視覺(jué)伺服系統(tǒng)如何將視覺(jué)信息作為反饋信號(hào)

機(jī)器人傳感系統(tǒng)是機(jī)器人與外界進(jìn)行信息交換的主要窗口，機(jī)器人根據(jù)布置在機(jī)器人身上的不同傳感元件對(duì)周圍環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行瞬間測(cè)量，將結(jié)果通過(guò)接口送入單片機(jī)進(jìn)行分析處理，控制系統(tǒng)則通過(guò)分析結(jié)果按預(yù)先編寫(xiě)的程序?qū)?zhí)行元件下達(dá)相應(yīng)的動(dòng)作命令。

視覺(jué)傳感系統(tǒng)是機(jī)器人的各種類型的眼睛。它可以是兩架電子顯微鏡，也可以是兩臺(tái)攝像機(jī)，還可以是紅外夜視儀或袖珍雷達(dá)。這些視覺(jué)傳感器有的通過(guò)接收可見(jiàn)光變?yōu)殡娦畔ⅲ械耐ㄟ^(guò)接收紅外光變?yōu)殡娦畔?，有的本身就是通過(guò)電磁波形成圖像。它們可以觀察微觀粒子或細(xì)菌世界，觀看幾千度高溫的爐火或鋼水，在黑暗中看到人看不到的東西。機(jī)器人的視覺(jué)傳感系統(tǒng)要求可靠性高、分辨力強(qiáng)、維護(hù)安裝簡(jiǎn)便。聽(tīng)覺(jué)傳感系統(tǒng)是一些高靈敏度的電聲變換器，如各種“麥克風(fēng)”，它們將各種聲音信號(hào)變成電信號(hào)，然后進(jìn)行處理，送入控制系統(tǒng)。觸覺(jué)傳感系統(tǒng)即各種各樣的機(jī)器人手，手上裝有各類壓敏、熱敏或光敏元器件。不同用途的機(jī)器人，具有的手大不相同，如用于外科縫合手術(shù)的，用于大規(guī)模集成電路焊接和封裝的，殘廢人的假肢，專提拿重物的大機(jī)械手，能長(zhǎng)期在海底作業(yè)的采集礦石的地質(zhì)手等。嗅覺(jué)傳感系統(tǒng)是一種“電子鼻”。它能分辨出多種氣味，并輸出一個(gè)電信號(hào);也可以是一種半導(dǎo)體氣敏電阻，專門對(duì)某種氣體作出迅速反應(yīng)。在機(jī)器人觸覺(jué)傳感系統(tǒng)中還有各種各樣的機(jī)器人腳，如人行足、四只足、有輪胎足、有履帶足、蛙式足、節(jié)肢動(dòng)物足，還有像蛇爬行的足等，這些“足”上都裝有光敏、熱敏等傳感元器件。

機(jī)器人感知系統(tǒng)把機(jī)器人各種內(nèi)部狀態(tài)信息和環(huán)境信息從信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器人自身或者機(jī)器人之間能夠理解和應(yīng)用的數(shù)據(jù)、信息，除了需要感知與自身工作狀態(tài)相關(guān)的機(jī)械量，如位移、速度、加速度、力和力矩外，視覺(jué)感知技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人感知的一個(gè)重要方面。

視覺(jué)伺服系統(tǒng)將視覺(jué)信息作為反饋信號(hào)，用于控制調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)。這方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在半導(dǎo)體和電子行業(yè)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)還在質(zhì)量檢測(cè)、識(shí)別工件、食品分揀、包裝的各個(gè)方面得到了廣泛應(yīng)用。

通常，機(jī)器人視覺(jué)伺服控制是基于位置的視覺(jué)伺服或者基于圖像的視覺(jué)伺服，它們分別又稱為三維視覺(jué)伺服和二維視覺(jué)伺服，這兩種方法各有其優(yōu)點(diǎn)和適用性，同時(shí)也存在一些缺陷。

基于位置的視覺(jué)伺服系統(tǒng)，利用攝像機(jī)的參數(shù)來(lái)建立圖像信息與機(jī)器人末端執(zhí)行器的位置/姿態(tài)信息之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器位置的閉環(huán)控制。

末端執(zhí)行器位置與姿態(tài)誤差由實(shí)時(shí)拍攝圖像中提取的末端執(zhí)行器位置信息與定位目標(biāo)的幾何模型來(lái)估算，然后基于位置與姿態(tài)誤差，得到各關(guān)節(jié)的新位姿參數(shù)?；谖恢玫囊曈X(jué)伺服要求末端執(zhí)行器應(yīng)始終可以在視覺(jué)場(chǎng)景中被觀測(cè)到，并計(jì)算出其三維位置姿態(tài)信息。消除圖像中的干擾和噪聲是保證位置與姿態(tài)誤差計(jì)算準(zhǔn)確的關(guān)鍵。

二維視覺(jué)伺服通過(guò)攝像機(jī)拍攝的圖像與給定的圖像(不是三維幾何信息)進(jìn)行特征比較，得出誤差信號(hào)。然后，通過(guò)關(guān)節(jié)控制器和視覺(jué)控制器和機(jī)器人當(dāng)前的作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行修正，使機(jī)器人完成伺服控制。相比三維視覺(jué)伺服，二維視覺(jué)伺服對(duì)攝像機(jī)及機(jī)器人的標(biāo)定誤差具有較強(qiáng)的魯棒性，但是在視覺(jué)伺服控制器的設(shè)計(jì)時(shí)，不可避免地會(huì)遇到圖像雅克比矩陣的奇異性以及局部極小等問(wèn)題。

針對(duì)三維和二維視覺(jué)伺服方法的局限性，有人提出了2.5維視覺(jué)伺服方法。它將攝像機(jī)平動(dòng)位移與旋轉(zhuǎn)的閉環(huán)控制解耦，基于圖像特征點(diǎn)，重構(gòu)物體三維空間中的方位及成像深度比率，平動(dòng)部分用圖像平面上的特征點(diǎn)坐標(biāo)表示。

這種方法能成功地把圖像信號(hào)和基于圖像提取的位姿信號(hào)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并綜合他們產(chǎn)生的誤差信號(hào)進(jìn)行反饋，很大程度上解決了魯棒性、奇異性、局部極小等問(wèn)題。但是，這種方法仍存在一些問(wèn)題需要解決，如怎樣確保伺服過(guò)程中參考物體始終位于攝像機(jī)視野之內(nèi)，以及分解單應(yīng)性矩陣時(shí)存在解不唯一等問(wèn)題。

在建立視覺(jué)控制器模型時(shí)，需要找到一種合適的模型來(lái)描述機(jī)器人的末端執(zhí)行器和攝像機(jī)的映射關(guān)系。圖像雅克比矩陣的方法是機(jī)器人視覺(jué)伺服研究領(lǐng)域中廣泛使用的一類方法。圖像的雅克比矩陣是時(shí)變的，所以，需要在線計(jì)算或估計(jì)。

第一點(diǎn)動(dòng)態(tài)感知

機(jī)器人視角不動(dòng)后，會(huì)出現(xiàn)不會(huì)動(dòng)的事物和會(huì)動(dòng)的事物，這里ai會(huì)在一秒內(nèi)拍攝多組照片，先進(jìn)行固定顏色和形狀進(jìn)行識(shí)別比如車牌藍(lán)色，樹(shù)木綠色等，不同照片進(jìn)行對(duì)比， 提示機(jī)器人可能好幾年在一個(gè)范圍進(jìn)行活動(dòng)，有時(shí)間進(jìn)行拍攝無(wú)人的街頭，以這張無(wú)人的街頭環(huán)境照片為零號(hào)底片，和工作時(shí)的拍攝照片進(jìn)行對(duì)比，更容易對(duì)比出動(dòng)態(tài)的事物，

第二點(diǎn)距離感知

人體認(rèn)識(shí)物體距離是依靠自身大小，與事物常識(shí)性，眼睛焦距變化，來(lái)判斷的，最重要的是眼睛焦距變化，因此機(jī)器人算法可以與可變焦距攝像頭的焦距變化來(lái)測(cè)定距離，配合著激光距離測(cè)定，相互配合，在識(shí)別距離上有用，另外機(jī)器人行走會(huì)出現(xiàn)1、機(jī)器人自身視覺(jué)點(diǎn)，和2、要識(shí)別的物體，與3、識(shí)別物體背景，行成一條三點(diǎn)直線，機(jī)器人任意方向行走一步，便形成了X形狀的二維視角，X的交叉點(diǎn)就是要識(shí)別的物體，根據(jù)激光測(cè)試距離與二維視角，兩者互相印證，這里的算法就不說(shuō)了。自己想

第三點(diǎn)空間識(shí)物

在識(shí)別要識(shí)別的物體確定距離后，機(jī)器人行走會(huì)出現(xiàn)之前說(shuō)過(guò)的二維視角，類似于X形狀，可以之前第二點(diǎn)距離將物體的形狀描述出來(lái)。

第四點(diǎn)事物的識(shí)別

人的識(shí)物方式有，視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，溫度，重量，其中視覺(jué)是根據(jù)顏色，形狀，結(jié)構(gòu)，進(jìn)行識(shí)別物體的，我們平常是不會(huì)把物體的精確數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大腦中，只有大概的形狀，和知道的一些常識(shí)性問(wèn)題，比如掃把的形狀，樹(shù)木的形狀，車子的形狀，汽車輪胎的四個(gè)體積都是一樣的。等。。。。機(jī)器人可能好幾年在一個(gè)范圍進(jìn)行活動(dòng)，并且一些東西是好幾年不會(huì)變化，機(jī)器人便可以記錄該事物的數(shù)據(jù)，機(jī)器人識(shí)物方式有，視覺(jué)，聽(tīng)覺(jué)，溫度，重量，其中視覺(jué)是可以和我之前的說(shuō)的人的識(shí)物方法一樣，“我們平常是不會(huì)把物體的精確數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在大腦中，只有大概的形狀，和知道的一些常識(shí)性問(wèn)題，比如掃把的形狀，樹(shù)木的形狀，車子的形狀，汽車輪胎的四個(gè)體積都是一樣等。。。?！币恍┚唧w的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行云數(shù)據(jù)來(lái)解決。