機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)是機(jī)器視覺和機(jī)器人控制的有機(jī)結(jié)合，是一個非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，其內(nèi)容涉及圖象處理、機(jī)器人運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)、控制理論等研究領(lǐng)域。隨著攝像設(shè)備性能價格比和計(jì)算機(jī)信息處理速度的提高，以及有關(guān)理論的日益完善，視覺伺服已具備實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)條件，相關(guān)的技術(shù)問題也成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。
本文對機(jī)器人視覺伺服技術(shù)進(jìn)行了綜述，介紹了機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的概念及發(fā)展歷程和分類，重點(diǎn)介紹了基于位置的視覺伺服系統(tǒng)和基于圖像的視覺伺服系統(tǒng)。對機(jī)器人視覺所涉及的前沿問題做了概括，并指出了目前研究中所存在的問題及今后發(fā)展方向。
機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)
視覺伺服的定義：
人類對于外部的信息獲取大部分是通過眼睛獲得的，千百年來人類一直夢想著能夠制造出智能機(jī)器，這種智能機(jī)器首先具有人眼的功能，可以對外部世界進(jìn)行認(rèn)識和理解。人腦中有很多組織參與了視覺信息的處理，因而能夠輕易的處理許多視覺問題，可是視覺認(rèn)知作為一個過程，人類卻知道的很少，從而造成了對智能機(jī)器的夢想一直難以實(shí)現(xiàn)。隨著照相機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，具有視覺功能的智能機(jī)器開始被人類制造出來，逐步形成了機(jī)器視覺學(xué)科和產(chǎn)業(yè)。所謂機(jī)器視覺，美國制造工程師協(xié)會(sme society of manufacturing engineers)機(jī)器視覺分會和美國機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(ria robotic industries association) 的自動化視覺分會給出的定義是：
“機(jī)器視覺是通過光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實(shí)物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機(jī)器人運(yùn)動的裝置?！?
機(jī)器視覺作為與人眼類似的機(jī)器仿生系統(tǒng)，從廣義角度凡是通過光學(xué)裝置獲取真實(shí)物體的信息以及對相關(guān)信息的處理與執(zhí)行都是機(jī)器視覺，這就包括了可見視覺以及非可見視覺，甚至包括人類視覺不能直接觀察到的、物體內(nèi)部信息的獲取與處理等。
機(jī)器人視覺發(fā)展歷程
上個世紀(jì)60年代，由于機(jī)器人和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們開始研究具有視覺功能的機(jī)器人。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。機(jī)器人的視覺系統(tǒng)通過圖像處理，得到目標(biāo)位姿，然后根據(jù)目標(biāo)位姿，計(jì)算出機(jī)器運(yùn)動的位姿，在整個過程中，視覺系統(tǒng)一次性地“提供”信息，然后就不參與過程了。在1973年，有人將視覺系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，在這一時期把這一過程稱作視覺反饋(visual feedback)。直到1979年，hill和park提出了“視覺伺服”(visual servo)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。
上個世紀(jì)80年以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和攝像設(shè)備的發(fā)展，機(jī)器人視覺伺服系統(tǒng)的技術(shù)問題吸引了眾多研究人員的注意。在過去的幾年里，機(jī)器人視覺伺服無論是在理論上還是在應(yīng)用方面都取得了很大進(jìn)展。在許多學(xué)術(shù)會議上，視覺伺服技術(shù)經(jīng)常列為會議的一個專題。視覺伺服已逐漸發(fā)展為跨機(jī)器人、自動控制和圖像處理等技術(shù)領(lǐng)域的一門獨(dú)立技術(shù)。
