机器人视觉技术

２机器人视 觉系统 的组成
机 器人 的视 觉传 感 系统需 要 处理三 维 图 像 ，不 仅 需 要 了 解 物 体 的 大 小 和 形 状 ，还 要 知 道 物 体 之 间 的 关 系 ， 因 而 与 文 字 或 图像 识 别 有 根本 的区别 。为了实现这一 目标 ，要 克服很多 困难 ，由于视觉 图像传感器 只能获得 二维 图像， 从不 同角度上看 同一物 体，会得到不 同的图像 照 明 条件 的 不 同 ， 得 到 图 像 的 明暗 程 度 与 分 布
（１）机 器 人 首 先 通 过 自 身 的 距 离 传 感 器 和视 觉系统获取工件 的三维 位置、姿态、与抓 手 的 距 离 等 物 理 量 ， 从而 制 定 出抓 取 的 路 径 、 角度、力度等策略 。
（２）机器 人利用 其手部的接近觉传感器， 接近 工件．并跟踪工件表面 ，确定抓取位置 。
【关键 词 】 机 器 人 机 器 视 觉 图像 处 理
１机 器 人 感 知 系 统
１．１机 器 人 感 知 体 系 简介
机器 人 作为 集合 机械 系 统、 电气系 统、 感知系统、控制系统 、计算 机系统等为一体的 高端机 电设备 ，其复 杂程度 较高，在研究、设 计 和 制 造 的 过 程 一股 分 为 以 上 多 个 子 系 统 分 别 进 行。感知系统在整个机器 人系统 中 占据 着重 要 的位 置 ， 相 当 于 人 类 的 “感 觉 ” 系 统 。 类似 人类 依靠眼睛的视觉 、耳朵 的听觉、鼻子的嗅 觉等 ，机器人完成各种复杂 的工作 同样 离不开 各种各样的感知设备 。机器 人感 知系统的功能 可以用机器人抓举物体的相关过程来描述 ：
机 器人视觉技术
文／付 旭 程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ· 电子技术
进 入 ２ｌ世 纪 以 来 ，机 器 人 就 在人 类 生 产生 活的各 个 领域 被 广 泛地 应 用 ，在 日常生 活 中有 服 务 机 器 人 、娱 乐机 器人 、扫 地 机 器人 ， 在 工业应 用 中也 有机 器人 代替 人 类 进 行搬 运 、焊接 、 切割 等 重复 性 枯 燥 的 工 作 ， 大 大 降 低 了人 工 成 本和危 险 系数 。和 人类 依 靠双 眼获取外 界环境 的图像信 息一样 ， 机 器人 想获得 周 围环 境 的情 况必 须 依 靠 其 “双 眼 ” 一 一 机 器 视 觉 系 统 。 机 器 人 的 机 器视 觉技 术 依 靠摄 像 头、视 觉 传 感器 、红 外传 感 器等部 件获 取特 定 的 图像信 息 后 ．经 过 计算 机 的 处理 ，得到 机 器 人 可 以 识 别 的 信 息 ， 从 而 指 挥 机 器 人 的 后 续 行 动 。 本 文 从 机 器 人 感 知 系统讲 起 ，深入 分 析 了机 器视 觉技 术 的组 成 、原 理 和 应 用 ， 并展 望了机 器人视 觉技 术的未来。
１．２ 机 器人 源自文库 觉技 术 简 介
视 觉 器 官 是 人 体 最 重 要 的 感 觉 器 官 ， 据 统 计 ，人从 外 界 所获 得 的 信 息 有 ８０％ 来 自 眼 睛 ， 冈 此 在 机 器 人研 究 的 一开 始 ， 人 们 就 希 望 能够 给机器 人装 上 “眼睛 ”，使它具有视觉 功能。 如果想要赋 予机器 人较高的锣能 ，离开视觉 系 统是无法做 到的，如常见的抓举机器人 要求 识 别需要抓举 的工件 ，移动机器人要识别周 围的 道路和障碍物 ，这种能力都 是机器视觉赋 予的。 机器视觉 是指使 用机器代替人类视觉来进 行物 体 和 环 境 识 别 的 技 术 ， 它 主 要 指 利 用 计 算机 来 模拟 人的视 觉功能 ，从客观事物 的图像或 图像 序 列 中提 取 信 息 ， 进 行 处 理 并 加 以理 解 ， 最 终 用 于 实 际检 测 、测 量 和 控 制 。
（５）机 器人将 工件装 入合适 的位置 ，最 后 压 力 传 感 器 确 认 是 否完 成 装 配 作 业 。
各种 机 器人创 造 的初 衷是 用来 代 替人来 进行各种复杂枯燥 的一Ｉ：作，所 以其很多特性都 类 似 我 们 人 类 。机 器 人 想 要 执 行 各 种 各 样 的 任 务就必须对 自身周 同环境有精确 的 Ｊ 解，并且 对 自 己所 要 处 理 的 对 象 了 如指 掌 ， 同 时 其 也 要 实 时 接 收 来 自操 作 者 的各 种 命 令 ， 所 以赋 予 其 强大的感知功能是必须 的，这种 能力就是机器 人传 感器系统提供 的。机 器人传 感器系统与其 他 传感器系统 同，它不仅要 有检测 和测量状 态信 息的能力，而且它 还要 处理采集到的信息 ， 并根 据 采 集 到 的 信 息 对 外 部采 取 行 动 ， 因 此 它 应 有 很 强 的 实 时 采 集 和 处 理 信 息 的 能 力 。 如 果 获取 的信息不够 ，传感器系统应 主动 地有意采 集 为 达 到 目标 所 需 的 信 息 。机 器 人 分传 感 器 可 以分 为 距 离 、 光 线 、 温 度 、视 觉 、声 波 、 红 外 线等传感器 ，各种传感器检测不 同的物 理量， 例 如 距 离 传 感 器 获 取 距 离 和 位 置 信 息 ， 温度 传 感 器 检 测 温 度 高 低 ，声 波 传 感 器 捕 捉 周 环 境 的声音 ，各个传 感器通力配合 、缺一 不可，共 同构 成 ｒ机 器 人 的 传 感 器 系统 。理 论 上 人 类 的 各种感觉 都 可以通过传感器所模仿 ，这 为高度 拟 人 机 器 人 的 产 生 提 供 了坚 实 的基 础 。 一 台 智 能 机 器 人 的传 感 器 如 图 ２所 示 。
（３）机 器 人通 过 手 部 的 触 觉 传 感 器 （压 力 ）来 控 制 手 部 的 夹 力 ，确 保 稳 定地 夹 持 物 体 。
（４）利用传 感器信 息的处理 ，合理 规划 路 径，将机器人移动到 另一 工件处，在移动的 过程 中通常还要调用视觉传感 器的信息来实时 修 正 机 器 人 的 运 动 轨 迹 ，保 证 精 确 到达 指 定 位 置 。