【導(dǎo)讀】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)中起到了舉足輕重的作用。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，也即是工業(yè)機(jī)器人需要具有更高的智能以期獲得更好的柔性。而機(jī)器人視覺以其信息量大、信息完整成為最重要的機(jī)器人感知功能。但在這些研究中，機(jī)器人的視覺與機(jī)器人的動作，嚴(yán)格上講是開環(huán)的。直到1979年，hill和park提出了“視覺伺服”概念。很明顯，視覺反饋的含義只是從視覺信息中提取反饋信號，而視覺伺服則是包括了從視覺信號處理，到機(jī)器人控制的全過程，所以視覺伺服比視覺反饋能更全面地反映機(jī)器人視覺和控制的有關(guān)研究內(nèi)容。本項(xiàng)目即是以此為背景，研究旨在提高工業(yè)機(jī)器人智能的視覺伺服技術(shù)所需要處理的機(jī)器人本體標(biāo)定、攝像機(jī)標(biāo)定、圖像處理、特征獲取以及二維信息重構(gòu)三維信息等方面的關(guān)鍵技術(shù)。

　　

【正文】 服研究現(xiàn)狀，建立了基于圖像雅克比矩陣的輸電線視覺伺服抓線模型。針對非標(biāo)定狀況下圖像雅可比矩陣中的不確定參數(shù)，應(yīng)用Iamp。I(Immersion Invariant)自適應(yīng)算法來實(shí)現(xiàn)無標(biāo)定圖像視覺伺服。針對機(jī)器人的動力學(xué)不確定性，設(shè)計(jì)了模糊自適應(yīng)控制器，并證明了穩(wěn)定性。仿真驗(yàn)證該方法的有效性，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于視覺伺服的抓線控制的有效性。作 者： 王魯單 學(xué)科專業(yè)： 機(jī)械電子工程 授予學(xué)位： 博士 學(xué)位授予單位： 中國科學(xué)院沈陽自動化研究所 導(dǎo)師姓名： 趙明揚(yáng)房立金 學(xué)位年度： 2007 語 種： chi 分類號： TM755 關(guān)鍵詞： 巡檢機(jī)器人 離散事件系統(tǒng) 奇異攝動 擴(kuò)展卡爾曼濾波 視覺伺服 特種作業(yè) 超高壓輸電線 7.智能機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)研究智能機(jī)器人視覺伺服控制是實(shí)時圖像處理、機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及實(shí)時計(jì)算等領(lǐng)域的融合，是計(jì)算機(jī)視覺研究前沿的一個重要分支。本文主要針對智能機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)中的攝像機(jī)標(biāo)定方法、圖像識別和基于圖像反饋的機(jī)器人視覺伺服控制等方面進(jìn)行了研究。首先介紹了攝像機(jī)模型及其成像原理，并對傳統(tǒng)攝像機(jī)標(biāo)定方法進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)之上提出了一種新的基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的攝像機(jī)標(biāo)定方法。該方法比傳統(tǒng)的標(biāo)定方法在精度和魯棒性方面有所提高，并且在標(biāo)定過程中不需要取得攝像機(jī)的某些物理參數(shù)，具有較強(qiáng)的適用性。分析了實(shí)際的機(jī)器人視覺系統(tǒng)中目標(biāo)物體以及環(huán)境的圖像特征，提出基于圖像分割與角點(diǎn)檢測的物體識別方法，通過圖像分割將整幅圖像分割為一個個的單一物體區(qū)域，分別利用角點(diǎn)檢測，找出與模板角點(diǎn)信息相匹配的區(qū)域，然后利用基于模糊自適應(yīng)操作算子遺傳算法的圖像匹配方法尋求最優(yōu)匹配。圖像實(shí)驗(yàn)表明了這種方法能有效減小搜索空間，加快搜索速度。西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文研究了基于圖像的視覺伺服控制方法。作 者： 閆振杰 學(xué)科專業(yè)： 控制理論與控制工程 授予學(xué)位： 碩士 學(xué)位授予單位： 西安理工大學(xué) 導(dǎo)師姓名： 劉丁 學(xué)位年度： 2004 語 種： chi 分類號： 關(guān)鍵詞： 智能機(jī)器人 機(jī)器人視覺 伺服控制系統(tǒng) 圖像識別 圖像反饋 圖像分割查新結(jié)論：經(jīng)國內(nèi)文獻(xiàn)檢索，查到相關(guān)文獻(xiàn)7篇。文獻(xiàn)57為科技論文，文獻(xiàn)4為中國專利。文獻(xiàn)1報(bào)道了工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定技術(shù)研究。文獻(xiàn)2基于PUMA560機(jī)器人,對視覺伺服進(jìn)行了詳細(xì)的研究，提及了一個自適應(yīng)控制器來彌補(bǔ)由于機(jī)器人參數(shù)不確定性造成的跟蹤誤差。文獻(xiàn)3公開了機(jī)器人足目標(biāo)定方法和標(biāo)定裝置。文獻(xiàn)4公開了一種基于視覺的管口空間位置定位方法。文獻(xiàn)5報(bào)道了基于視覺的移動機(jī)器人目標(biāo)跟蹤和運(yùn)動學(xué)習(xí)研究。文獻(xiàn)6報(bào)道了輸電線巡檢機(jī)器人控制與實(shí)驗(yàn)研究。文獻(xiàn)7報(bào)道了智能機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)研究，提及了應(yīng)用小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)攝像機(jī)標(biāo)定方法。檢索結(jié)果與查新點(diǎn)對比如下：查新點(diǎn)1所述“提出基于運(yùn)動學(xué)的機(jī)器人自適應(yīng)標(biāo)定算法”,文獻(xiàn)1已見提及。查新點(diǎn)2所述“利用單眼或雙眼構(gòu)成立體視覺，進(jìn)而提出基于圖像的標(biāo)定算法”，文獻(xiàn)7均提及了基于運(yùn)動學(xué)的工業(yè)機(jī)器人自適應(yīng)標(biāo)定算法和基于視覺圖像的標(biāo)定方法。該查新點(diǎn)已見文獻(xiàn)報(bào)道。結(jié)論如下：國內(nèi)分別已有基于運(yùn)動學(xué)的機(jī)器人自適應(yīng)標(biāo)定算法和基于視覺圖像的標(biāo)定方法的文獻(xiàn)報(bào)道，但該委托單位研究的綜合上述查新點(diǎn)為主要特征的“工業(yè)機(jī)器人智能化關(guān)鍵技術(shù)研究”，未見國內(nèi)文獻(xiàn)報(bào)道。項(xiàng)目完成后預(yù)計(jì)申請2項(xiàng)發(fā)明專利，專利知識產(chǎn)權(quán)歸沈陽工業(yè)大學(xué)所有。7．實(shí)施的技術(shù)路線、工作路線。 本項(xiàng)目的研發(fā)計(jì)劃如圖1所示，包括兩條主線，一是機(jī)器人本體標(biāo)定，這是基礎(chǔ)，如果機(jī)器人本體絕對誤差較大，即使通過視覺方式獲得準(zhǔn)確的工件空間位置，機(jī)器人最終也會由于較大的本體絕對誤差而無法準(zhǔn)確到達(dá)指定位置進(jìn)行工作；二是基于圖像的視覺伺服技術(shù)的研究，主要是通過二維信息獲取準(zhǔn)確的三維信息。最終二者融合構(gòu)建離線編程及基于圖像視覺伺服的工業(yè)機(jī)器人編程體系，兩條路線可以交叉并行進(jìn)行。具體工作步驟：第一步，根據(jù)機(jī)器人幾何參數(shù)及運(yùn)動學(xué)原理構(gòu)造機(jī)器人靜態(tài)模型；第二步，根據(jù)實(shí)際測量與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，利用雅克比矩陣及對比結(jié)構(gòu)構(gòu)建機(jī)器人誤差模型；第三步，設(shè)計(jì)標(biāo)定工具，根據(jù)機(jī)器人誤差模型研究標(biāo)定算法；第四步，應(yīng)用標(biāo)定工具及標(biāo)定算法對機(jī)器人本體進(jìn)行標(biāo)定；第五步，采用單目及雙目兩種方法進(jìn)行二維圖像獲取，研究這兩種視覺獲取方式的攝像機(jī)標(biāo)定方法；第六步，根據(jù)獲得的平面二維圖像進(jìn)行三維數(shù)據(jù)重建，從而獲得機(jī)器人工作空間的立體數(shù)據(jù)；第七步，研究工件的特征，對工件圖像特征進(jìn)行分析，提取，為機(jī)器人工作路徑、方式提供依據(jù)；第八步，圖像特征獲取與機(jī)器人運(yùn)動學(xué)匹配建模，應(yīng)用圖像獲取空間坐標(biāo)，變換成機(jī)器人工作空間坐標(biāo)，從而指導(dǎo)機(jī)器人操作；第九步，構(gòu)建離線編程及基于圖像視覺伺服的機(jī)器人編程體系，使整個系統(tǒng)趨于實(shí)用化。構(gòu)建離線編程及基于圖像視覺伺服的機(jī)器人編程體系圖1 技術(shù)路線圖圖像特征獲取與機(jī)器人運(yùn)動學(xué)匹配建模圖像特征提取二維平面信息三維化處理視覺圖像獲取攝像機(jī)標(biāo)定機(jī)器人本體標(biāo)定機(jī)器人標(biāo)定方法及裝置研究機(jī)器人誤差建模機(jī)器人靜態(tài)建模。1）借鑒國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域研究方法和成果，系統(tǒng)分析國外先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人組成、功能、作業(yè)環(huán)境和要求、以及存在的限制條件，明確課題的研究內(nèi)容，最終提出切實(shí)可行的方案和方法；2）利用前期機(jī)器人本體標(biāo)定成果，進(jìn)一步提高機(jī)器人絕對精度，為視覺伺服提供良好的硬件平臺；3）采用單眼多點(diǎn)或雙眼獲取視覺二維信息，對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到最佳方案； 4）圖像特征可采用公式推導(dǎo)法、標(biāo)定法、估計(jì)方法以及自學(xué)習(xí)等方法獲得，對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到最佳方案；5）系統(tǒng)整合，優(yōu)化，提供一套通用的工業(yè)機(jī)器人標(biāo)定及基于圖像的視覺伺服解決方案。8．關(guān)聯(lián)行動、技術(shù)改造、技術(shù)引進(jìn)、國際合作等情況。沈陽工業(yè)大學(xué)為本項(xiàng)目提供了良好的研究環(huán)境和條件，該課題組擁有3個實(shí)驗(yàn)室（研究生實(shí)驗(yàn)室，軟件實(shí)驗(yàn)室，硬件實(shí)驗(yàn)室），建筑面積300余平方米。配備Internet網(wǎng)絡(luò)，高檔微機(jī)23臺，以及虹膜采集裝置，指紋采集裝置，CCD攝像機(jī)，圖像采集卡，掃描儀，數(shù)碼相機(jī)，DSP開發(fā)裝置，圖像處理通用軟件等設(shè)備與軟件，總投資超過120萬元。為保證該課題研究有足夠的人力、物力，以課題組為基礎(chǔ)成立了專項(xiàng)研究組，總?cè)藬?shù)為6人，平均每人年投入研究時間不少于1500小時，年總投入時間不少于9000小時。 其它必要的支撐和配套條件情況。在設(shè)備及財(cái)務(wù)管理方面，沈陽工業(yè)大學(xué)具有完備的規(guī)章制度，保障項(xiàng)目的順利完成。另外，合作單位為本項(xiàng)目提供配套資金及開發(fā)人員，保證項(xiàng)目順利進(jìn)行?？偼顿Y預(yù)算20萬元人民幣，其中：研究生工作費(fèi)用：1萬元電子元件：耗材：專利申請費(fèi)：資料復(fù)印費(fèi)：論文版面費(fèi)：差旅費(fèi)：會議費(fèi)：管理費(fèi)：1萬元鑒定驗(yàn)收費(fèi)：1萬元合計(jì) 20萬元 資金籌措及來源渠道。1）本項(xiàng)目計(jì)劃在2013年12月完成，預(yù)計(jì)技術(shù)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，同時準(zhǔn)備進(jìn)行市場推廣；2）發(fā)表論文2～4篇；3）培養(yǎng)碩士研究生2名；4）申請發(fā)明專利2項(xiàng)。、社會、環(huán)境效益。智能化工業(yè)機(jī)器人市場巨大，它將在弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)、切割、噴漆、噴涂、檢測、碼垛、研磨、拋光、上下料、激光加工等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。本項(xiàng)目的研制將對振興地方經(jīng)濟(jì)，推動地方產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高行業(yè)國際市場競爭力起到促進(jìn)作用，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會效益。，含技術(shù)、市場的風(fēng)險分析等。1）技術(shù)領(lǐng)先， 添補(bǔ)國內(nèi)空白。代表了國內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)趨勢，具有技術(shù)競爭力。2）技術(shù)路線合理，工藝過程能夠得到有效的控制，效率高、成本低、易于產(chǎn)業(yè)化。3）項(xiàng)目組成員除兩名碩士研究生以外，都是具有多年研發(fā)經(jīng)驗(yàn)的高校教師，理論與實(shí)踐水平較高，是項(xiàng)目成功的有力保障。4）本項(xiàng)目是學(xué)校自主研究開發(fā)的項(xiàng)目，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。綜上所述，本項(xiàng)目基本無技術(shù)風(fēng)險。市場風(fēng)險：1）擁有工業(yè)機(jī)器人巨大市場，市場容量大。2）項(xiàng)目產(chǎn)品技術(shù)性能好，成本低，質(zhì)量好，性價比優(yōu)。3）項(xiàng)目產(chǎn)品是本行業(yè)全新型產(chǎn)品，國內(nèi)首創(chuàng)，產(chǎn)品競爭優(yōu)勢大。因此，本項(xiàng)目實(shí)施無市場風(fēng)險。無。18