智能機器人視覺體系結構模塊化探討

摘要：智能機器人的機器視覺是指將計算機視覺處理技術與智能機器人技術相互融合，從而使機器人在應用的過程中，能夠與周圍的環境進行適當的交互，現如今，機器視覺是智能機器人研究及發展的重點方向。通過機器視覺，使得智能機器人具有動態跟蹤、視覺抓取等功能，提升智能機器人的智能性，并促使其具備更為廣闊的應用前景。在本文中，首先闡述了智能機器人的發展現狀，接著探討了智能機器人的視覺體系結構。

關鍵詞：智能機器人;視覺體系結構;模塊化

隨著智能機器人的發展，智能機器人的應用范圍變得越來越廣泛，由此人們對智能機器人的要求越來越高，視覺功能為近年來在智能機器人應用過程中所提出的要求，基于現有智能機器人視覺體系結構研究方法的基礎上，提出了模塊化建設智能機器人視覺體系結構的方法。

一、智能機器人的發展現狀

從廣義上來看，機器人是指能夠模擬人類及其他生物的行為或思想的一切機械，比如機器貓，而從狹義上來看，機器人的定義存在的爭議比較多，比如有學者認為，具備電腦程序的機器人即為智能機器人，比如爬蟲機器人。現如今，通用的智能機器人定義是由美國機器人協會所規定的：一種可編程和多功能的操作機，其組成部分通常包含執行機構、驅動裝置、控制系統等。

現如今，各個國家研究的熱點問題之一就是智能機器人，在國家工業化水平的衡量中，具有十分重要的作用[1]。在工業領域范圍內，智能機器人是一種人造機械裝置，程序設定之后即可自動完成任務，可以取代部分工人，完成工業生產中一些機械化的操作，還可以協助人們工作，提升人們的工作效率。智能機器人在國內外的應用都十分廣泛，在國外，機器人的研究及應用都比較早，主要集中于美國、日本以及歐洲。截止到2014年，工業機器人的銷售額比去年增加了30%左右，這其中，我國工業機器人的銷售數量顯著增加。隨著智能機器人應用數量的增多，關于智能機器人的研究也會成倍增長，并研制出功能更全的新型機器人，提升國家的工業化水平及綜合國力。

二、智能機器人的視覺體系結構

（一）研究方法

人類在感知周圍的環境、辨別文字和圖片時，所利用的均是自身的視覺功能，而機器人在運行的過程中，要想感知周圍的環境，同樣需要具備良好的視覺功能。至今為止，對于視覺，人們了解程度還比較差，在研究人工智能、人工神經網絡時，難度非常大。關于機器視覺的一般性問題，有學者從哲學及認知心理學的角度出發，但認知與了解的效果并不如意。實際上，研究機器視覺時，應該在機器人的大背景中來進行，通常，機器人的視覺系統應該具備以下幾項功能：一，能夠準確識別文字，辨別圖形圖像的特征;二，識別場景中存在的簡單物體，并對物體進行定位;三，探測目標物的位置，計算與之的距離，識別多個目標物體時，可掌握物體之間的空間關系;四，分析目標的運動情況;五，探測場景中存在的障礙物，預測動目標，進行防撞分析;六，規劃科學的運動路徑;七，判定目標物體的顏色、亮度等;八，與外部環境進行良好的交互[2]。對于一個機器人來說，機器視覺僅需具備上述功能中的一項或幾項即可，要想實現這一功能，在研究時，可采用選擇性完成某項功能的方法。

（二）建立機器視覺模塊結構模型

在建立視覺結構模型時，建立的基礎為機器人分層體系結構，由此一來，視覺系統能夠良好地與總系統之間實現銜接，同時，依據具體的結構層次，將自己所承擔的特定任務完成。上層機器人任務分解將指令發出之后，按照傳感器的各種調用命令被分解，實現不同種類傳感器的調用，比如視覺傳感器、觸覺傳感器等，之后，進一步分解調用命令，比如視覺調用命令，分解時，以具體的任務為依據，將不同層次的視覺子模塊調用出來，接著，在以具體需要為依據，將視覺數據庫調用出來，最后進行數據調試，完成任務[3]。上述視覺結構模型具有分層化的特點，且具有非常明顯的優勢，比如每個模塊的功能都是特定的，并且在實際使用的過程中，功能模塊可依據需要進行增減。

（三）機器視覺集成傳感體系

為了上述設計方案具有較高的可行性，還需要設計機器視覺集成傳感體系。利用光點掃描法掃描近距離面形測量，并利用激光雷達遠距離測距成像，之后，將二者集中到一起。該體系中的半導體激光器包含2個，分別在水平方向和垂直方向上放置，以便于發出不同的線偏振光，這2個半導體激光器經過整圓、準直后，再在偏振耦合器中經過，實現配合，此時，其中1個半導體激光器驅動方式為直流，激光束發出時，光強恒定，完成近距離面形的測量工作，而另一個半導體激光器受到注入式電流的調制，光強出現變化，變化幅度為正弦，完成遠距離的測量。在機器視覺集成傳感體系系統中，位置敏感探測器和雪崩光電探測器完成信號距離的測量工作。

結論

在研究智能機器人的視覺體系結構時，以其原有的體系結構為基礎，采用模塊化的思想，提出了分層模塊化結構，并設計了集成傳感體系，滿足了智能機器人機器視覺的設計要求。智能機器人具備機器視覺功能之后，將會提升其與周圍環境的交互性，并可以在模塊功能的指引下完成特定功能，由此促使智能機器人具有更為廣闊的應用空間。現階段，本研究還存在一定的不足之處，而這正是下一步研究工作的主要方向，目的在于更好完善智能機器人的機器視覺功能，進而更好地發揮智能機器人的作用，提升我國的工業化水平。

參考文獻：

[1]視覺SLAM中圖像特征點提取與匹配算法研究[J].陳慶偉，李民東，羅川，周軍，皇攀凌，李蕾.現代制造工程.2019（10）

[2]蘇劍波.ADRC理論和技術在機器人無標定視覺伺服中的應用和發展[J].控制與決策，2015，01：1-8.

[3]任福繼，孫曉.智能機器人的現狀及發展[J].科技導報，2015，21：32-38.

作者簡介：

郭力銘（1988—），男，漢族，黑龍江哈爾濱人，哈爾濱劍橋學院，助教，碩士研究生，研究方向：自動化機器人。