(tǒng)。其模型的坐標系設置具有通用性，都是按照人們普遍習慣設置的坐標系。坐標系的方向應該符合右手笛卡爾坐標原則。其方向性離遠離觀察者為正，還應使在同一平面的坐標軸名稱一致。在旋轉情況下，應該符合逆時針為正的原則。 執(zhí)行機構的控制通信系統(tǒng) 工業(yè)機器人一般由機器人本體、機器人控制柜系統(tǒng)（XRC）、控制器、伺服驅動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構成。機器人可以通過編程控制器進行示教來控制機器人的運作，還可以通過機器人自帶軟件進行編程，然后來控制機器人手指進行三維空間內(nèi)的任意軌跡的運動，還可以進行抓取工作，所以是由這一軟件來進行控制柜與機器人本體之間的數(shù)據(jù)的傳送。上位機與下位機之間的通訊往往需要通訊協(xié)議，通訊協(xié)議有 RS232 和 TCP/IP，其通訊一般由下位機決定。