第２期
２０１０年２月
机械设计与制造
ＭａｃｈｉｎｅｒｙＤｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ１６５
文章编号：１００１—３９９７（２０１０）０２－０１６５－０３
服务机器人视觉系统模块化研究综述半
高云峰吴秀芬
（哈尔滨工业大学机器人研究所，哈尔滨１５０００１）
Ａｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｗｉｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔ
ＧＡＯＹｕｎ－ｆｅｎｇ，ＷＵＸｉｕ－ｆｅｎ
（ＲｏｂｏｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】对于服务机器人，其所处的环境通常都是未知的、非结构化的，视觉以其信息量大成为最重要的机器人感知方式。图像采集、处理系统各式各样，研发存在大量低水平的简单重复工作。将从机器人的模块化为切入点，综述了视觉系统作为机器人的强大的功能构件，其发展过程中的常用系统形式和相应的特点。最后展望和分析了服务机器人视觉模块化的发展趋势。
‘关键词：服务机器人；视觉；模块化；图像采集处理单元
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｆｏｒｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔ，如ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｉｓ黜删矽ｕｎｋｎｏｗｎ，ｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ，ｖｉｓｕａｌｉｓｔｈｅｍｏｓｔｉ行妒ｏｒｆ倒”ｗａｙｏｆｒｏｂｏｔｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ．Ｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓ够一ｗａｒｅ，ｔｈｅｒｅｉｓｔｏｏｍｕｃｈｌｏｗ－＆ｖｅｒａｎｄｓｉｍｐｌｅｄｕｐｌｉｃａｔｅｗｏｒｋ．Ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｏｄｕｌａｒｒｏｂｏｔｄｏｍａｉｎ，ｏｖｅｒｖｉｅｗｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｆｏｍｏｆｖｉｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍ．用，删纱，击ｓｃｕｓｓｔｈｅｆｕｔｕｒｅｗｏｒｋａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｔｈｅｔｒｅｎｄｓｏｆｖｉｓｕａｌｍｏｄｕｌａｒｏｆＳｅｒｖｉｃｅｓｒｏｂｏａ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｅｒｖｉｃｅｒｏｂｏｔ；Ｖｉｓｉｏｎ；ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；Ｉｍａｇｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｍｏｄｕｌｅ中图分类号：ＴＨｌ２２文献标识码：Ａ
１引言
模块化是一种思想方法，它广泛地应用于机械、电子和计算机等行业的产品设｝ｐ】。把产晶系统中含有相同或相似的功能单元分离出来，用标准化原理进行统一、归并、简化，以通用单元的形式独立存在，这就是模块。然后用不同的模块组合成新产品，这就是模块化。因此，模块化技术主要包含２个方面的内容：一是模块的合理分解；二是模块的有效组合吒上个世纪９０年代日本就开始厂可重构模块化机器人的研究。这里模块化的概念足多个具有相同结构、组成及功能的单元通过组成不同的机械形式、不同的空间结构，来实现不同的运动、功能等啪。
典型的服务机器人视觉系统应用包括室内机器人自主定位导航、基于视觉信息的目标物体的抓取、基于视觉信息的人脸识别、基于视觉信息的障碍物检测与运动估计、服务机器人视觉伺服等。涉及了阻像采集、图像处理、模式识别、特征匹配、三维重建和视觉跟踪等领域。既要做到图像的准确采集还要做到对外界变化反应的实时性，同时还需要对外界运动的目标实时跟踪。根据视觉模块的性能出发，查阅相关文献对服务机器人视觉系统的关键技术：系统组成和图像采集处理模块作论述。
２服务机器人模块化视觉系统组成目前服务机器人的研究处于快速发展的阶段，其发展前景和市场非常广阔，如何占领这广阔的市场，国家８６３组提出机器人模块化体系结构设计，按组成机器人的功能构件分为：机械标准件、智能控制模块、驱动模块、感知模块、通讯模块、人机交互模块等。机器人感知功能构件中视觉是机器人获取环境信息的主要途★来稿Ｉｑ期：２００９—０４—１５★基金项目：国家８６３项目（２００７从０４１７０２）径，而且其获取环境信息量丰富，研究出能够软硬件一体的视觉模块，不仅可以减轻服务机器人上位机的工作，提高机器人实时性指标，而且为将来服务机器人再开发、批量生产奠定基础四。
随着服务机器人应用领域的日益普及，功能的不断完善，机器人自身结构和控制也变得越来越复杂。服务机器人已经在生活中起到ｒ越来越重要的作用，为了使服务机器人的设计及应用更加快速有效，能够胜任更复杂的工作，以应对不断变化的市场需求，传统的设计和开发方法已经逐渐显示出了制约机器人的应用和发展，为此，研究者们寻求机器＾．模块化和组件化设ｉ糯移瑞紫。
提出服务机器人模块化视觉系统由视觉传感器、图像采集处理单元、输入输出接口、面向特定应用的算法以及运动控制单元几部分组成，其结构框图，如图ｌ所示。
图１模块化形式的视觉系统
服务机器人常用的视觉传感器是ＣＣＤ和ＣＭＯＳ类型的摄像机。图像采集处理单元是服务机器人视觉系统的核心，其主要任务是将摄像头输出的视频信号转换成适合处理单元处理的格式，执行设定的视觉算法。输入输出接口也是模块化设计中重要的环节，一个通用简便且能满足传输速度的输入输出接口是视觉信息
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