随着科学技术的发展,各种类型的机器人被广泛应用于各领域,去执行不同复杂程度的任务,已经成为自动化生产的重要组成部分。在伺服系统中加入视觉反馈被认为是机器人发展过程中一个飞跃性进展。机械臂的视觉反馈就像人的眼睛,为无接触测量,具有信号范围大、信息完整等优点,使得机器人与外界有更好的交互性,常被认为是机器人最重要的“感知能力”。因此,在机器人位置和运动控制中引入视觉反馈,对采集图像进行快速图像处理,在尽量短的时间内给出机器人运动控制信号,以构成机器人的位置闭环控制,是近年来研究的热点。视觉伺服是复杂非线性控制,涉及数字图像处理、运动学、动力学、控制理论等学科。本文对实验室现有的RM-501五自由度机械臂的控制系统进行了详细的研究,修补了一些破旧的线路,并尝试引入视觉反馈,欲将其设计成一个具有开放性和交互性的机械臂视觉伺服系统。论文首先对机器人及其视觉伺服的发展进行了综合了解,在对各种机器人视觉伺服系统的优缺点分析之后,针对本课题的特点及性能要求,采用单目、眼在手上、基于图像的视觉伺服,整体采用了外环为视觉伺服、内环为关节伺服的双闭环控制结构。采用BP神经网络的控制方法设计视觉控制器,将图像空间的目标信息映射到机器人坐标系。机械臂关节伺服系统采用位置环和速率环相结合的双闭环结构,各关节直流电机采用PWM调速方式进行驱动。视觉子系统借助于DSP BF533实验平台,在Visual DSP++环境下完成图像采集、图像预处理和图像特征提取,并通过串口将图像特征矢量传输至主控计算机。另一方面,利用PCI1711数据采集卡实现机器人传感器信号的A/D输入,以及关节控制器控制信号的D/A输出,并在Simulink环境下建立RTW仿真系统,使控制器与传感器之间能够进行实时通信,最终实现对机械臂的实时控制。目前,已完成了关节控制器和视觉子系统的设计和调试,并对机械臂关节伺服系统进行了整体调试,取得了较理想的效果。但是,在控制精度和多关节的视觉伺服方面需要进一步研究。