机器人视觉伺服是机器视觉领域的热门课题,涉及机器人学、控制理论、图像处理等多门学科知识。视觉机器人具有自主分析环境信息和执行任务的能力,广泛应用于航天、国防和工业自动化领域。本文以六自由度工业机器人为研究对象,研究基于图像的视觉伺服控制系统,通过图像采集获取图像信息后完成图像处理,利用图像特征作为反馈信号,并对图像雅可比矩阵进行辨识,利用辨识的结果应用在视觉伺服控制器中,完成了MATLAB仿真和实验台调试工作。主要研究内容如下:首先,详细分析了机器人视觉伺服控制系统的组成,阐述摄像机模型和机器人运动学分析,并对视觉伺服系统的类别进行介绍,比较基于位置和图像的视觉伺服系统。其次,对目标图像进行图像处理和分析,包括图像采集、图像预处理、图像边缘检测和目标特征提取。在预处理过程中高斯滤波方法对消除环境噪声有着较好的效果。通过几种图像边缘检测方法对比分析,采用Canny边缘检测算子对图像进行边缘检测,利用图像矩的方法来对目标特征进行提取。再次,针对基于雅可比矩阵逆的视觉伺服控制方法进行了研究。为了提高系统响应的实时性,能对速度较快的目标进行有效的跟踪,提出一种带预测补偿的逆雅可比矩阵PI控制算法,并且采用扩展H?粒子滤波算法对图像雅可比矩阵进行在线辨识,与卡尔曼滤波算法进行对比实验研究,仿真实验结果验证视觉伺服控制方法可行性。最后,构建视觉伺服控制系统实验平台,完成了目标识别和目标跟踪实验。采用C++来设计视觉伺服控制系统界面,通过对运动目标的轨迹跟踪实验验证了本文的控制方法在实际工程应用中的有效性,实验结果表明基于图像的视觉伺服系统能够达到预定效果。