外文翻译-视觉伺服控制教程

英 文 翻 译 系 别 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 1 英文资料及译文 A a to of is to a We by a of a of of We a of of in be of in a of we an of We a of on of of of s in be to in be is to of in It is to of to of in of is in it be to to 2 is a it of of a be to of a to to of a of in an of on of An to of is to a of a in to a is to as to 2 979 to to of of in is to to of s to a or a of be it of s to in 980s, in of a in by of at a a to or on as as A 3 of in as to is a is of It in is of in of to by in is to a to as to in it to a to is to in by a an of is to we to in is in to of we we to be to of is as I of we a of of V be of in a of I to be a of 4 II a of of of In of . is of is of is a If is a in a =3* m = 6. In be to a we an it in we To by a it is to of a a 2D of on is to be so on to a D is to D to an a or of on In we to we of of we of In an is be an an to of a of A is be in of as a in a or a We an to be be or 5 of of in in of of a of of a of in of an in In we to 6 视觉伺服控制教程 本文提供了一个教程，介绍了机械手的视觉伺服控制。由于该专题跨越许多学科，而我们的目标是有限的，所以仅提供一个基本的概念框架。我们首先从机器人和计算机视觉的先决条件主题开始回顾，包括简要回顾坐标变换，速度表示和形象形成过程的几何方面的描述。然后，我们提出视觉伺服控制系统的分类。有基于位置和基于图像这两种主要类别的系统，之后再详细讨论。因为任何视觉伺服系统必须能够跟踪一个图像序列的图像特征，我们还包括了基于功能的和基于相关性的方法来进行跟踪的概述。最后总结了一些关于视觉伺服控制目前研究领域发 展方向观察的教程。 如今在环境适宜工厂中，机器人的数量在不断则加。但机器人在工作环境和对象放置不能被精确控制的实际应用中所起到的作用就要少得多。这些限制主要是由于现代的商业机器人系统缺乏感官能力这一固有缺陷。人们早已认识到，传感器的集成可以根本的提高机器人的通用性和扩展其应用领域，但迄今为止，都没有证明在批量的机器人制造中有高性价比。机器人技术的“前沿”，它运作在当今世界，并为这项研究注入新的动力。 视觉 传感器 是一个很有用的机器人传感器，因为它模仿了人类的视觉，并允许对环境的非接触式测量。由于白井和井上的早 期工作（描述了如何将视觉反馈回路可用于纠正机器人的位置，以提高工作精度），一直致力于机器人的视觉控制并且做了相当大的努力。有完全集成的视觉系统的机器人控制器，现在已经遍及众多销售商。通常情况下视觉传感和操作以开环方式相结合，先“找”，然后“移动”。所得到的操作的精确度直接依赖于视觉传感器和机器人末端执行器的精确度。 另一种提高这些子系统的准确性是使用一个视觉反馈控制回路， 这会 增加系统的整体精度 在大多数应用中较为关注。 取到了极致 ，机器视觉可以为机器人 的 末端执行器 这被称为视觉伺服 ， 提供闭环位置控制。 这 个词似乎先由 7 山和公园于 1979 年提出 ， 在引入这个词 前 ，视觉反馈普遍使用。对于 本文 的目的，视觉伺服的任务是用视觉信息 来控制机器人的末端执行器相对于目标对象或一组目标特征的相对姿势。该任务也可以被定义为移动机器人，它 为了车辆的姿势对于一些标志的控制。 视觉伺服系统 第一次被提出于 上世纪 80 年代初， 机器人视觉控制的进展一直相当缓慢，但近几年已经 能够 看到发表的研究报告显着增加。 这已得益于 个人计算功率 超 过允许场景分析以 达到足够的速率来“伺服”一个 机械臂的阈值。在此之前，研究人员需要专业并且昂贵的流水线像素处理的硬件。 现 在 已经提出 例如 原型设计跨度制造业（把握上传送带和部分 配对 对象），远程操作，导弹跟踪摄像机和水 果采摘，以及机器人乒乓球，杂耍，平衡，汽车转向器，甚至飞机降落等 应用。 在这一领域全面的文献整理， 以及历史和迄今报告的应用程序，是由科克发出，并包括大量书目。 视觉海域航行技术是许 多元素领域 结合的成果，包括高速图像处理，运动学，动力学，控制理论，以及实时计算 。 它与主动视觉和运动结构的研究有很多相似之处，但是与通常所描述和使用的，任务分层机器人控制系统还是有很大区别的。许多控制和视觉问题与那些建立“机器人头”主动视觉的研究人员所遇到的是相似的。然而，视觉伺服的任务是操纵机器人控制周围的环境，而不仅仅是观察周围的环境。 鉴于视觉伺服当前的利益，似乎要 适时 且 适度 的 提 一个来教程介绍 这个话题。我们的目标是通过提供一种统一的术语和命名，协助他人创造视觉 伺服 系统 ，以及可能的应用升值 。为协助新人，我们将介绍其中 简单的视觉硬件（只是一个数字转换器），可自由查看的视觉软件 ，并做出关于机器人及其控制系统的一些假设的技术 。 这足以开展许多不要求较高性能的视觉与 /或控制的应用。 写这样一篇文章的 一 个 困难是，话题跨越许多学科 ， 无法在一篇文章中得到充分的解决。例如，相关的控制问题是根本上非线性的， 还有 视觉识别，跟踪和重 构都有其各自的领域 。因此，我们集中于各学科的一些基本方面，并提供了大量的参考书目， 帮助想要了解更多细节的读者们。我们更倾向于提出那些 已经发现 的 ，在实践中运作良好，并具有一些通用的适用性 的想法和技术。 另一个困难是基于视觉的运动控制方面的文献 当前增加的速度非常快， 其中包含许多理论和 8 技术问题的解决方案和有前途的方法。 再次，我们已经提出了我们认为是最基础概念，并再次 建议读者参考文献 。 本文其余部分 的结构如下 。 第二节回顾的相关基本坐标变换，姿势表示和成像。在第三节中，我们提出 了 视觉伺服控制系统 的 分类。 基于位置的视觉伺服系统和基于图像的视觉伺服控制系统两大类 系统，然后在第四和第五节分别讨论。任何视觉伺服系统必须能够跟踪在一个图像序列的图像特性。第六节描述了一些对视觉跟踪已发现适用性广，可以使用最少的专用硬件来实现 。 最后，第七部分提出了关于视觉伺服控制的研究领域的当前方向的若干意见。 在本节中，我们 提出了与视觉伺服控制相关的 从机器人和计算机视觉的一些话题非常简要的概述。 我们首先定义 表示坐标变换和刚性物体在 工作空间移动的速度所需要的术语和符号。 在此之后，我们简要讨论与图像形成相关的几个问题，并可能相机 /机器人配置。熟悉这些内容的读者不妨直接进入第三节 。 在本文中，所述机器人的工作空间中 , 由 T 表示的是一组机器人工具能够达到的位置和方向 。 由于任务空间仅仅是机器人工具的配置空间，任务空间是一个平滑米歧管。如果工具是一个单一的刚体在三维工作空间中任意地移动 ， 如果工具是一个单一的刚体在三维工作空间中任意地移动 ，则 T=3* m=6。 在一些应用中，工作空间可以被限制为 如，对于取放 ，我们可能会考虑 直接 翻译 ， 而用于跟踪对象，并保持它在视图中，我们可以只考虑旋转 。 来控制使用由计算机视觉系统提供的信息的机器人，有必要了解在成像过程的几何方面。每个照相机包含一个透镜构成所述场景的 2D 投影到图像平面中，传感器的位置。这个突起造成直接的深度信息被丢失，使得在图像平面上的每个点对应于在三维空间中的射线。因此，一些额外的信息是需要确定的三维坐标心病 应对图像平面点。此信息可能来自多个摄像机，带有单个相机的多个视图，或对目标几个特征点之间的几何关系的知识。在本节中，我们描述三个投影模型已被广泛使用的 图像形成过程进行建模：透视投影，按比例缩放的正交投影，仿射投影。虽然我们简要介绍一下这些预测模型，在整个教程的其余部分，我们将假定使用透视投影。 在计算机视觉文献，图像特征比可以从图像中提取的任何结构特征。通常， 9 图像特征将对应的某个对象的物理特性上的投影在摄像机图像平面。一个好的特征点是一个可以明确地在场景的不同视图定位