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1、第26卷第3期Vol.26,No.3机器人ROBOT2004年5月May,2004文章编号:1002-0446(2004)03-0277-06*机器人视觉伺服研究进展王麟琨,徐德,谭民(中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室,北京100080)摘要:介绍了机器人视觉伺服系统的结构和主要研究内容,比较了当前几种主要的视觉伺服方法,针对当前机器人视觉伺服所面临的主要问题,详细阐述了近期提出的一些解决方法.关键词:机器人;视觉伺服;综述中图分类号:TP24文献标识码:BSurveyofResearchonRoboticVisualServoingWANGLin-kun,XUDe,TANMi
2、n(LaboratoryofComplexSystemsandIntelligenceScience,InstituteofAutomation,ChineseAcademyofSciences,Beijing100080,China)Abstract:Inthispaper,structuresandcontentsofroboticvisualservoingsystemsareintroduced.Then,acomparisonbetweenmethodsofdifferentroboticvisualservoingsystemsisgiven.Furthermore,somene
3、wmethodsarerepresentedindetailtosolveproblemsofroboticvisualservoing.Keywords:robot;visualservoing;survey1引言(Introduction)到图像处理、机器视觉、控制理论、运动学等多个领域.当前机器人视觉伺服研究的主要内容可以归纳随着科学技术的发展以及机器人应用领域的扩为视觉伺服系统结构、快速有效的图像处理算法以大,人们对机器人技术提出了更高的要求,希望机器及视觉伺服控制器的设计等几个主要方面.人具有更高的智能和更强的环境适应能力,机器人2.1机器人视觉伺服系统的结构视觉伺服研究正是为了满
4、足这一要求而展开的.机2.1.1视觉伺服系统的分类器人视觉伺服最早出现于20世纪80年代,在90年根据不同的标准,机器人视觉伺服系统可以被代中后期发展迅速.这是因为机器人应用领域的扩划分为不同的类型.根据摄像机的数目的不同,可以展以及计算机硬件技术的突飞猛进,极大地提高了分为单目视觉伺服系统、双目视觉伺服系统以及多图像处理的速度,大幅降低了专用图像处理设备的目视觉伺服系统.单目视觉无法直接得到目标的三费用.视觉伺服控制与基于传统传感器的机器人控维信息,一般通过移动获得深度信息.单目视觉适用制相比,具有比较明显的优点:更高的灵活性,更高于工作任务比较简单且深度信息要求不高的工作环的精度,能够对
5、机器人标定误差具有强的鲁棒性等.境.多目视觉伺服可以观察到目标的不同部分,可以以上优点决定了机器人视觉伺服在较短的时间里成得到更为丰富的信息,但视觉控制器的设计比较复为机器人研究领域中的热点之一,并在工业生产、海杂,且相对于双目视觉伺服更加难以保证系统的稳洋探测等众多领域得到了成功的应用.[1]定性.双目视觉可以得到深度信息,当前的视觉伺2机器人视觉伺服研究的主要内容(Prima-服系统主要采用双目视觉.根据摄像机放置位置的ryresearchofroboticvisualservoing)不同,可以分为手眼系统和固定摄像机系统.手眼系机器人视觉伺服系统由视觉传感向控制器提供统能得到目标的精
6、确位置,可以实现精确控制,但只外部信息,调整机器人的位置和姿态.研究内容涉及能得到小的工作空间场景,而且由于手眼系统只能*收稿日期:2003-09-20278机器人2004年5月观察到目标而无法观察到机器人末端,因此需要通2.1.2基于位置与基于图像的视觉伺服方法过已知的机器人运动学模型来求解目标与机器人末基于位置的视觉伺服是根据得到的图像,由目端的位置关系,对标定误差以及运动学误差比较敏标的几何模型和摄像机模型估计出目标相对于摄像感.固定放置的摄像机既可以观察到目标也可以观机的位置,得到当前机器人的末端位姿和估计的目察到机器人末端,并且可以得到大的工作空间场景,标位姿的误差,通过视觉控制器
7、进行调节.基于位置能得到机器人末端相对于目标的相对速度,但无法的视觉伺服的结构如图1所示.基于位置的视觉伺得到目标的准确信息,且机器人运动可能造成目标服需要通过图像进行三维重构,在三维笛卡儿空间图像的遮挡.为了克服两种摄像机放置位置的不足,计算误差.这种方法的优点在于误差信号和关节控[2]当前的一种解决方法是两种方式的协作使用.根制器的输入信号都是空间位姿,实现起来比较容易.据误差信号定义的不同,还可以将视觉
