飞机的日常保障对于保证飞行安全至关重要。除机械、电器、外观等检查保养外,加油、供电、通风、供水、冷媒充填等也是重要的保障任务。这些保障任务目前仍多由地勤人员负责,机械化、自动化、信息化程度低。本文以飞机无人保障作为目标场景,以飞机供电、通风、液冷媒填充等多项作业任务的机器人保障为主要研究目标,开展基于视觉的机器人自动抓取对接技术研究。首先,对自动抓取对接技术方案进行设计。在调研飞机供电、通风、液冷媒填充等四项保障作业基础上,对无人保障作业相关技术需求进行分析,对系统方案进行设计规划。设定目标接口视觉识别定位、保障接头自动抓取、保障接头视觉伺服自动对接、网络远程监测控制等主要功能模块。对工业机械臂、视觉系统、控制主机、接头存放站和对接目标站等五个主要系统硬件组成部分分别进行了设备选型、结构设计。然后,设计编制了定位标识检测算法。从各对接目标接口相对位姿固定的实际出发,将目标视觉识别、定位合理简化为定位标志的识别,设计了具有显著视觉识别特征的4圆形定位标志。在此基础上,分别对双相机和单相机采集方案进行了对比分析,考虑机械臂末端安装需求,选定单相机设计方案。重点对定位标志的识别算法进行分析设计,在图像增强预处理的基础上,对比测试了基于图像分割和基于模板匹配的目标识别方法,最后基于可变性模板匹配,设计编制了定位标识检测算法。进一步,提出开环与闭环控制相结合的切换式视觉控制策略。分析了机器人抓取对接系统的坐标转换关系及系统标定模型,完成了系统的摄像机标定与手眼标定。在开环控制阶段,根据定位标识检测算法获得的目标特征点特征,采用基于POSIT位姿估计算法实现目标的初步定位,并引导机器人趋近定位标识,通过基于图像的视觉伺服控制方法的切换实现对目标的精确定位,自适应增益提高了收敛效率,最后通过罗德里格斯方法实现机器人位姿的更新。最后,开展软件设计、软硬件全系统测试。以ABB IRB2600机械臂为核心作业设备,在Robo Studio6.3环境性,采用RAPID编程语言设计编制了机械臂端控制程序;综合运用Open CV、Halcon等图像处理库,在MFC Visual Studio 2015环境下完成系统软件模块的设计、调试、开发;在完成相关机械附件、配试工装加工、装配的基础上,开展软、硬件全系统测试及试验。经测试,所研发基于视觉的自动抓取对接机器人系统能够稳定完成供电、通风、液冷等保障接头的自动抓取对接作业任务,单个抓取对接作业时长小于60秒,对接位置误差小于0.5mm,角度误差小于1°,能够满足飞机无人保障的作业要求。