基本介紹
- 中文名：手眼系統
- 外文名：hand-eye system
- 定義：一種機器人的視覺系統
- 特點：視覺和觸覺結合
- 套用：機器人物體識別等
- 所屬領域：機器人、機械等
簡述,工作步驟,分類,套用,
簡述
在智慧型機器人中，手眼系統是最具有代表性的，這些機器人可以用於進行物體識別、測量和控制。由於有了可以進行觸摸的機械手，可以用視覺信息引導觸覺系統的運動，同時觸覺系統反過來又驗證視覺系統的結果。一個典型手眼系統，可以用來識別普通的沒有明顯紋理特徵及顏色相近的物品，這對於單純的視覺系統來說是非常困難的。如果這時只利用視覺識別系統，那么就會缺少用以匹配及深度分析的特徵。通過融合視覺信息和觸覺信息可以有效地識別洞、坑和曲面形狀等信息。
工作步驟
(1)首先利用二維視覺處理技術確定邊界區域，利用立體視覺確定物體的質心。由此作為觸覺探測的起點，同時立體視覺可以提供對深度和朝向的初步計算結果，並除去由遮擋、噪聲等原區形成的孤立特徵。在只有視覺處理的系統中，對於非稠密的深度只有通過內插來估計，藉助於觸覺可以大大提高內插的精度。
(2)利用觸覺系統進一步檢查視覺系統識別到的每個區域，以決定其是表面還是洞或坑。
(3)對於平滑區域，利用視覺和前面觸覺的結果以及當前的觸覺信息相融合，生成可與模型資料庫相匹配的三維表面片，從與表面相連的位置開始，觸覺通道利用結點決定表面蹤跡的方向，將這些點沿著每條蹤跡連線成最小平方多項式曲線，用以補充立體視覺處理過程中獲得的信息。
(4)利用表面片和閉合曲線(對應孔或坑)與模型資料庫相匹配，以得到與感測信息一斂的物體。若一致的物體多於一個，那么用機率測度對需要進行驗證的物體進行排序。
(5)一旦確定了與資料庫對應的物體，下一-步就需要對末被感知的特徵進行驗證。對於視覺上被遮擋的洞和坑需要用觸覺感知來檢測，但只靠觸覺感知是很難的，因此視覺在這裡所起的作用是是對觸覺系統的引導和確定需要觸覺探測的區域。
分類
根據攝像機與機器人的相互位置的不同，手眼系統分為Eye-in-Hand(EIH)系統和Eye-to-Hand(ETH)系統。
(1)Eye-in-Hand(EIH)系統：攝像機安裝在機器人手部末端(End-Effector)，在機器人工作過程中隨機器人一起運動。
在Eye-in-Hand系統中，可以採用基於圖像的視覺控制、基於位置的視覺控制以及結合兩者的混合視覺控制。對於基於圖像的視覺控制，因在圖像空間形成閉環，攝像機的標定誤差可以被有效地克服，因而對攝像機標定的精度要求不高。對於基於位置的視覺控制，雖然攝像機的標定誤差不能在控制系統中被有效地克服，但隨著目標的接近，測量出的目標位置的絕對誤差降低，即使攝像機標定存在一定誤差，一般也能夠滿足套用要求。同理，混合視覺控制對攝像機的標定精度要求也不是很嚴格。在實際套用中，Eye-in-Hand系統視野處在變化之中，不能保證目標一直在視場中，有時會存在丟失目標現象。
(2)Eye-to-Hand(ETH)系統的攝像機安裝在機器人本體外的固定位置，在機器人工作過程中不隨機器人一起運動。
在這類系統中，當機器人與目標達到一定距離，目標已經處在機械臂的操作範圍時，機器人停止向目標移動。此後，根據視覺測量的結果，改由機械臂向目標移動，並對目標進行操作。一般地，機械臂向目標移動及操作時，會對目標造成遮擋，因此，基於圖像的視覺控制和混合視覺控制不適合於這類任務。由於機械臂在向目標移動過程中，攝像機不隨之一起運動，攝像機對目標的測量結果也就不再發生變化。由於此時攝像機與目標的距離較遠，當攝像機標定精度不高時，會產生比較大的絕對誤差。誤差較大時，會導致機械臂不能到達目標。
套用
Eye-in-Hand系統在工業機器人中套用比較廣泛，隨著機械手接近目標，攝像機與目標的距離也會變小，攝像機測量的絕對誤差會隨之降低。
Eye-to-Hand系統在人形機器人、帶機械臂的移動式機器人中具有廣泛的套用前景。
