现代工业中,各种类型的机器人的应用越来越普遍,适用领域越来越广泛,执行任务也越来越复杂。为赋予机器人更高级的智能,增强机器人认知和适应工作环境、自主分析、自动执行任务的能力,各种外部传感器,如力觉、触觉、距离和视觉传感器被越来越多的应用在机器人控制系统中。其中,视觉传感器为无接触测量,具有信号范围大、信息完整等优点,被认为是机器人最重要的传感器。因此,在机器人位置和运动控制中应用视觉信息,对反馈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。机器人视觉伺服涉及许多自成一体的研究领域,如图像处理、计算机视觉、运动学、动力学、控制理论及实时计算等。本文主要研究机器人视觉伺服系统的结构组成及软、硬件实现方案,并建立一个四自由度视觉机械臂实验系统。首先,在分析各种机器人视觉伺服系统优缺点的基础上,针对本课题的研究对象及特点,采用了外环为视觉控制器、内环为关节伺服控制的双闭环结构,并采用了基于图像的视觉控制策略。引用无标定视觉伺服方法——图像雅可比矩阵方法,并利用人工神经网络方法逼近图像雅可比矩阵,将图像空间的目标信息转换到机器人坐标系。机械臂各关节直流电机采用PWM方式驱动,伺服控制器采用了位置环和速率环相结合的双闭环结构。视觉子系统采用USB摄像头与PC机结合的方式,在Matlab环境下完成图像采集、图像增强、图像识别和特征提取的算法实现,并采用串口通讯的方式将图像特征矢量传输至主控计算机。另一方面,利用PCI1711板卡实现机器人位姿传感器及关节控制器与主控计算机之间的连接,在Simulink环境下建立实时视窗目标(Real-Time Windows Target)仿真系统,使控制系统与实际装置之间能够进行实时通信和实时控制,最终实现机器人的视觉伺服控制。目前,已完成了关节伺服控制器和视觉子系统的设计和调试,并对视觉机械臂进行了整体调试,取得了较理想良好的性能。