【正文】 困難。 (2)眼在手上：攝像機(jī)固定在機(jī)器人終端操作器上，隨手爪的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，不存在圖像特征遮蓋問(wèn)題。 (1)眼固定型 ：攝像機(jī)固定在機(jī)器人空間中某個(gè)位置，如正上方或斜側(cè)方等，具有固定的圖像分辨率，并可同 時(shí)獲得機(jī)械 臂及其工作環(huán)境的全局圖像信息，便于將視覺(jué)系統(tǒng)集成到控制中。 視覺(jué)伺服的分類 機(jī)器人視覺(jué)伺服系統(tǒng)種類繁多，分類方法也很多，通?？梢愿鶕?jù)物理結(jié)構(gòu)和控制方式來(lái)進(jìn)行分類。 近年來(lái)，隨著圖像處理器件和計(jì)算機(jī)性 能的不斷提高，機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，視覺(jué)伺服獲得了迅猛的發(fā)展。 1994 年 Hager 研究了手眼分離配置下，任意放置的雙攝像機(jī)組成立體視覺(jué)監(jiān)控機(jī)器人抓取物體的手眼協(xié)調(diào)系統(tǒng) 【 3】 。早期的“ static look then move”模型本身并不具有實(shí)際意義，但卻為機(jī)器人視覺(jué)伺服的研究奠定了基礎(chǔ)。其工作過(guò)程分為兩部分：首先“ look”，確定目標(biāo)位置，計(jì)算出目標(biāo)的坐標(biāo)，然后“ move”，控制機(jī)械臂到達(dá)目標(biāo)位置，完成抓取任務(wù)。 總之，智能機(jī)器人視覺(jué)伺服控制的研究，是一個(gè)具有重要理論意義和廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景的基礎(chǔ)性研 究課題。以上優(yōu)點(diǎn)決定了機(jī)器人視覺(jué)伺服在較短的時(shí)間里成為機(jī)器人研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)之一并在工業(yè)生產(chǎn)、海洋探測(cè)等眾多領(lǐng)域得到了成功的應(yīng)用。這使得機(jī)器人視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)的研究涉及高速 圖像處理技術(shù)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、機(jī)器人動(dòng)力學(xué)、控制理論、實(shí)時(shí)計(jì)算在內(nèi)的多個(gè)相關(guān)領(lǐng)域且多個(gè)學(xué)科相互交叉和融合，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)器人領(lǐng)域中 具有挑戰(zhàn)性的課題?？梢灶A(yù)見(jiàn)，具有視覺(jué)的智能機(jī)器人將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用 【 1】 。而在諸多傳感器中，視覺(jué)傳感器因其信息量大、適用范 圍廣、非接觸性等特點(diǎn)已成為最重要的機(jī)器人傳感器之一。但 隨著傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及人工智能技術(shù)的發(fā)展，人們已不再滿足于只能在固定的已知環(huán)境中按照程序設(shè)定的功能完成重復(fù)作業(yè)的機(jī)器人，紛紛開(kāi)始研究具有高度靈活性、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的智能型機(jī)器人。 最后，采用 VC++ 編寫控制軟件， 并 以 MOTOMAN— SV3XL 型六自由度工業(yè)機(jī)器人為對(duì)象 ，采用 CCD 攝像機(jī)、圖像采集卡與 PC 機(jī)建立了機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服實(shí)驗(yàn)平臺(tái)， 完成了基于 kalman 濾波的機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服定位實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能很好的定位到目標(biāo)。無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服開(kāi)始成為機(jī)器人視覺(jué)伺服領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，所謂“無(wú)標(biāo)定”視覺(jué)伺服是指在不預(yù)先標(biāo)定攝像機(jī)和機(jī)器人參數(shù)的情況下，直接通過(guò)圖像上的系統(tǒng)狀態(tài)誤差來(lái)設(shè)計(jì)控制律，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，使系統(tǒng)誤差收斂到一個(gè)容許的誤差內(nèi)。 本文首先研究了基于標(biāo)定技術(shù)的機(jī)器人視覺(jué)伺服，推導(dǎo)了眼在手和眼固定兩種配置下的手眼映射關(guān)系 — 圖像雅克比矩陣，并在 MATLAB 環(huán)境下對(duì)這兩種配置分別仿真，仿真結(jié)果表明該方法能很好 地 定位到目標(biāo)。 畢業(yè)設(shè) 計(jì)（ 論 文） 題 目 工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服 專 業(yè) 自 動(dòng) 化 班 級(jí) 自 064 班 學(xué) 生 白 蕾 指導(dǎo)教師 辛 菁 2021 年白蕾：工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服 摘 要 機(jī)器人視覺(jué)伺服 是 利用從圖像 中提取的視覺(jué)信息 — 視覺(jué)特征，進(jìn)行機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置閉環(huán)控制 。 它 是實(shí)時(shí)圖像處理、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)、控制理論、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及實(shí)時(shí)計(jì)算等領(lǐng)域的融合，是計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究 前沿的一個(gè)重要分支。 然而，在實(shí)際中，由于種種原因，這種基于標(biāo)定的機(jī)器人視覺(jué)伺服方法受到了很大的限制。 因此，本 文研究了基于 kalman 濾波原理的機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服，并對(duì)其仿真，仿真結(jié)果表明了該方法的有效性和可行性。 關(guān)鍵 詞 ： MOTOMANSV3XL 工業(yè)機(jī)器人、圖像雅可比矩陣、 Kalman 濾波 、無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract Robot visual servoing Is to use visual informationvisual features, which are extracted from the images, to plete robot endposition closedloop control. Robot visual servoing research is the fusion of some degree of expertise in several area,such as realtime image processing, robot kinematics,robot dynamics, control theory, puter technology ,realtime putation and so on. It is a important subject in the research field of puter vision. First,I studied visual servoing robot, which based on the calibration technique and derived the relationship between eye and hand— image jacobian simulated the eyeinhand and the eyefixed robot visual servoing under MATLAB. Simulation results show that this method can well positioned to target. However in practice, a varity of reasons,limit the application of the visual servoing control method based on calibrated technologies to a great extent. Uncalibrated visual servoing has bee a hotspot in the field of robot visual servoing visual servoing means that vision control law is designed directly by the system state error from image plane without precalibrating the parpmeters of camera and robot,which controls the robot to make system error converge to a permissible region. Therefore, uncalibrated visual servoing, which based on kalman filter, has been studied and simulated in this paper. Simulation results show the effectiveness and feasibility of the method. Final, pleted robot visual servoing positioning experiment, which based on kalman filter. Control software has been programed with VC++. Simultaneously, a MOTOMAN industry robot,a CCD camera and an image grabber card, together with PC host puter,construct a hardware platform. The results show the well performance of the corresponding visual positioning. Keywords: MOTOMANSV3XL industrial robot, image jacobian matrix, Kalman filter, uncalibrated visual servoing西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 目 錄 1緒論 ......................................................... 1 引言 ................................................... 1 工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)概述 ........................ 1 工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服的發(fā)展情況 .................... 1 視覺(jué)伺服的分類 ................................. 2 圖像特征的選取 .................................. 5 無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服系統(tǒng) .................................... 6 本文的主要工作 ........................................ 8 2基于標(biāo)定技術(shù)的機(jī)器人視覺(jué)伺服 ................................ 9 圖像雅可比矩陣模型簡(jiǎn)介 ................................ 9 攝像機(jī)模型 ........................................... 12 機(jī)器人模型 ........................................... 13 視覺(jué)控制器的設(shè)計(jì) ................................ 14 基于圖像雅克比矩陣的機(jī)器人標(biāo)定視覺(jué)伺服的仿真 ........ 14 3基于 kalman 濾波的機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服 ...................... 18 引言 .................................................. 18 kalman 濾波算法概述 .................................. 18 基于 kalman 濾波原理的信號(hào)濾波仿真 .................... 20 固定眼的基于 Kalman 濾波 的雅可比矩陣在線辨識(shí) ......... 21 基于 kalman 濾波的機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)仿真 ................ 22 4機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服實(shí)驗(yàn) ................................... 25 系統(tǒng) 整體結(jié)構(gòu) ......................................... 25 機(jī)器人控制子系統(tǒng) ..................................... 26 視覺(jué)信息處理子系統(tǒng) ................................... 28 機(jī)器人無(wú)標(biāo)定視覺(jué)伺服控制實(shí)驗(yàn) ......................... 30 5總結(jié) ........................................................ 33 致 謝 ........................................................ 35 參考文獻(xiàn) ..................................................... 36 西安理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 1 緒論 引言 近年 來(lái)，機(jī)器人技術(shù)已成為高技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)具有代表性的戰(zhàn)略性技術(shù)之一，它使得傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)方式發(fā)生根本性的變化，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。研究工作者們通過(guò)給機(jī)器人加上外部傳感器件，如力覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)、視覺(jué)等，來(lái)提高機(jī)器人的自主感知和決策規(guī)劃能力，以適應(yīng)周圍變化的環(huán)境。將視覺(jué)傳感器引入到機(jī)器人控制系統(tǒng)，可以增加機(jī)器人對(duì)周圍環(huán)境的自適應(yīng)性，拓寬機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。 視覺(jué)是一種復(fù)雜的感官，要從大量的視覺(jué)信息數(shù)據(jù)中提取有用的特征信息，需要實(shí)施復(fù)雜的算法及耗費(fèi)大量的運(yùn)算時(shí)間。然而， 與基于傳統(tǒng)傳感器的機(jī)器人控制相比，它具有比較明顯的優(yōu)點(diǎn)：更高的靈活性，更高的精度，能夠?qū)C(jī)器人標(biāo)定誤差具有強(qiáng)的魯棒性等 【 2】 。而在一些較為危險(xiǎn)和復(fù)雜的任務(wù)領(lǐng)域內(nèi)，如：太空機(jī)器人操作，核設(shè)施建設(shè)，高電壓設(shè)備維護(hù)，殘疾人輔助設(shè)備等等，具有視覺(jué)功能的機(jī)器人將會(huì)具有很廣闊的應(yīng)用前景。 工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服控制系統(tǒng)概述 工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服的發(fā)展情況 七十年代， Shirai 和 Inoue 提出了用視覺(jué)反饋提高機(jī)器人定位精度的方法，但由于當(dāng)時(shí)條件所限，其實(shí)際為“ static look then move”系統(tǒng)。顯然該方法是一種基于圖像處理的開(kāi)環(huán)控制，在控制過(guò)程中白蕾：工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)伺服 2 并沒(méi)有對(duì)圖像信息進(jìn)行反饋，其嚴(yán)格意義來(lái)講并不屬于我們所說(shuō)的“視覺(jué)伺服”的范