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机器人视觉是机器人最重要的感知能力之一。机器人视觉伺服控制系统集成了机器人视觉和机器人控制技术，是机器人学中一个具有挑战性的研究课题。基于视觉定位的机器人伺服系统的研究是当前机器视觉的研究热点之一，有着广泛的应用前景。本文以构建一个工业机器人视觉定位系统为目标，针对机器人视觉定位系统中的关键部件选型及设计、目标检测与定位和基于视觉信息反馈的运动控制及系统集成等关键理论及技术问题进行了详细的研究。
本文首先分析了机器人视觉伺服系统的分类，并探讨了机器人视觉伺服系统的工作原理，指出了机器人视觉发展的几个方向及存在的问题。提出了基于模板匹配的视觉目标定位系统的逻辑结构，探讨了基于机器人视觉的目标定位系统各部分的设计方法，并在此方法的指导下完成了机器人视觉系统的设计与搭建工作。
接着根据静态背景下目标定位的要求，对图像处理模块以及定位模块进行了详细设计。比较各种图像滤波的方法，并借鉴了图像增强技术与阀值分割技术，用阀值分割的方法，增强了图像处理的抗干扰能力。然后再通过模板匹配优化对目标特征的跟踪搜索，以及边缘检测与特征提取方法的优化，提高了软件处理速度，最终达到了设计要求的精度和速度。
本文采用单纯的基于图像的机器人伺服控制方式设计了运动控制模块，通过试验对机器人视觉定位进行了误差分析，分析了单纯的基于图像的机器人伺服控制的优势与不足。
本论文建立了一个基于模板匹配的工业机器人定位试验系统，目前已能实现静止背景下目标定位功能，整合了机器人初始化模块、摄像机标定模块、图像处理模块、视觉定位模块以及运动控制模块的开放系统，为以后实现机器人视觉伺服打下良好基础。