遥操作（Remote Handling）维护系统是托卡马克聚变堆装置必不可少的关键子系统，这是由于托卡马克聚变堆的堆芯环境存在较强的核辐射，对堆芯的维护任务不能直接由人工近距离操作。托卡马克真空室内窥机器人是遥操作维护系统的重要组成部分，其主要功能是对真空室内部部件进行近距离观测。由于该内窥机器人可以在不破坏真空环境下快速进入真空室执行观测任务，因此可以有效地提高托卡马克的运行效率。EAMA(EAST Articulated Maintenance Arm)机器人，是专门为我国首个全超导托卡马克EAST装置研制而成的。研究人员首次尝试将三自由度灵活手爪安装在EAMA末端，使得它不仅能够执行真空室内部部件的观察任务，还能执行一些轻型维护任务，比如碎片拾取、诊断设备的简单维护等。EAMA的结构设计采用了长悬臂，多连杆串联结构形式，在重力的作用下机器人连杆容易发生柔性变形。通常，柔性机器人的精确运动学建模过程十分复杂和困难，因此需要借助外部传感器，来保证机器人末端的定位精度。为此，本文从外部CCD视觉传感器入手，首次尝试将视觉伺服控制技术引入到托卡马克内窥与维护机器人的运动控制中。这种新颖的控制方案有别于传统人工遥控，可作为该类型机器人智能化、自动化控制技术研究的有益参考。　　本课题来源于国际热核聚变实验堆(ITER)专项项目“EAST内部部件实时检测、分析及快速更换关键技术”(No.2014GB101004)，主要研究内容如下:　　1.调研和分析当前机器视觉技术在托卡马克遥操作系统中的应用现状。根据调研结果发现，目前托卡马克遥操作机器人的控制中虽然出现了一些与机器视觉技术结合的应用，但是尚无采用视觉伺服的运动控制方案，而该方案作为一种智能化的机器人控制方案，已经在工业环境和实验室环境中得到了广泛地应用。因此通过分析机器人视觉伺服控制方案当前的研究现状和关键问题，同时考虑EAMA机器人的结构柔性，提出了采用基于图像的视觉伺服的EAMA运动控制策略。　　2.研究与EAMA有关的运动学模型、逆运动学求解方案、轨迹规划方案、无碰撞路径规划方案等在EAMA视觉伺服运动控制研究中的基础问题，通过重点研究EAMA在真空室展开的无碰撞路径规划方案，并借助仿真实验筛选出扩展二分搜索算法与快速搜索随机树算法相结合的方案，最后规划出EAMA在真空室无碰撞展开的路径。　　3.研究EAMA视觉伺服控制中有关计算机视觉的关键技术，通过给出适用于EAMA的视觉系统硬件搭建、摄像机标定、手眼标定、单目和立体视觉定位、三维重建、图像增强、椭圆特征提取、基于KLT算法的视觉跟踪等理论和技术知识，为EAMA视觉伺服控制系统的设计和实验奠定基础。　　4.设计基于图像的视觉伺服控制器，来控制EAMA执行石墨瓦接近任务，同时考虑了基于图像的视觉伺服控制器存在的不稳定问题，提出了一种基于路径规划的视觉伺服的优化方案。该方案首先同时在摄像机状态空间、关节空间和图像空间中进行路径规划，然后将规划得到的可行路径投影到图像空间中，转换成图像特征点的轨迹，之后再输入到基于图像的视觉伺服控制器中，控制机器人末端相机的运动。　　5.搭建六自由度机械臂物理实验平台和EAMA仿真实验平台，用于EAMA视觉伺服控制算法研究，并在两个实验平台上测试基于图像的视觉伺服控制器、基于路径规划的视觉伺服控制器的性能。实验结果表明:1）证明了EAMA视觉伺服控制方案对于石墨瓦跟踪和机器人末端定位的可行性;2）基于路径规划的视觉伺服控制器能够满足观察目标始终可见，以及机器人路径安全无碰撞运行的条件，从而提高了视觉伺服系统的稳定性。　　6.为进一步提高EAMA在未知环境中的自治能力，保证未来EAMA执行拾取瓦片、诊断设备简单维护等操作的安全性，本文在利用视觉伺服进行目标定位的基础上，进一步研究了采用力反馈控制策略进行机器人自动化轴孔装配操作方法，并通过实验的方式证明了力反馈控制策略的有效性。