机器人自诞生之日起就有着广泛的应用,近年来,机器人技术已成为高技术领域内具有代表性的战略技术之一。为使机器人能更好地适应环境,具备一定的智能,需要给机器人配备各种外部传感器,如力觉、触觉、距离和视觉传感器。视觉传感器具有速度快、信息量大、功能多的特点,被认为是机器人最重要的传感器。为机器人安装眼睛,使机器人更加智能化,正是视觉伺服系统研究所要实现的目标。视觉伺服系统根据视觉传感器提供的机器人工作环境的外部信息,实时地调整机器人的位姿,从而实现精确地跟踪或定位。本文设计了基于机械臂RM-501的嵌入式视觉伺服系统。该系统以实现插轴入孔为目标,它包括视觉子系统、视觉控制器以及关节伺服系统三部分。相比于传统的采用PC机做为控制单元的视觉伺服系统,该系统具有处理速度快、适用性强、可靠性高等优势。首先,本文在分析了视觉伺服的研究现状的基础上,结合课题的目标,确定了视觉伺服系统的整体方案:眼在手上、基于图像的视觉伺服方式。其次,进行了机械臂运动学分析。由于多数场合对机械臂末端操作点的运动轨迹有严格的要求,课题进一步进行了插补算法实现轨迹规划的仿真。设计并完成了关节伺服系统的调试。关节伺服系统采用内环为速率环,外环为位置环的双闭环结构实现对期望位置信息的跟随。其中,控制器采用ADI公司的ADuC7026芯片,关节电机采用PWM方式调速,速率传感器采用速率陀螺ADXRS300,位置反馈通过读取光电码盘的计数值实现。然后,设计并完成了基于ADSP BF533的视觉子系统。视觉子系统负责采集、处理图像,提取目标的图像特征矢量,并将目标在图像特征空间的误差传递给视觉控制器。在得到目标在图像特征空间的误差后,由视觉控制器实现误差从图像特征空间到机器人运动空间的转化,并给出机械臂各个关节的控制信息。最后,设计了视觉控制器,搭建视觉伺服系统,进行了视觉伺服系统整体调试。实验结果表明该方案可行性强,具有较好的控制效果。