基于虚拟仪器技术的机器人视觉伺服研究

以分布式系统的原理为结构框架,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统有机结合,构成了基于虚拟仪器技术的分布式机器人视觉伺服系统。在推导视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵的基础上,用LabVIEW语言编写了基于逆模型的控制算法等软件模块,实现了对目标二维运动的跟踪,最后给出了实验结果:采用简单的模糊控制算法,对于100个像素的阶跃激励,系统可在3 s内实现跟踪。     

基于切换控制的双相机视觉伺服方法

针对家电产品机器视觉在线检测应用场景中基于图像的视觉伺服不能保证全局收敛和单目视觉反馈不佳的问题，提出一种基于切换控制的双相机视觉伺服方法。首先使用全局相机估计目标位姿，引导机器人运动到期望位姿附近，确保视觉伺服方法能够收敛；然后根据机器人手上相机提供的图像偏差和深度信息，以及全局相机提供的目标速度和姿态实现双相机视觉伺服控制。相对于使用单应性矩阵的位置视觉伺服和混合视觉伺服方法，该方法能够定位与跟踪无标记目标，大幅提升跟踪的精度和稳定性。实验表明，基于切换控制的双相机视觉伺服方法可将控制周期缩短至33 ms,满足传送带速度在0.17 m/s范围内的机器人可获取清晰图像，实现实时跟踪检测。     

基于单应性矩阵的机器人视觉伺服系统研究

针对在视觉伺服过程中采用图像雅克比矩阵方法时遇到的对目标深度信息的求取等问题,并为了进一步扩大机器人的运动空间,设计了一种基于单应性矩阵的视觉控制器应用于视觉伺服控制系统。通过摄像机针孔模型求解出该单应性矩阵后,对其进行了奇异值分解,得到了机器人控制器的输入,从而实现了对机器人的控制;该控制策略运用Matlab/Simulink仿真软件,并结合在机器人学领域中被广泛采用的机器人工具箱,构建了基于图像的视觉伺服系统仿真模型,并选取一长方体表面上的4个角点作为目标物体进行了仿真抓取实验。研究结果表明,该视觉控制器使整个控制系统具有较强的稳态特性和较高的控制精度,图像特征点从当前位置运动到了期望位置,误差最终收敛于零,具有较好的控制效果。     

基于虚拟仪器技术的分布式机器人视觉伺服系统

研究一种构造分布式机器人视觉伺服系统的方法。在分布式机器人视觉伺服系统的基础上,运用NI公司(美国国家仪器公司)的LabVIEW,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统连接起来,构成了基于LabVIEW的分布式机器人视觉伺服系统。推导了视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵,用LabVIEW语言编写了基于逆模型的控制算法,给出了实验结果。     

基于图像特征的运动目标识别与伺服跟踪

本文研究了一种在室内相对复杂背景下机器人的运动目标识别与跟踪方法.基于Intel的计算机视觉库OpenCV进行图像处理与特征提取,采用图像的区域特征--图像矩作为特征信息,在有干扰的情况下,实现运动目标的形状识别和基于特征的视觉伺服跟踪控制.为提高系统性能,建立曲线拟合模型来预测运动目标的动态趋势和特征.实验结果表明,系统在不需要摄像机精确标定、背景有干扰的情况下,能够实现对运动目标进行实时稳定快速的识别和跟踪.     

机器人视觉伺服系统控制结构的研究

对机器人视觉伺服系统的研究是机器人领域中的重要内容之一，其研究成果可直接用于机器人手-眼系统，移动机器人的自动避障及对周围环境的自适应，轨线跟踪等问题，该文介绍了三种主要的机器人视觉伺服系统；基于位置的控制系统，基于图像的控制系统，2-1/2D视觉伺服，并详细论述了它们的控制结构及由此产生的优缺点，最后分析了今后的发展趋势。     

基于图像的无标定视觉伺服系统

传统的机器人视觉伺服大都是基于系统标定技术的。但是在实际工厂条件下,复杂的工况常常使得无法进行有效的标定,且标定技术对于环境十分敏感,标定精度对于系统最终性能有很大影响。因此,本文在总结当前基于图像无标定机器人视觉伺服研究的基础上,搭建机器视觉伺服平台,设计视觉伺服软件系统。运用图像雅克比在线估计方法,在核心问题雅克比矩阵估计上,采用动态拟牛顿算法,模拟逼近图像雅克比矩阵,进行视觉反馈。并将无标定视觉伺服系统应用于UR机器人,使机器人的智能抓取免去了复杂的标定程序,克服了原视觉系统的不确定因素,提高了机器人视觉系统的鲁棒性,扩大了工业机器人的应用范围。     

基于LabVIEW的机器人视觉伺服及模糊控制研究

本文研究了一种构造分布式机器人视觉伺服系统的方法。借用分布式系统的概念,运用NI公司（美国国家仪器公司）的LabVIEW,将四自由度机器人系统和实时图像采集系统连接起来,构成了基于LabVIEW的分布式机器人视觉伺服系统,推导了视觉伺服机器人系统的图像雅克比矩阵,用LabVIEW语言写了基于逆模型的控制算法,给出了比例控制和模糊控制的实施结果。     

基于嵌入式的智能视觉伺服系统的研发

建立了一个基于嵌入式的智能视觉伺服系统,用于工业机器人对零件工位的精确定位。采用基于区域的匹配和形状特征识别相结合的图像处理方法,该方法经过阈值和形状判据,识别出物体特征;基于组件思想的软件系统具有可重构性。经实验验证,该方法能够快速准确地得到物体的边界和质心,进行数据识别和计算,再结合机器人运动学原理控制机器人实时运动以消除此误差,满足工业机器人跟踪定位的要求。     

基于改进Smith预估器的显微视觉伺服

针对视觉延迟的问题,提出采用改进的Smith预估器(MSP)来改善视觉伺服系统的控制品质。在对基于位置的动态"look-and-move" 视觉伺服系统特性分析的基础上,建立了基于MSP视觉伺服系统的结构,同时建立了视觉伺服系统的分时模型。在微操作机器人平台上进行了点到点、抗干扰和微齿轮的跟踪抓取实验。结果表明,与只有PID控制器的视觉伺服系统相比,带MSP的视觉伺服系统具有更好的控制品质。克服了由于图像采集、传输和处理导致的视觉伺服延迟而严重影响控制系统的品质局限,并克服了传统方法通过减小系统增益来增强系统的鲁棒性,但同时降低了系统响应特性的缺点。     

基于CMAC神经网络的机器人平面视觉跟踪

在手眼关系及摄像机模型完全未知的情况下,建立了眼在手上机器人平面视觉跟踪问题的非线性视觉映射模型,将图像特征空间和机器人工作空间紧密地联系起来。在此基础上,为将视觉跟踪问题转化为图像特征空间中的定位问题,设计了基于CMAC神经网络的视觉跟踪控制方案,并与PD控制器相并联构成视觉反馈控制。仿真结果表明该算法能完全消除稳态跟踪误差,具有很强的环境适应性,算法简单,易于实时实现。     

基于网络直角坐标机器人视觉伺服系统研究

为了实现定位抓取任务，提出基于网络的直角坐标机器人视觉控制系统。针对机器人运动控制的非线性与强耦合特性，采用神经网络控制器，构建了图像偏差与运动控制量之间的对应关系。通过对图像增强、边缘提取、特征提取等图像处理方法的综合分析，提出了一套优化组合图像处理法。在计算机网络环境下，采用自定义协议实现图像处理器与运动控制器协调控制，并将远程监控应用到机器人控制中。实验结果表明，该系统能够在视野范围内自动实现定位抓取动作。     

一种三关节机器人视觉伺服系统研究

设计了一种三关节机器人视觉伺服系统。该系统采用eye—in—hand方式，基于图像特征构成视觉反馈，束完成机器人抓取物体的任务。论文对系统结构、坐标变换、成像原理、视觉控制器进行了详细的设计，并通过仿真试验证明了所设计控制系统的有效性。     

光学定位脑外科机器人系统及其空间配准

坐标标定与空间配准是图像导引的无框架脑外科立体定向机器人研究中的基本问题。为了实现简便、快捷的空间注册和标定，并提高机器人立体定位的精度，本文提出一种基于光学定位的脑外科机器人系统方案，并介绍了系统的构造、工作原理及流程，分析了基于光学定位手段建立从计算机图像空间到机器人现实操作空间的坐标映射的简捷、有效的方法。该系统基于标志点进行空间配准，采用光学跟踪定位手段，可以实时跟踪修正机器人的末端位姿，使系统在操作精度、操作便捷性和智能化方面有很大的改善。本研究提出的系统方法和坐标系映射转换关系，为实际应用提供了理论基础。     

Vision guided dual arms robotic system with DSP and FPGA integrated system structure

Usually, a humanoid robot has two arms and stereo vision system to execute human daily actions. It has complicate mechanism and mechatronics control system structure. The hardware control structure should be planned ingeniously to execute the complicate computation of 3D image processing and manipulate a multi degree of freedom dual arms motion control, especially for mobile robot system. Here a 7 DOF dual arms robot with FPGA hardware control structure and a digital signal processor (DSP) based CMOS stereo vision system are designed and built in our lab. The intelligent fuzzy sliding mode control strategy is employed to establish the visual guided robotic motion control software. This low cost humanoid robotic system has compact control structure and mechanism integration for mobile application purpose. Object detecting and tracking schemes in 3D space were developed for locating the target position and then guided the robot arm to pick and place objects or track the specified moving target. Experimental results show that this delicate robotic system has basic humanoid function.     

图像拼接技术在爬壁机器人位置伺服控制系统中的应用

针对传统爬壁机器人对裂缝图像拼接效果差而导致位置控制结果不精准、工作效率较差的问题,提出基于图像拼接的爬壁机器人位置伺服控制系统.选取 STM３２F１０３RCT６ 为主控芯片,采用气动方式设计机械气动结构,利用 PLC 位置伺服控制器实现故障电路检测.设计视觉控制平台,避免强电磁场影响.软件部分依据 CCD 相机实现机器人视觉监测,采用图像拼接技术删除相邻图像的边缘处重叠部分,实现对墙壁裂缝的准确监测,利用机器人运动速度及机器人预设位置轨迹计算爬壁机器人的位置伺服控制值,将该值传输至系统硬件,实现位置伺服控制.由实验结果可知,所设计系统对裂缝全景图像拼接的精准度较高,机器人的位置伺服控制准确率为 ９７．５％ .     

基于无标定的机器人平面运动物体跟踪伺服系统研究

在未标定摄像机模型和机器人手眼关系的情况下,针对"眼在手"型机器人视觉伺服系统,采用基于位置的控制方法,提出了一种简易实用的无标定算法,采用PD控制实现了平面运动物体的跟踪,通过仿真和试验验证了该方法的有效性和可靠性。