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1、第24卷第6期东北大学学报(自然科学版)Vol124,No.62003年6月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Jun.2003文章编号:100523026(2003)0620543205视觉伺服分类及其动态过程1121薛定宇,项龙江,司秉玉,徐心和(1.东北大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳 110004;2.中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室,辽宁沈阳 110016)摘 要:对视觉伺服进行了综述性的介绍,系统地介绍了机器人视觉伺服控制的发展历史以及现状·从控制模型给出了视觉伺服控制系统的分类·针对两种最基本的分类方式基
2、于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服进行了重点介绍·对于视觉系统和图像特征的选取问题进行了讨论,此外还对视觉伺服系统的动态过程进行了分析,指出视觉系统的延时是目前伺服控制的研究所面临的最大问题·对未来视觉伺服研究的方向进行了总结·关 键 词:视觉伺服;图像特征;图像雅可比矩阵;图像特征空间;机器人中图分类号:TP42126文献标识码:A5当今世界有超过8×10台各种类型的工业于机器人系统的位置、工作顺序、伺服任务等,视机器人应用在工业领域[1],并且机器人的数目在[3]觉伺服有几种分类方式·不断增加·不过大多数工业机器人都是工作在整从误差控制信号类型的角度,机器人视觉伺齐有序的工业环境当中(
3、这种环境需要目标和机服可分为基于位置(Position2based)[4,5]的视觉伺械手的精确位置信息),而目前在无序的工作环境服控制和基于图像(Image2based)[6,7]的视觉伺服下却被排除在外·这主要是因为目前的商业机器控制·前者的视觉信息被解释为相对于一个基坐人还缺乏对外界的感知能力·传感器融合可以提标系或者世界坐标系的三维笛卡尔坐标;而后者高机器人对外界的感知能力,但这并不是一种经的视觉信息则是被定义在二维的图像平面的图像济的方法·视觉是一种有用的机器人传感器,它提特征·供了一种经济、方便的方法·从视觉系统相对于机器人系统的位置,可分为了使现代工业机器人能适用于更为复杂的为
4、末端开环(endpoint2open2loop)和末端闭环工作如焊缝跟踪,弧焊,物体的精确放置,一种基[3](endpoint2close2loop)视觉伺服控制·末端开环于视觉信息的机器人控制方法视觉伺服吸引系统中视觉系统只能观测到目标,这种情况一般了众多研究人员的关注·是摄像机位于机械手末端·而在末端闭环系统中视觉伺服的准确定义首先是由Hill和Park[2]视觉系统可同时观测到目标物体和机械手末端,提出的·视觉伺服是用视觉信息构成机器人末这种情况一般是摄像机位于机械手工作区·端的位置闭环控制·视觉伺服涉及的研究领域众多,主要有计算机视觉、图像处理、机器人动力学、从视觉系统与机器人系统的
5、工作时间顺序,机器人运动学、控制理论、实时计算等·它和主动可分为动态的视觉伺服(dynamicvisualservoing)视觉(ActiveVision)有很多相似之处,在控制和视和静态的视觉伺服(staticvisualservoing)·在动态觉的问题上主动视觉研究者与视觉伺服研究者面视觉伺服系统中视觉系统与机器人系统是并行工临的问题很相似·作的;而在静态视觉伺服系统中视觉系统与机器人串行工作·1 视觉伺服的分类根据视觉信息是否用于直接控制关节角,可根据视觉误差控制信号类型、视觉系统相对分为动态的look2and2move系统和直接视觉伺服收稿日期:2002212206基金项目:国家高
6、技术研究发展计划项目(2001AA422270);中国科学院沈阳自动化研究所机器人学重点实验室基金资助项目(RL200203)·作者简介:薛定宇(1963-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师;徐心和(1940-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师·©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.544东北大学学报(自然科学版) 第24卷(directvisualservo)系统·前者向机器人关节控制之间距离的函数,而这个距离却经常是随时间的变器给出的定点输入2关节角位置信息,由
7、内环的控化而变化的·早期的视觉伺服研究多采用事先计算制器控制机械手的运动;后者是直接用视觉伺服好的雅可比矩阵,现在多数视觉伺服系统都在线调[9]控制器代替机器人控制器,直接控制各个关节·由整图像雅可比矩阵·此外图像雅可比矩阵的逆矩于目前大多数机器人都具有接收位置或速度指令阵的奇异点也可能导致系统的不稳定·的接口且目前的视频采集方面速度较低,有关视由于目标图像到关节角映射的非线性和奇异觉伺服的研究多采用动态的l
