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在用途上，智能機器人與普通機器人在用途上有許多相似之處，但因其智能性使得它能做更復雜的工作，完成更高級的任務。
（1）工業智能機器人
工業智能機器依據具體應用的不同，通常又可以分成焊接機器人、裝配機器人、噴漆機器人、碼垛機器人、搬運機器人等多種類型。作為具有智能的工業機器人，他們在很多方面超越了傳統機器人。焊接機器人，包括點焊（電阻焊）和電弧焊機器人，用途是實現自動的焊接作業。裝配機器人，比較多地用于電子部件電器的裝配。噴漆機器人，代替人進行噴漆作業。碼垛、上下料、搬運機器人的功能則是根據一定的速度和精度要求，將物品從一處運到另一處。在工業生產中應用機器人，可以方便迅速地改變作業內容或方式，以滿足生產要求的變化。比如，改變焊縫軌跡，改變噴漆位置，變更裝配部件或位置等等。隨著對工業生產線柔性的要求越來越高，對各種機器人的需求也就越來越強烈。
??????? 工業機器人的特點
自20世紀60年代初第一代機器人在美國問世以來，工業機器人的研制和應用有了飛速的發展，但工業機器人最顯著的特點歸納有以下幾個。
1.可編程。生產自動化的進一步發展是柔性自動化。工業機器人可隨其工作環境變化的需要而再編程，因此它在小批量多品種具有均衡高效率的柔性制造過程中能發揮很好的功用，是柔性制造系統（FMS）中的一個重要組成部分。
2.擬人化。工業機器人在機械結構上有類似人的行走、腰轉、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有電腦。此外，智能化工業機器人還有許多類似人類 的 “生物傳感器”，如皮膚型接觸傳感器、力傳感器、負載傳感器、視覺傳感器、聲覺傳感器、語言功能等。傳感器提高了工業機器人對周圍環境的自適應能力。
3.通用性。除了專門設計的專用的工業機器人外，一般工業機器人在執行不同的作業任務時具有較好的通用性。比如，更換工業機器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可執行不同的作業任務。
4.機電一體化。工業機器人技術涉及的學科相當廣泛，但是歸納起來是機械學和微電子學的結合——機電一體化技術。第三代智能機器人不僅具有獲取外部環 境信息的各種傳感器，而且還具有記憶能力、語言理解能力、圖像識別能力、推理判斷能力等人工智能，這些都和微電子技術的應用，特別是計算機技術的應用密切 相關。因此，機器人技術的發展必將帶動其他技術的發展，機器人技術的發展和應用水平也可以驗證一個國家科學技術和工業技術的發展和水平。
工業機器人的組成
工業機器人系統由三大部分六個子系統組成。三大部分是：機械部分、傳感部分、控制部分。六個子系統是：驅動系統、機械結構系統、感受系統、機器人—環境交互系統、人—機交互系統、控制系統。下面將分述六個子系統。
工業機器人系統組成
1.驅動系統
要使機器人運行起來，就需給各個關節即每個運動自由度安置傳動裝置，這就是驅動系統。驅動系統可以是液壓傳動、氣動傳動、電動傳動，或者把它們結合起來應用的綜合系統；可以直接驅動或者通過同步帶、鏈條、輪系、諧波齒輪等機械傳動機構進行間接驅動。
2.機械結構系統
工業機器人的機械結構系統是工業機器人為完成各種運動的機械部件。系統由骨骼（桿件）和連接它們的關節（運動副）構成，具有多個自由度，主要包括手部、腕部、臂部、機身等部件。
?。?）手部：又稱為末端執行器或夾持器，是工業機器人對目標直接進行操作的部分，在手部可安裝專用的工具，如焊槍、噴槍、電鉆、電動螺釘（母）擰緊器等。
?。?）腕部：腕部是連接手部和臂部的部分，主要功能是調整手部的姿態和方位。
（3）臂部：用以連接機身和腕部，是支撐腕部和手部的部件，由動力關節和連桿組成。用以承受工件或工具的負荷，改變工件或工具的空間位置，并將它們送至預定位置。
?。?）機身：是機器人的支撐部分，有固定式和移動式兩種。
全球工業機器人大佬級企業盤點
一、歐洲
歐洲是全球工業機器人市場的領頭羊，并且實現了傳感器、控制器、精密減速機等核心零部件完全自主化。歐洲模式的特點是：一攬子交鑰匙工程。即機器人的生產和用戶所需要的系統設計制造，全部由機器人制造廠商自己完成。
1，瑞典ABB
公司簡介：ABB致力于研發、生產機器人已有30多年的歷史并且擁有全球160000多套機器人的安裝經驗。作為工業機器人的先行者以及世界領先的機器人制造廠商，在瑞典、挪威和中國等地設有機器人研發、制造和銷售基地。
主營產品：變壓器組件、低壓產品、中壓產品、分析儀器、半導體、發電機出口斷路器、電力保護繼電器及自動化產品、電力電子、電動機和發電機等。
應用領域：戴姆勒?？巳R斯勒、法國標致、本田、吉利、長城汽車、比亞迪、上海通用、上海大眾、富士康、娃哈哈、蒙牛等。
2，瑞士Staubli
公司簡介：史陶比爾集團是紡織機械、工業連接器和工業機器人三大領域機電一體化專業供應商。它的機械運動和技能和技術投入到機器人當中。
主營產品：史陶比爾（Staubli） 紡織工業開口機械、史陶比爾（Staubli） 工業快速連接器、史陶比爾（Staubli） 工業機器人、工業接頭等。
應用領域：紡織機械，工業快速接頭和工業機器人三大領域。
3，德國KUKA
公司簡介：庫卡機器人于1995年建立，是世界領先的工業機器人制造商之一。庫卡機器人公司在全球擁有20多個子公司，大部分是銷售和服務中心，其中包括：美國，墨西哥，巴西，日本，韓國，***，印度和絕大多數歐洲國家。
主營產品：幾乎涵蓋所有規格和負載范圍的六軸機器人、卸碼垛機器人、凈室類型、耐高溫防塵機器人、焊接機器人、沖壓連線機器人、架裝式機器人、高精度機器人等。
應用領域：通用汽車、克萊斯勒、福特、保時捷、寶馬、奧迪、奔馳、大眾、法拉利、哈雷戴維森、一汽-大眾、波音、西門子、宜家、施華洛世奇、沃爾瑪、百威啤酒、BSN Medical、可口可樂等。
4，德國CLOOS
公司簡介：成立于1919年，是一個在焊接和機器人技術電弧跟蹤領域的世界領先者。該家族公司有500名員工，專注于制造業，CLOOS產品包括氣體保護焊機、焊槍以及用于特定用途的自動機械和成套的ROMAT機器人系統。
主營產品：氣體保護焊機、焊槍以及用于特定用途的自動機械和成套的ROMAT機器人系統。
應用領域：焊接和機器人技術電弧跟蹤領域
5，德國百格拉
公司簡介：德國百格拉公司是世界上最著名的機器人供應商之一。由于百格拉的導軌、驅動電機、減速機和控制系統等所有部件全部自己生產，使得機器人整體性能更加優異。十多年來，出廠的機器人和生產線全部在正常工作。
主營產品：生產多種規格的直線運動單元/導軌、步進電機、交流伺服電機、直線電機和多軸數控系統。以此為基礎，在短時間內可提供各種規格的線性導軌、二維、三維標準機器人及用戶專用機器人和生產線。
應用領域：包裝機械、印刷機械、機械電子、汽車、食品、藥品和化妝品生產等。
6，德國徠斯機器人
公司簡介：是一家集機器人技術與系統自動化集成于一體的跨國技術公司，是機器人和系統集成的行業引領者。集團總部位于德國Obernburg，由4家德國公司和16家國際子公司組成，在歐洲、美洲及亞太地區的許多國家都有分支機構和合作伙伴。
主營產品：主要的自動化應用領域，提供全套機器人自動化生產系統（包括：焊接機器人、鑄造機器人、搬運機器人、激光機器人等）。試模壓力機、修邊壓力機、修邊模等產品。
應用領域：鑄造、焊接、切割、激光技術、注塑、搬運、玻璃涂膠、模具制造、噴涂、等眾多領域和行業。
7，德國斯圖加機器人
公司簡介：德國斯圖加特航空航天自動化集團（STUAA）提供了行業交鑰匙的自動化解決方案。公司擁有實力雄厚的焊接工藝和電氣設計能力，并配備焊接試驗中心。歷經多年的系統解決方案和設計實踐，擁有超過25年的行業積累，我們有實力滿足您的機器人及自動化需求。
主營產品：中厚板機器人焊接系統、點焊及弧焊生產線；火焰、等離子、激光機器人切割生產線
應用領域：在煤炭機械、石油裝備、電力裝備、汽車零部件、海洋工程等。
8，意太利hanbs
公司簡介：HANBS機器人為意大利知名企業，專業研究開發智能機器人，多關節工業機器人，六軸機械手，工業控制系統。HANBS為客戶提供的優勢遠不限于機器人本身，同時為客戶整套柔性系統的簡便使用、生產效率的提高也投入了很多努力。
主營產品：并聯機器人、六關節機器人、拋光機器人、噴涂機器人、雙臂機器人、七軸機器人、數控機床，精工制造。
應用領域：柔性生產線，自動化產業以及汽車焊接生產線，全自動打磨，拋光，噴涂，裝配等領域。
9，意大利COMAU
公司簡介：柯馬（COMAU）是一家隸屬于菲亞特集團的全球化企業，成立于1976年，總部位于意大利都靈?？埋R為眾多行業提供工業自動化系統和全面維護服務，從產品的研發到工業工藝自動化系統的實現。
主營產品：車身焊裝，動力總成，工程設計，機器人和維修服務。工廠安裝和搬遷、備件管理、設備維修和預防性管理、工廠公用設施管理以及整體服務外包。
應用領域：車身焊裝、動力總成系統、機器人技術、工業服務、通用工業系統解決方案、航空制造系統。
公司簡介：1980年成立，目前已成為機器人和機器人制造系統領域的專家。AutotechRobotics的機器人能提供了廣泛的具有成本效益的自動化制造系統。這些系統是模塊化的，允許公司設計，集成和委員會的包裝定制以滿足個別客戶的需求。
主營產品：機器人和機器人制造系統
應用領域：農業，建筑，汽車，電腦，復印機，國防，家具，衛生保健，園藝及休閑產業。?。?）農業智能機器人
隨著機器人技術的進步，以定型物、無機物為作業對象的工業機器人正在向更高層次的以動、植物之類復雜作業對象為目標的農業機器人發展，農業機器人或機器人化的農業機械的應用范圍正在逐步擴大。農業機器人的應用不僅能夠大大減輕以致代替的人們的生產勞動、解決勞動力不足的問題，而且可以提高勞動生產率，改善農業的生產環境，防止農藥、化肥等對人體的傷害，提高作業質量。但由于農業機器人所面臨的是非結構、不確定、不宜預估的復雜環境和工作對象，所以與工業機器人相比，其研究開發的難度更大。農業機器人的研究開發目前主要集中耕種、施肥、噴藥、蔬菜嫁接、苗木株苗移栽、收獲、灌溉、養殖和各種輔助操作等方面。日本是機器人普及最廣泛的國家，目前已經有數千臺機器人應用于農業領域。
施肥機器人
??????? 農業機器人 美國明尼蘇迭州一家農業機械公司的研究人員推出的機器人別具一格，它會從不同土壤的實際情況出發，適量施肥。它的準確計算合理地減少了施肥的總量，降低了農業成本。由于施肥科學，使地下水質得以改善。
大田除草機器人
德國農業專家采用計算機、全球定位系統（GPS） 和靈巧的多用途拖拉機綜合技術，研制出可準確施用除草劑除草的機器人。首先，由農業工人領著機器人在田間行走。在到達雜草多的地塊時，它身上的GPS接收器便會顯示出確定雜草位置的坐標定位圖。農業工人先將這些信息當場按順序輸入便攜式計算機，返回場部后再把上述信息數據資料輸到拖拉機上的一臺計算機里。當他們日后駕駛拖拉機進入田問耕作時，除草機器人便會嚴密監視行程位置。如果來到雜草區，它的機載桿式噴霧器相應部分立即啟動，讓化學除草劑準確地噴撒到所需地點。
菜田除草機器人
英國科技人員開發的菜田除草機器人所使用的是一部攝像機和一臺識別野草、蔬菜和土壤圖像的計算機組合裝置，利用攝像機掃描和計算機圖像分析，層層推進除草作業。它可以全天候連續作業，除草時對土壤無侵蝕破壞。科學家還準備在此基礎上，研究與之配套的除草機械來代替除草劑。收割機器人美國新荷蘭農業機械公司投資250萬美元研制一種多用途的自動化聯合收割機器人，著名的機器人專家雷德·惠特克主持設計工作，他曾經成功地制造出能夠用于監測地面扭曲、預報地震和探測火山噴發活動征兆的航天飛機專用機器人?；萏乜碎_發的全自動聯合收割機器人很適合在美國一些專屬農墾區的大片規劃整齊的農田里收割莊稼，其中的一些高產田的產量是一般農田的十幾倍。
??????? 采摘柑桔機器人
西班牙科技人員發明的這種機器人由一臺裝有計算機的拖拉機、一套光學視覺系統和一個機械手組成，能夠從桔子的大小、形狀和顏色判斷出是否成熟，決定可不可以采摘。它工作的速度極快，每分鐘摘柑桔60個而靠手工只能摘8個左右。另外，采摘柑桔機器人通過裝有視頻器的機械手，能對摘下來的柑桔按大小馬上進行分類。
采摘蘑菇機器人
英國是世界上盛產蘑菇的國家，蘑菇種植業已成為排名第二的園藝作物。據統計，人工每年的蘑菇采摘量為11萬噸，盈利十分可觀。為了提高采摘速度，使人逐步擺脫這一繁重的農活，英國西爾索農機研究所研制出采摘蘑菇機器人。它裝有攝像機和視覺圖像分析軟件，用來鑒別所采摘蘑菇的數量及屬于哪個等級，從而決定運作程序。采摘蘑菇機器人在機上的一架紅外線測距儀測定出田問蘑菇的高度之后，真空吸柄就會自動地伸向采摘部位，根據需要彎曲和扭轉，將采摘的蘑菇及時投入到緊跟其后的運輸機中。它每分鐘可采摘40個蘑菇，速度是人工的兩倍。
分檢果實機器人
在農業生產中，將各種果實分檢歸類是一項必不可少的農活，往往需要投入大量的勞動力。英國西爾索農機研究所的研究人員開發出一種結構堅固耐用、操作簡便的果實分檢機器人，從而使果實的分檢實現了自動化。它采用光電圖像辨別和提升分檢機械組合裝置，可以在潮濕和泥濘的環境里干活，它能把大個西紅柿和小粒櫻桃加以區別，然后分檢裝運，也能將不同大小的土豆分類，并且不會擦傷果實的外皮。
番茄收獲機器人
日本番茄收獲機器人針對成熟番茄果實表現為紅色這一特點， 用彩色CCD攝像頭作為視覺傳感器， 基于RGB分量區分水果和莖葉。
采摘草莓機器人
采摘草莓機器人 日本國家農業和食品研究發明了一個能夠采摘草莓的機器人。該機器人裝有一組攝像頭，能夠精確捕捉草莓的位置，還有配套軟件能根據草莓的紅色程度來確保機器人采摘的是成熟的草莓。雖然此機器人目前只能采摘草莓，但可以通過修改程序來使機器人采摘其它水果，如葡萄、番茄等。機器人采一個草莓的時間是9秒，如果大范圍使用并能保持采摘效率，可以節省農民40%的采摘時間。
?。?）探索智能機器人
機器人除了在工農業上廣泛應用之外，還越來越多地用于極限探索，即在惡劣或不適于人類工作的環境中執行任務。例如，在水下（海洋）、太空以及在放射性（有毒或高溫等環境中進行作業。人類借助潛水器具潛人到深海之中探秘，已有很長的歷史。然而，由于危險很大、費用極高，所以水下機器人就成了代替人在這一危險的環境中工作的最佳工具?？臻g機器人是指在大氣層內和大氣層外從事各種作業的機器人，包括在內層空間飛行并進行觀測、可完成多種作業的飛行機器人，到外層空間其他星球上進行探測作業的星球探測機器人和在各種航天器里使用的機器人。
探險機器人的國外發展現狀
???????? 國外較早地對探險機器人這方面做了很多研究。特別是美國，日本，探險機器人更是做的相當高科技水平。比如美國在１９８９年就有一款名為”超人”號機器人服役于軍方做險情區域探測。海灣戰爭后，美國海軍也曾用這種機器人在沙特阿拉伯和科威代替人的探測活動。２００４年０１月美國宇航局發射的＂勇氣號＂探測器將在北京時間４日登陸火星，把火星當著最理想的實驗室用于探險目的。日本也是個機器人大國，機器人的研究也處于世界領先地位。１９６８年成功地試制出一臺深水作業機器人。東京工業大學廣瀨茂男研究室自８０年代開始研究這方面的機器人，可以說他們的研究成果代表著日本探險機器人的研究進展。１９６９年日本早稻田大學加藤一郎實驗室研發出第一臺以雙腳走路的探險機器人。加藤一郎長期致力于研究仿人機器人，被譽為“仿人機器人之父”。１９７１年研制出工廠用的萬能機器人。德國在這個領域也走在世界的先列如Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ公司研制的ＴＲＳ２００中型排爆機器人就是類似探險機器人的實例。從上面可以例子可以看出國外的探險機器人起步比較早并且有著下面幾個發展特點和趨勢：
（１）性能可靠，功能全面，精確度高；
??????? （２）機器人語言研究發展較快，語言類型多、應用廣，水平高居世界之首；
??????? （３）智能技術發展快，其視覺、觸覺等人工智能技術應用到探險機器人的裝置中
??????? （４）高智能、高難度的軍用探險機器人、太空探測機器人等發展迅速典型用于掃雷、偵察、太空探測方面。
? ????? （５）系統向基于ＰＣ機的開放型控制器方向發展，趨于標準化、網絡化；器件高度集成化，提高了系統的可靠性、易操作性和可維修性。
??????? （６）機械結構向模塊化、可重構化發展。 并且不斷地致力于操作者與機器人的人機交互控制。使遙控加局部自主系統構成完整的監控遙控操作系統，使智能機器人走出實驗室進入實用化階段。美國發射到火星上的“索杰納”機器人就是這種系統成功應用的最著名例證。
探險機器人的國內發展現狀
??????? 中國起步較晚，大約在２０世紀七十年代。理論建立也相對緩慢一此，盡管如此短時間內的發展，我國在這方面也做出了可喜的成就。特別是在水下探測機器人研究方面已經達到國際先進水平。例如２０００年中國科學院沈陽自動化所研制出六千米深水下探測機器人獲得了國家十大成果獎。我國沈陽自動化所研制的ＰＸＪ２機器人也加入了公安部隊的行列。２００７年八月份由中國極地研究中心和中科院沈陽自動化研究所、北京航空航天大學聯合研制的這兩位智能機器人，被列入國家８６３高技術發展計劃，“冰雪面移動機器人”和“低空飛行機器人”，這是我國在南極考察事業中首次運用智能機器人技術。
??????? 我國目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術、控制系統硬件和軟件設計技術、運動學和軌跡規劃技術，生產了部分機器人關鍵元器件?！熬盼濉逼陂g我國工業機器人的需求量以每年３４％以上的速度增長。２０００年，我國各類探險機器人的擁有量約為２５００多臺。
??????? 以上各個例子也可以看出大部分內容為的是軍方或太空高或科技類探測手段應用，其性能高但其價格也是常人所不能企及的，并不能應用并服務于民間需要。可以說這塊內容是個空白
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?。?）服務智能機器人
機器人技術不僅在工農業生產、科學探索中得到了廣泛應用，也逐漸滲透到人們的日常生活領域，服務機器人就是這類機器人的一個總稱。盡管服務機器人的起步較晚，但應用前景十分廣泛，目前主要應用在清潔、護理、執勤、救援、娛樂、和代替人對設備維護保養等場合。國際機器人聯合會給服務機器人的一個初步定義是，一種以自主或半自主方式運行，能為人類的生活、康復提供服務的機器人，或者是能對設備運行進行維護的一類機器人。
一種基于服務機器人的視覺系統設計
本系統在設計上采用CMOS圖像傳感器代替CCD類型傳感器進行采集圖像，DSP處理芯片TMS320VC5509A進行圖像處理以及作為CPU 控制，在設計過程中，為了直觀顯現機器人視覺系統識別和跟蹤的效果，專門采用了一個TFT格式的液晶來直觀顯示。軟件上，采用了一部分足球機器人的視覺技 術來達到對目標的快速識別，通過全局的特征矩構建的雅可比矩陣達到對目標的自適應跟蹤。
1 硬件部分設計
圖1為系統硬件電路的功能模塊框圖。
1.1 圖像采集
視覺鏡頭把外部的圖像信息成像在圖像傳感器的面陣單元上。目前流行的圖像傳感器有面陣CCD（Charged Coupled Device，電荷耦合器件）型和面陣CMOS兩種。相比較CCD型的圖像傳感器，CMOS圖像傳感器的有源像素單元為每一個像素提供了放大器，只需一個 單供電低邏輯電平電壓，功耗只相當于CCD的十分之一。CMOS圖像傳感器內部集成了A/D轉換部分，直接輸出數字信號?；谶@些因素，本系統采用了 Omnivision公司推出的CMOS彩色圖像傳感器OV7635。
OV7635的分辨力為640X480，能輸出3種格式的8位數據：YCbCr4:2：2模式、RGB4:2：2模式和RGB原始數據模式。輸出 VGA格式最大可達到30fps（fps：每秒幀數）。能工作在逐行掃描下和隔行掃描下。OV7635有主模式和從模式兩種工作模式。在主模式下，同步信 號和時鐘不由外圍設備控制。在從模式下，OV7635的場同步信號VSYNC，行同步信號HREF以及系統的晶振頻率XCLK均由外部設備控制。本系統采 用的是主模式。OV7635通過I2C總線配置片內寄存器，使其輸出原始數據。系統上電復位后，由DSP芯片的I2C總線信號對CMOS寄存器初始化。然 后OV7635就按要求輸出圖像信號。包括行同步信號HREF，場同步信號VSYNC，像素時鐘信號PCLK，數字圖像信號。
1.2 液晶顯示
為了很直觀的看到視覺系統對人的識別和跟蹤效果，采用了一片INNOLUX公司的PT035TN01液晶顯示屏。為了不增加對DSP的負擔，同時也為 了實時看到對外界目標物體的跟蹤效果，液晶顯示的數據不經由DSP，直接通過傳感器OV7635輸出的圖像數據信號和CPLD控制時序來進行顯示。 PT035TN01是3.5英寸TFT格式的液晶，分辨力為320×3（RGB）×240，液晶IF1、IF2兩輸入控制腳對輸入的數據格式進行選擇：串 行RGB格式、CCIR601格式、CCIR656格式。液晶的掃描模式有4種。本視覺系統采用的輸入數據格式是CCIR601格式，掃描模式為由上到下 和左到右的掃描模式。
在CCIR601格式下，圖像傳感器輸出的像素時鐘PCLK通過CPLD二分頻作為液晶的工作時鐘，圖像傳感器輸出的行同步信號HREF經過CPLD 的處理后作為液晶的行同步信號HIS，這樣，在CPLD控制下，圖像傳感器OV7635輸出的數據信號送入液晶中進行顯示。
1.3 時序控制
OV7635輸出的場同步信號VSYNC，行同步信號HREF以及像素時鐘信號PCLK接至CPLD芯片，產生控制信號把OV7635輸出的數據信號 存入FIFO幀存儲器AL422B中，以及產生液晶的時鐘和行同步信號控制液晶的顯示。CPLD采用了ALTERA公司的EPM7064芯片。在CPLD 中完成了對FIFO的寫控制、通知DSP讀信號、液晶的時鐘信號的產生等功能。
CPLD接收場同步信號VSYNC，此信號的下降沿表示圖像傳感器輸出一幀的開始，此時CPLD產生WRST負脈沖復位FIFO的寫指針。場同步信號 VSYNC下降沿后，判斷行同步信號HREF的上升沿到來，接著利用像素時鐘信號PCLK作為寫時鐘WCK將圖像數據直接存儲到FIFO中，當存到一定的 數后，就及時發信號給DSP，以便DSP讀取數據，本系統采用的是一個中斷INT0來通知DSP。此時DSP可以讀數據也可以不讀，視處理的速度來定。讀 數據時，可利用RD和片選，產生RCK信號。DSP讀取的速度不能太快，以讀取速度小于寫速度為原則。
在對液晶的邏輯時序控制上，由于圖像輸出的信號是640×480的像素，而液晶的顯示為320×240的格式。所以利用CPLD把圖像傳感器輸入的像 素時鐘信號PCLK進行二分頻產生液晶的時鐘信號控制液晶的顯示，同時對行同步信號進行隔行有效從而達到液晶對圖像的顯示。CPLD中的程序編寫用的采用 了硬件描述語言VHDL，在QUARTUSⅡ軟件平臺上進行編寫的。由于在選用芯片時采用的是EPM7064S系列的44腳PLCC封裝的，只能工作在 5V電壓情況下，其輸出的高電平信號是5V，必須通過處理才能接入系統中工作在3。3V狀態下的芯片器件。
1.4 幀存儲器選擇
幀存儲器有需要外部提供地址線的RAM和不需要外部提供地址線的FIFO，為了簡化CPLD的設計。采用了FIFO的幀存儲器。FIFO又可以分為基 于動態存儲的DRAM和基于靜態的SRAM。基于靜態SRAM的優點是不需要刷新電路，但容量小，需要多片才能存儲一幀數據;基于DRAM的優點是容量 大，只需一片就能存儲一幀數據，缺點是必須有刷新電路。本設計中采用的是Averlogic公司的大容量FIFO動態存儲芯片AL422B。其刷新電路比 較簡單，僅需WCK或RCK提供大于1M的不間斷脈沖即可。AL422B的存儲容量為3MB，由于系統一幀的信息通常包含640×480個彩色像素，每個 像素占用2個字節，可存儲1幀圖像的完整信息，其工作頻率可達50MHz。
1.5 視頻處理DSP
在選用DSP時，在兼顧處理速度，存儲容量，現有條件下的加工工藝水平，以及性價比方面，選用了TI公司的144腳封裝的TMS320VC5509A，此芯片的最高工作頻率可達到200MHz，具有很高的處理速度。
DSP收到來自CPLD的讀通知信號后開始讀取AL422B中的視頻數據。為了方便處理數據，在DSP外圍擴展了一個的SDRAM。芯片采用的是HYNIX公司的HY57V161610E，此芯片的存儲容量為1M×16bits。
當DSP上電復位后，通過采樣GPIO0～GPIO3的狀態，根據采樣的狀態來進行什么樣方式的程序裝載。本系統的采用外接的flash存儲芯片的 SPI口對DSP進行程序裝載，接著通過DSP的I2C口對圖像傳感器進行寄存器初始化。圖像傳感器開始輸出信號。整個系統開始進入工作。
DSP作為高速的處理器，主要用于圖像的處理。由于本視覺系統要完成識別和跟蹤功能，數據的處理量是很大的。在完成圖像處理的同時，DSP也作為控制器使用完成對控制器的控制，從而構成視覺跟蹤系統。2 軟件部分設計
由于本系統采用的是顏色和形狀相結合的辦法對無遮擋目標物體的識別。為了達到機器人實時快速的目的，在軟件方法上，主要采用了目前常用的足球機器人的顏色識別方法，目前比較常見是基于閾值向量的顏色判斷法。下面簡述顏色識別原理。
2.1 色彩空間選擇
對于采用基于彩色圖像分割的方法識別目標時，首先要選擇合適的顏色空間，常用的顏色空間有RGB、YUV、HSV、CMY等。顏色空間的選擇直接影響到圖像分割和目標識別的效果。
RGB：是最常用的顏色空間，其中亮度等于R、G、B3個分量之和。RGB顏色空間是不均勻的顏色空間，兩個顏色之間的知覺差異與空間中兩點間的歐氏 距離不成線性比例，而且R、G、B值之間的相關性很高，對同一顏色屬性，在不同條件（光源種類、強度和物體反射特性）下，RGB值很分散，對于識別某種特 定顏色，很難確定其閾值和其在顏色空間中的分布范圍。因此通常會選擇能從中分離出亮度分量的顏色空間，其中最常見的是YUV和HSV顏色空間。
HSV：接近人眼感知色彩的方式，H為色調（Hue），S為色飽和度（Saturation），V為亮度（Value）。色調H能準確地反映顏色種 類，對外界光照條件變化敏感度低，但是H和S均為R、G、B的非線性變換，存在奇異點，在奇異點附近即使R、G、B的值有很小變化也引起變換值有很大的跳 動。
YUV:RGB顏色空間線性變化為的亮度-色彩空間。是為了解決彩色電視機與黑白電視機的兼容問題而提出的。Y表示亮度（Luminance），UV 用來表示色差（Chrominance）。YUV表示法的重要性是它的亮度信號（Y）和色度信號（U、V）是相互獨立的。所謂色差是指基色信號中的3個分 量信號（即R、G、B）與亮度信號之差。
因此，針對以上原因，本系統在采用的是YUV色彩空間。
YUV格式與RGB存在如下關系：
2.2 閾值確定和色彩判斷
在確定閾值時，首先通過采集樣本進行訓練，從而得到預定的幾種顏色在YUV空間的分量的上下閾值，如圖2所示。
當一個待判定的像素在色彩空間中的位置落在這個長方體中時，就認為該像素屬于要找的顏色，從而完成對圖像顏色的識別。在Y空間中，Y值表示亮度，因它的變化很大，所以只考慮了U和V的值，在進行顏色判斷時，首先分別建立U、V的閾值向量。
由于在系統中圖像傳感器的數字信號是8位，即1Byte，共255Byte，系統最多能判定8種顏色。在顏色識別后進行圖像分割，在圖像分割中采用了 種子填充算法，其整個種子的填充是和像素點的顏色同時進行的，一開始不是對所有的像素進行處理，而是分塊進行的，本系統采用的塊是32×24像素，這樣計 算量大大減小。當中心點是所要識別的顏色時，就以這個點為種子向四周擴散，并判定周圍像素點的顏色，直到填滿整個塊。在這過程中，同時對目標進行形狀識 別。本系統采用了基于全局的特征向量的識別算法來進行識別。同時也為構建雅可比矩陣得到需要的矩特征量。圖3為圖像識別分割流程圖。
2.3 視覺跟蹤軟件原理
當目標物體被識別以后，視覺系統將調整鏡頭使目標位于視野的中心。一旦物體運動，視覺系統將進行對目標物體的跟蹤。
在機器人視覺跟蹤系統上，采用無定標的視覺跟蹤系統。無定標的視覺跟蹤不需要事先對攝像鏡頭進行定標，而是應用自適應控制方面的原理，在線的實時調整 圖像雅可比矩陣。通過二維的圖像特征信息反饋，這種方式對攝像機模型誤差和機器人模型誤差、圖像誤差、圖像噪聲不敏感?；趫D像跟蹤的視覺跟蹤控制系統， 如圖4。
控制量c為機器人頭部的控制系統。首先把目標放在機器人視野的前方采集到期望的圖像，從期望圖像中抽取期望的特征集，作為視野跟蹤控制系統的期望輸 入，從而完成任務需要的視野特征集定義。在實時控制系統中，由機器人的圖像傳感器獲取實時采樣圖像，從中獲取實時特征集，這樣構成一個視野反饋，引導機器 人完成跟蹤任務。區別于圖像的簡單幾何特征，本系統選用的視覺特征集為全局的圖像描述—圖像矩。
根據矩特征變化量與相對位姿變化量之間的關系矩陣，即圖像雅可比矩陣，然后利用推導的圖像雅可比矩陣，設計了視覺跟蹤控制器，完成系統對3D目標物體的平動跟蹤。
3 實驗結果
圖5為DSP為clkout腳輸出波形，表明DSP的內部時鐘電路工作正常。圖6的圖像傳感器輸出數據波形證明了圖像傳感器工作正常。圖7的DSP采集到的圖像數據，可以確定整個圖像采集硬件電路工作正常。
4 結 論
針對服務機器人的視覺系統，本文通過構建它的硬件系統和軟件系統完成了整個系統的設計。在硬件系統上，采用了CMOS圖像傳感器，CPLD時序控制， 異步動態FIFO的數據緩存，以及高速DSP處理器構成了一個典型的圖像采集系統，并調試輸出了圖像信號。在軟件設計上，采用了足球機器人的彩色識別和彩 色分割識別技術去完成視覺系統快速準確的識別，采用基于動態的工作方式以及采用基于圖
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工商網監
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