手眼

接”的技能學(xué)習(xí)對(duì)手眼協(xié)調(diào)的要求更高。筆者根據(jù)自己在訓(xùn)練中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，分享幾個(gè)趣味訓(xùn)練方法，目的是發(fā)展小學(xué)生運(yùn)動(dòng)眼手眼協(xié)調(diào)能力。對(duì)乒乓球、羽毛球、網(wǎng)球、棒壘球等有關(guān)手眼協(xié)調(diào)的運(yùn)動(dòng)技能學(xué)習(xí)有益。一、上下方向手眼協(xié)調(diào)訓(xùn)練1.單手拋球拍膝訓(xùn)練目的：通過(guò)拋出球后做提膝拍腿動(dòng)作，提高眼隨球動(dòng)時(shí)的專注力。訓(xùn)練方法：準(zhǔn)備一個(gè)彈力球（網(wǎng)球或者和網(wǎng)球大小彈力相近的球）。練習(xí)開始，學(xué)生右手持網(wǎng)球自然站立，右手將球向上拋出，高度高于頭部，將球拋出后左腿做提膝動(dòng)作，同時(shí)右手拍打左膝

進(jìn)化策略的機(jī)器人手眼標(biāo)定算法趙云濤1，2，謝萬(wàn)琪2*，李維剛1，2，胡佳明2（1.冶金自動(dòng)化與檢測(cè)技術(shù)教育部工程研究中心（武漢科技大學(xué)），武漢 430081； 2.武漢科技大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院， 武漢 430081）（ ? 通信作者電子郵箱atolrop@163.com）針對(duì)視覺(jué)傳感器標(biāo)定和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)求解過(guò)程中存在噪聲干擾，導(dǎo)致傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定算法求解誤差較大的問(wèn)題，提出一種基于協(xié)方差矩陣自適應(yīng)進(jìn)化策略（CMAES）的機(jī)器人手眼標(biāo)定算法。首先，采用對(duì)偶

游戲?qū)δX癱兒童手眼協(xié)調(diào)能力的研究較少。手眼協(xié)調(diào)是兒童視覺(jué)指導(dǎo)下有意識(shí)和情感運(yùn)動(dòng)的行為[5]，腦癱兒童大腦受損不能高效自主地整合精確動(dòng)作，需要進(jìn)行針對(duì)性的練習(xí)才能達(dá)到手眼協(xié)調(diào)。腦癱患兒精細(xì)運(yùn)動(dòng)中涉及小肌肉和小肌肉群的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，不僅需要在感知覺(jué)、注意力等方面共同參與，還需要手眼協(xié)調(diào)能力[6]。基于此，本研究旨在研究傳統(tǒng)作業(yè)治療結(jié)合iPad 游戲?qū)δX癱兒童手眼協(xié)調(diào)能力的干預(yù)作用，為提高腦癱兒童手眼協(xié)調(diào)能力的研究和實(shí)踐提供借鑒。研究假設(shè)：1）作業(yè)治療結(jié)合iPad

應(yīng)用非常廣泛。而手眼標(biāo)定作為機(jī)械臂在攝像頭視角下與真實(shí)世界交互的重要環(huán)節(jié)，其標(biāo)定算法的快速性、穩(wěn)定性、精準(zhǔn)性，在很大程度上決定了機(jī)械臂的工作效率。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于手眼標(biāo)定問(wèn)題的研究越來(lái)越多。黃騰超等[1]提出了一種基于差值細(xì)分的手眼標(biāo)定算法，避免了傳統(tǒng)標(biāo)定算法中鏡頭過(guò)度校正問(wèn)題。丁雷鳴等[2]提出了一種基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化算法，將相機(jī)坐標(biāo)和機(jī)械臂坐標(biāo)作為輸入量與輸出量，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，越過(guò)了傳統(tǒng)標(biāo)定算法中繁瑣的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程。鄧仕超等[3]提出了一種針

器相對(duì)于機(jī)械臂的手眼關(guān)系的標(biāo)定十分重要，即手眼關(guān)系的標(biāo)定是實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂視覺(jué)引導(dǎo)和物體抓取的重要基礎(chǔ)。Tsai和Lenz提出了兩步法的手眼關(guān)系標(biāo)定法，將旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量進(jìn)行分步求解[5]；Ma提出了共同標(biāo)定法，但系統(tǒng)的精度無(wú)法得到保證[6]；Ruda提出了基于四元數(shù)工具用非線性優(yōu)化的工具求解手眼關(guān)系[7]；也有文獻(xiàn)中提出了基于最大似然估計(jì)的非線性手眼標(biāo)定方法[8]。非線性手眼標(biāo)定法相對(duì)復(fù)雜，實(shí)用性較弱。在傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定中，一般人工給機(jī)器人擺位姿，然后人工判斷

息，于是需要進(jìn)行手眼標(biāo)定。傳統(tǒng)九點(diǎn)法工業(yè)手眼標(biāo)定局限于二維平面，只能獲取目標(biāo)物體的二維平面信息，缺少空間內(nèi)的軸信息，只能在固定高度的平面上進(jìn)行抓取。若機(jī)器人在空間中進(jìn)行抓取，需進(jìn)行三維空間手眼標(biāo)定，即獲取機(jī)器人坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。張正友所提出的相機(jī)標(biāo)定方法，是通過(guò)相機(jī)提取棋盤格角點(diǎn)，對(duì)攝像機(jī)的內(nèi)、外參進(jìn)行矯正。其他標(biāo)定方法大多數(shù)是在張氏標(biāo)定法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。但攝像機(jī)標(biāo)定只能對(duì)攝像機(jī)本身的誤差進(jìn)行矯正，使機(jī)器人通過(guò)攝像機(jī)獲得目標(biāo)物點(diǎn)三維坐標(biāo)還

解決工業(yè)機(jī)械臂手眼關(guān)系的精度問(wèn)題成為推動(dòng)機(jī)器人高精度應(yīng)用的關(guān)鍵一步[4-6]。解決機(jī)器人手眼關(guān)系一直是智能加工的重要課題，Larsson S[7]提出3D 激光掃描儀與機(jī)械臂協(xié)同工作，為解決復(fù)雜工件的掃描任務(wù)提出了一種快速、高效、易操作的方案。 Roger Y[8]提出了將標(biāo)定物固定在工作空間，驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂以不同空間位置對(duì)其掃描的方法， 得到初步手眼關(guān)系，用解矩陣方程組問(wèn)題代替手眼標(biāo)定問(wèn)題。 用奇異值分解法求解相關(guān)矩陣[9-10]，再用卡爾曼濾波法[11]

標(biāo)定試驗(yàn).它利用手眼相機(jī)對(duì)特定標(biāo)志物進(jìn)行多次測(cè)量，通過(guò)計(jì)算獲得一個(gè)標(biāo)定矩陣，在軌跡規(guī)劃過(guò)程中，將實(shí)際期望的末端位姿矩陣左乘標(biāo)定矩陣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂連桿參數(shù)的修正補(bǔ)償.該方法本質(zhì)上是在任務(wù)空間通過(guò)線性變換對(duì)非線性的結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差進(jìn)行補(bǔ)償，難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作空間的參數(shù)補(bǔ)償.文獻(xiàn)[3]和[13]采用線性化的方法設(shè)計(jì)了空間機(jī)械臂在軌標(biāo)定方法，然而對(duì)空間機(jī)械臂的非線性模型進(jìn)行線性化的過(guò)程，實(shí)際上是一個(gè)近似過(guò)程，因此必然會(huì)導(dǎo)致標(biāo)定精度的降低.本文提出了一種基于手眼相機(jī)的

視覺(jué)系統(tǒng)之間的“手眼標(biāo)定”是將計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用于機(jī)器人并借助視覺(jué)設(shè)備對(duì)實(shí)際工件進(jìn)行精確定位的必要環(huán)節(jié)[4-7]。手眼標(biāo)定精度直接影響工件定位精度[8-9]，因此，提高手眼標(biāo)定精度被認(rèn)為是直接提高機(jī)器人磨拋系統(tǒng)加工精度的有效手段之一。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于手眼標(biāo)定的研究集中在雙目設(shè)備[10-11]、掃描儀[12-15]等，標(biāo)定方法主要分為直接標(biāo)定(單步法)和間接標(biāo)定(兩步法)。CARLSON等[16]提出利用非平行平面的耦合方式來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)焊縫的跟蹤，以兩步迭代方式

程稱之為機(jī)器人的手眼標(biāo)定.機(jī)器人的手眼標(biāo)定精度最終會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的加工作業(yè)精度.Tsai 和Lenz［1］提出了基于視覺(jué)傳感器的標(biāo)定板多視角成像方法，并根據(jù)約束關(guān)系建立AX=XB方程求解手眼關(guān)系矩陣，但該方法標(biāo)定精度較低，魯棒性弱；Horaud 等人［2］提出了一種簡(jiǎn)化版的手眼標(biāo)定算法，該算法主要優(yōu)點(diǎn)在未知數(shù)個(gè)數(shù)不變的前提下，同時(shí)解得手眼關(guān)系的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，但該方法計(jì)算復(fù)雜度高，易受離群點(diǎn)影響.Liu［3］等人提出了一種精度高、魯棒性強(qiáng)的手眼標(biāo)定方法

器人視覺(jué)領(lǐng)域中，手眼標(biāo)定的主要目的是獲取相機(jī)到機(jī)器人末端法蘭盤的轉(zhuǎn)換關(guān)系，根據(jù)這種轉(zhuǎn)換關(guān)系將空間中點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到機(jī)器人基坐標(biāo)系下，這樣才能更好地控制機(jī)器人的手臂去完成相應(yīng)的任務(wù)，因此手眼標(biāo)定的研究對(duì)于工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)有著重大的意義。對(duì)于手眼標(biāo)定的研究，文獻(xiàn)[4]中敘述了手眼標(biāo)定的定義；文獻(xiàn)[5]提出一種相機(jī)標(biāo)定和四點(diǎn)位姿估計(jì)的手眼標(biāo)定方法，但該方法需要進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定獲取相機(jī)的外參，即需要獲取標(biāo)定板到相機(jī)的轉(zhuǎn)換關(guān)系；文獻(xiàn)[6]提出一種高精度的手眼標(biāo)定方法，對(duì)標(biāo)定

0 引言機(jī)械手的手眼標(biāo)定基本任務(wù)是計(jì)算機(jī)器手末端抓手坐標(biāo)系與視覺(jué)傳感器坐標(biāo)系之間的相對(duì)齊次變換矩陣，實(shí)現(xiàn)通過(guò)視覺(jué)傳感器識(shí)別目標(biāo)并計(jì)算出目標(biāo)在機(jī)械手基坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手對(duì)目標(biāo)的抓取、焊接等操作。本文利用視覺(jué)傳感器與機(jī)器手相結(jié)合，估計(jì)機(jī)器手末端工具坐標(biāo)系到視覺(jué)傳感器坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換矩陣。視覺(jué)傳感器主要是由相機(jī)構(gòu)成，通過(guò)相機(jī)來(lái)確定被測(cè)物的二維坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體坐標(biāo)的測(cè)量。機(jī)械手手眼標(biāo)定通常使用的“AX=XB”模型是Koide K等[1]在1989年首次

器與機(jī)器人之間的手眼關(guān)系標(biāo)定展開研究，手眼關(guān)系的標(biāo)定靶標(biāo)可分為：平面靶標(biāo)、場(chǎng)景點(diǎn)、立體靶標(biāo)。第一類靶標(biāo)是平面靶標(biāo)，Sung[7]等控制機(jī)器人帶動(dòng)相機(jī)進(jìn)行純平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，拍攝固定的棋盤格靶標(biāo)，同時(shí)完成了相機(jī)的標(biāo)定和手眼標(biāo)定；解則曉[8]等控制機(jī)器人帶動(dòng)棋盤格在相機(jī)視野內(nèi)進(jìn)行數(shù)次姿態(tài)變換，采用兩步法[9]依次求取手眼矩陣中的R和t，該方法棋盤格圖像數(shù)據(jù)獲取過(guò)程繁雜，數(shù)據(jù)處理時(shí)間長(zhǎng)，不適用于現(xiàn)場(chǎng)手眼標(biāo)定，且該手眼系統(tǒng)對(duì)較遠(yuǎn)距離（約700mm～1100mm）目標(biāo)

早提出AX=XB手眼標(biāo)定模型，由于四元數(shù)可以方便地描述剛體旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，文獻(xiàn)[3]提出了基于四元數(shù)的求解算法，該算法步驟復(fù)雜，要求機(jī)器人末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)角θ≠360°n(n=0,1,...)；文獻(xiàn)[4]基于矩陣奇異值分解求解手眼標(biāo)定方程，其算法簡(jiǎn)潔但旋轉(zhuǎn)角θ依然受到限制。在手眼標(biāo)定的實(shí)際應(yīng)用中，需要依據(jù)旋轉(zhuǎn)角θ判斷測(cè)量數(shù)據(jù)是否可以用于標(biāo)定，使得標(biāo)定過(guò)程復(fù)雜化。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種基于四元數(shù)乘法可易性的手眼標(biāo)定方程新解法，通過(guò)四元數(shù)乘法可易性改寫旋轉(zhuǎn)矩陣，

到機(jī)器人系統(tǒng)中,手眼標(biāo)定是其中的重要環(huán)節(jié),標(biāo)定精度對(duì)機(jī)器人最終定位精度有很大影響.傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定方法都是通過(guò)求解AX=XB 方程的形式來(lái)標(biāo)定[4].求解方法可以分為分步法[5–7]和整體法[8–10].除了傳統(tǒng)的方法之外,還有其他的手眼標(biāo)定方法.Ma[11]提出一種基于主動(dòng)視覺(jué)的手眼自標(biāo)定方法,通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的三次非共面平移運(yùn)動(dòng)求解相機(jī)與平臺(tái)間的旋轉(zhuǎn)關(guān)系,然后控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行一次非平移運(yùn)動(dòng),通過(guò)前后兩次對(duì)同一標(biāo)志點(diǎn)的重建獲得相機(jī)平移量,代入方程求解相機(jī)與平臺(tái)

一項(xiàng)基本目標(biāo)就是手眼標(biāo)定，目的是估計(jì)變換矩陣，這個(gè)矩陣是指機(jī)器人末端執(zhí)行器上搭載的相機(jī)坐標(biāo)系到執(zhí)行坐標(biāo)系，而且是許多高級(jí)機(jī)器人的基本任務(wù)，因此手眼標(biāo)定的研究非常重要。自1989 年Tsai［3］和Shiu［4］首次提出手眼標(biāo)定問(wèn)題以來(lái)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)此問(wèn)題做了大量研究，根據(jù)標(biāo)定矩陣的求解順序可以將手眼標(biāo)定問(wèn)題的求解算法分為兩大類。第一類是先解決旋轉(zhuǎn)矩陣再找出平移向量：如1991 年，Chou［5］提出一種基于單位四元數(shù)的閉環(huán)線性解法；1994年，Park

的發(fā)展。因此，以手眼協(xié)調(diào)能力做為本研究的分析項(xiàng)目，來(lái)探討介入相關(guān)運(yùn)動(dòng)對(duì)兒童在動(dòng)作協(xié)調(diào)能力發(fā)展的影響。三、不同運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的影響不同運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)動(dòng)作能力影響的相關(guān)文獻(xiàn)探討，針對(duì)9-15歲體操選手研究發(fā)現(xiàn)，透過(guò)持續(xù)的體操訓(xùn)練可以改善全身協(xié)調(diào)性與動(dòng)態(tài)平衡。以國(guó)小5年級(jí)學(xué)童為研究對(duì)象發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)8個(gè)月籃球訓(xùn)練后，證實(shí)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練對(duì)于發(fā)展學(xué)童手眼協(xié)調(diào)能力的益處。以10周瑜珈運(yùn)動(dòng)對(duì)國(guó)小5年級(jí)學(xué)童動(dòng)作協(xié)調(diào)能力的影響在球類技巧、平衡能力、和整體動(dòng)作協(xié)調(diào)能力都有顯著提升

R2P3機(jī)械臂的手眼結(jié)構(gòu)將傳感器(攝像頭、線結(jié)構(gòu)激光位移傳感器)安裝于機(jī)器人的末端連桿上，構(gòu)成對(duì)環(huán)境具有一定感知能力的智能機(jī)器人是機(jī)器人的主要發(fā)展趨勢(shì)[1].線激光傳感器具有高測(cè)量速度和高精度等特點(diǎn)，時(shí)常用在諸如焊接定位等高精度作業(yè)中.但是，線激光傳感器每次只能測(cè)量激光掃描平面內(nèi)的二維輪廓信息，實(shí)現(xiàn)三維感知?jiǎng)t需通過(guò)手眼矩陣將這種二維輪廓信息轉(zhuǎn)換為相對(duì)于末端連桿坐標(biāo)系的三維點(diǎn)云信息，然后將三維信息轉(zhuǎn)換到全局坐標(biāo)系.手眼矩陣的測(cè)量過(guò)程即為手眼標(biāo)定，又稱為外參標(biāo)

器人視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行手眼標(biāo)定，以獲得視覺(jué)傳感器坐標(biāo)系和機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系。傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定方法[6-8]需要使用已知尺寸的標(biāo)記物作為參考，分別測(cè)定標(biāo)記物圖像數(shù)據(jù)和機(jī)器人末端位姿數(shù)據(jù)，通過(guò)三維空間內(nèi)的幾何約束進(jìn)行手眼標(biāo)定求解。Park等[9]提出將手眼標(biāo)定分為旋轉(zhuǎn)標(biāo)定和平移標(biāo)定2個(gè)部分，先通過(guò)最小二乘法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)標(biāo)定，再使用旋轉(zhuǎn)標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行平移標(biāo)定，但旋轉(zhuǎn)標(biāo)定的誤差會(huì)傳遞到平移標(biāo)定中。Daniilidis[10]基于對(duì)偶四元數(shù)理論設(shè)計(jì)求解算法，通

04)0 引 言手眼標(biāo)定的目的是求解機(jī)器人末端執(zhí)行器坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的變換矩陣，它是機(jī)器人完成手眼協(xié)調(diào)、自主導(dǎo)航等工作的基礎(chǔ)。Tsai R Y等人[1]、Shiu Y C等人[2]將手眼標(biāo)定的方程歸結(jié)為AX=XB，并給出了其線性閉環(huán)解法，兩種方法復(fù)雜且推導(dǎo)繁瑣；王君臣等人[3]基于非線性優(yōu)化解手眼標(biāo)定方程，該方法精度高，但算法復(fù)雜且易陷入局部最優(yōu)得不到最優(yōu)解；文獻(xiàn)[4～9]用矩陣直積等數(shù)學(xué)工具求解手眼標(biāo)定方程，算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度有待提高。本文利用四元數(shù)基

430080)手眼觀念的發(fā)展是在內(nèi)心與身外之間的不斷轉(zhuǎn)變中發(fā)展的。一、中醫(yī)所說(shuō)的手眼早期中國(guó)人對(duì)手、眼、手眼等的認(rèn)識(shí)，一定與對(duì)生命的認(rèn)識(shí)相關(guān)。所以中國(guó)的手眼文化，也必然與中醫(yī)相關(guān)。中醫(yī)的觀念：肝，其華在爪，開竅于目，將軍之府，藏人之魂，在體合筋。所以，手眼在中醫(yī)體系內(nèi)，手眼是肝的本能、將軍的官能、是魂的玄能和筋的職能綜合表現(xiàn)。兵家著作《六韜·龍韜·王翼》有：“方士二人，主百藥，以治金瘡，以痊萬(wàn)病”。這里記載了以藥物為主要治療手段的周王朝初期的軍醫(yī)職責(zé)，也

而實(shí)現(xiàn)視覺(jué)定位。手眼系統(tǒng)標(biāo)定包括相機(jī)標(biāo)定和手眼關(guān)系標(biāo)定，因?yàn)橄到y(tǒng)標(biāo)定的精度將直接影響系統(tǒng)定位的精度，所以手眼標(biāo)定是解決手眼視覺(jué)定位的關(guān)鍵內(nèi)容，也是手眼問(wèn)題的核心。傳統(tǒng)的標(biāo)定方法主要有：Tsai兩步標(biāo)定法[1]，自標(biāo)定方法[2]，雙平面標(biāo)定法[3]，張正友標(biāo)定方法[4]等，其中張正友的標(biāo)定法具有精度較高，適用場(chǎng)合廣泛等特點(diǎn)，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中得到廣泛的應(yīng)用。所以本手眼系統(tǒng)標(biāo)定引入了張正友標(biāo)定方法，與張正友標(biāo)定方法使用棋盤格標(biāo)定板作為校準(zhǔn)物不同，此處使用圓點(diǎn)標(biāo)定

泛研究，被統(tǒng)稱為手眼標(biāo)定。早期的方法是將手眼標(biāo)定分成兩個(gè)部分：旋轉(zhuǎn)標(biāo)定和平移標(biāo)定[1-2]。它們首先標(biāo)定出旋轉(zhuǎn)，接著用標(biāo)定出的旋轉(zhuǎn)來(lái)求解平移。然而，這種兩步式算法必然會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)標(biāo)定的誤差傳遞到平移標(biāo)定中去，所以接著出現(xiàn)了同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和平移標(biāo)定的算法[3-4]。近幾年，基于迭代優(yōu)化的算法[5-6]被提出，這些算法的誤差相比來(lái)說(shuō)更小，但計(jì)算復(fù)雜度往往更高。傳統(tǒng)手眼標(biāo)定算法假定相機(jī)和機(jī)械臂末端在同一尺度下，也就是說(shuō)相機(jī)位姿需要已知物體，如棋盤格[7]，來(lái)確定。然

能，因此，機(jī)器人手眼標(biāo)定的研究具有重要意義。本文以軍用排爆機(jī)器人為研究對(duì)象，此類機(jī)器人將相機(jī)固定安裝于其機(jī)械手末端用以觀察可疑物，所構(gòu)成的手眼系統(tǒng)為系統(tǒng)[1]。通過(guò)研究可知，該類手眼系統(tǒng)手眼標(biāo)定的求解過(guò)程就是求解齊次矩陣方程的過(guò)程。目前來(lái)看求解該方程的方法主要分為兩大類：線性方法和非線性方法。其中線性方法為：傳統(tǒng)兩步法[2-3]：將旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量進(jìn)行解耦，該方法需要已知攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)。該算法的缺點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)矩陣正交化后再求平移部分，而平移解不再滿足手眼矩

位置，這可以通過(guò)手眼系統(tǒng)的自標(biāo)定來(lái)獲取，獲取的關(guān)鍵在于確定機(jī)械手末端坐標(biāo)系與攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置關(guān)系[1-3]。常見(jiàn)的手眼系統(tǒng)一般可以分為固定視點(diǎn)系統(tǒng)和非固定視點(diǎn)系統(tǒng)2種。非固定視點(diǎn)系統(tǒng)中，攝像機(jī)被固定在機(jī)器人機(jī)械手末端，隨末端執(zhí)行器一起移動(dòng)，可實(shí)時(shí)觀測(cè)到攝像機(jī)視野中的工件圖像。為了實(shí)現(xiàn)非固定視點(diǎn)系統(tǒng)的自標(biāo)定，目前常用的方法是在不使用標(biāo)定參照物的基礎(chǔ)上，精確控制攝像機(jī)做線性無(wú)關(guān)的平移運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只需依據(jù)場(chǎng)景中若干特征點(diǎn)，即可線性求解手眼系統(tǒng)中的攝

固定視點(diǎn)的機(jī)器人手眼關(guān)系標(biāo)定需要確定相機(jī)坐標(biāo)系與機(jī)器人基坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。與非固定視點(diǎn)的機(jī)器人手眼關(guān)系標(biāo)定相同，核心問(wèn)題都是解決手眼轉(zhuǎn)換關(guān)系矩陣的求解，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面也進(jìn)行了相關(guān)研究。早期的如Tsai等[7-8]提出控制機(jī)器人末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)至少進(jìn)行兩次運(yùn)動(dòng)，在3個(gè)不同方位對(duì)標(biāo)定物進(jìn)行成像，并將其數(shù)學(xué)模型歸結(jié)為求解矩陣方程；Ma[9]利用攝像機(jī)的3次兩兩正交的運(yùn)動(dòng)，利用極點(diǎn)建立約束方程組；張召瑞等[10]通過(guò)融合旋轉(zhuǎn)和平移約束信息解決系數(shù)矩陣不滿秩的標(biāo)定問(wèn)

直接依賴于機(jī)器人手眼標(biāo)定的精度。精確的手眼標(biāo)定對(duì)機(jī)器人物體抓取作業(yè)的完成起著至關(guān)重要的作用。因此，提高機(jī)器人手眼標(biāo)定的精度成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。為了解決服務(wù)機(jī)器人的手眼標(biāo)定問(wèn)題，可以采用高精度測(cè)量?jī)x器測(cè)量的方法。然而，由于這些測(cè)量?jī)x器價(jià)格高昂、操作復(fù)雜，直接測(cè)量方法未能被廣泛應(yīng)用。另一個(gè)可行的方法是根據(jù)機(jī)器人坐標(biāo)系下和相機(jī)坐標(biāo)系下相同位置對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)對(duì)，估計(jì)出坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在手眼標(biāo)定模型方面，Tasi和Lenz[1]采用了一種基于軸角變換的手眼標(biāo)定模型

視覺(jué)系統(tǒng)中常用的手眼標(biāo)定系統(tǒng)一般為Eye-in-Hand系統(tǒng)，該系統(tǒng)的加工制造精度主要由手眼標(biāo)定的準(zhǔn)確度決定。因此，研究快速的、準(zhǔn)確的手眼標(biāo)定方法就顯得至關(guān)重要。目前，常用的手眼標(biāo)定方法是使用棋盤格標(biāo)定板與OpenCV或Matlab等軟件相結(jié)合，再控制機(jī)械手進(jìn)行多次位姿變換，利用張正友平面標(biāo)定法來(lái)進(jìn)行標(biāo)定的傳統(tǒng)標(biāo)定法[3]。但該方法操作較為復(fù)雜，受各方面的因素影響較大。因此，為了提高標(biāo)定精度，簡(jiǎn)化操作，本文提出基于Halcon軟件進(jìn)行Eye-in-Hand

通過(guò)是否需要進(jìn)行手眼標(biāo)定來(lái)進(jìn)行粗略的分類，對(duì)于需要進(jìn)行手眼標(biāo)定的視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng)，其主要采用基于位置的視覺(jué)引導(dǎo)控制系統(tǒng)(PBVS)。PBVS系統(tǒng)中間變量傳遞的都是位姿信息，通過(guò)位姿信息在系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)鏈中的傳遞與轉(zhuǎn)換來(lái)控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡。由于傳遞的是不同參考系下的位姿信息，坐標(biāo)系之間位置關(guān)系的標(biāo)定就顯得尤為重要，這就要求高精度的機(jī)器人手眼標(biāo)定。無(wú)標(biāo)定的視覺(jué)引導(dǎo)系統(tǒng)主要采用基于圖像的視覺(jué)引導(dǎo)控制系統(tǒng)(IBVS)，IBVS系統(tǒng)通過(guò)建立圖像空間與機(jī)器人空間之間的圖像雅可

主導(dǎo)。工業(yè)機(jī)器人手眼關(guān)系是使機(jī)器人走向智能化的一個(gè)重要里程碑，手眼標(biāo)定相關(guān)問(wèn)題的研究都是智能制造行業(yè)不可或缺的環(huán)節(jié)[1-4]。Larsson S[5]提出了機(jī)器人與3D激光掃描儀聯(lián)系起來(lái)作為解決自動(dòng)化加工過(guò)程中掃描模型的方法，為3D激光掃描復(fù)雜工件提出了一種靈活、高效的解決方案。Feng C[6]等將機(jī)器人、掃描儀看作為模型進(jìn)行了一個(gè)整體建模，沒(méi)有考慮重復(fù)機(jī)器人手眼標(biāo)定的誤差，不能達(dá)到逆向工程建模的精度要求。一種引入了使用雙重四元數(shù)的手眼校準(zhǔn)算法，這種方法

弛全局優(yōu)化機(jī)器人手眼標(biāo)定李 巍1*，呂乃光1,2，董明利2，婁小平2(1.北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信研究院，北京 100876； 2.光電測(cè)試技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(北京信息科技大學(xué))，北京100192)(*通信作者電子郵箱liweikilary@163.com)針對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)正解及相機(jī)的外參數(shù)標(biāo)定存在偏差時(shí)，基于非線性最優(yōu)化的手眼標(biāo)定算法無(wú)法確保目標(biāo)函數(shù)收斂到全局極小值的問(wèn)題，提出基于四元數(shù)理論的凸松弛全局最優(yōu)化手眼標(biāo)定算法?？紤]到機(jī)械手末端相對(duì)運(yùn)

出一種利用機(jī)械臂手眼相機(jī)標(biāo)定維修操作對(duì)象修正離線路徑規(guī)劃的策略，解決了機(jī)械臂、維修對(duì)象在軌安裝和天地重力差異帶來(lái)的誤差環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)并完成了地面試驗(yàn)。通過(guò)在軌實(shí)施驗(yàn)證了標(biāo)定策略的正確性，圓滿完成了我國(guó)空間機(jī)械臂首次在軌維修試驗(yàn)。空間機(jī)械臂；在軌維修；精細(xì)操作；標(biāo)定；路徑規(guī)劃0 引 言縱覽當(dāng)今國(guó)際，空間機(jī)械臂成為航天大國(guó)研究發(fā)展的熱點(diǎn)?？臻g機(jī)械臂在組裝建造、維護(hù)照料、能源補(bǔ)給等航天器在軌服務(wù)任務(wù)中均扮演著重要角色[1]。根據(jù)國(guó)外空間站艙外組裝建造、維修和應(yīng)用的數(shù)

的荔枝采摘機(jī)器人手眼標(biāo)定方法莫宇達(dá)，鄒湘軍※，葉 敏，司徒偉明，羅少鋒，王成琳，羅陸鋒（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642）針對(duì)視覺(jué)荔枝采摘機(jī)器人的Eye-in-Hand視覺(jué)與機(jī)器人關(guān)聯(lián)方式的手眼標(biāo)定問(wèn)題，該文提出一種基于優(yōu)化的求解齊次變換矩陣方程的手眼標(biāo)定方法。該方法通過(guò)機(jī)器人帶動(dòng)其臂上的雙目相機(jī)從多個(gè)位置觀測(cè)標(biāo)定板，使用Sylvester方程變形對(duì)手眼標(biāo)定近似方程線性化，再對(duì)簡(jiǎn)單的初值進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，最終得到精確的標(biāo)定結(jié)

00876)基于手眼標(biāo)定方程AX=XB的精度影響因素研究*尚忠義1， 董明利1， 李偉仙1， 李 巍2(1.北京信息科技大學(xué) 光電測(cè)試技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100192；2.北京郵電大學(xué) 信息光子學(xué)與光通信研究院，北京 100876)機(jī)器人手位姿數(shù)據(jù)對(duì)手眼標(biāo)定精度的影響不可忽略，將對(duì)基于手眼標(biāo)定方程AX=XB的精度影響因素進(jìn)行分析。通過(guò)手眼標(biāo)定仿真和實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述兩個(gè)因素對(duì)手眼標(biāo)定精度的影響與理論分析的一致性。通過(guò)仿真與實(shí)測(cè)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)得出了減小攝像

訓(xùn)練對(duì)平衡能力和手眼協(xié)調(diào)性的影響。我們嘗試確定接受過(guò)網(wǎng)球訓(xùn)練的人與沒(méi)接受過(guò)網(wǎng)球訓(xùn)練的人之間協(xié)調(diào)發(fā)展速度的差異。實(shí)驗(yàn)方法：首先將受試者分為兩組。第一組為17名男性大學(xué)生且都打過(guò)網(wǎng)球，年齡平均為22.11±0.98歲。他們平均球齡在兩年以上，并且平均每周有三天在打球；第二組為從沒(méi)打過(guò)網(wǎng)球的15名男性大學(xué)生，平均年齡為20.46±1.60歲。對(duì)他們同時(shí)進(jìn)行8周的網(wǎng)球訓(xùn)練，訓(xùn)練內(nèi)容一樣，訓(xùn)練時(shí)間一樣，每周兩次，每次兩小時(shí)。在訓(xùn)練中不會(huì)進(jìn)行針對(duì)的平衡與協(xié)調(diào)性的訓(xùn)練。

進(jìn)寶寶手腦并用和手眼協(xié)調(diào)能力的發(fā)展也具有積極意義。父母可以根據(jù)寶寶的年齡特征及自身發(fā)展的特點(diǎn)，為他創(chuàng)設(shè)使用工具參與游戲活動(dòng)的機(jī)會(huì)和條件，讓寶寶在擺弄和使用工具中體驗(yàn)成功的喜悅及活動(dòng)帶來(lái)的快樂(lè)，促進(jìn)寶寶使用工具的能力。工具1：小棒玩法——●打鼓打鼓，可以訓(xùn)練寶寶雙手較長(zhǎng)時(shí)間握持鼓棒，手眼協(xié)調(diào)地?fù)舸蛐」?。寶寶初次看?jiàn)圓溜溜的小鼓，第一反應(yīng)就是直接用手拍打。因?yàn)橛檬执蚬闹苯亓水?dāng)，簡(jiǎn)單方便。父母可以一邊示范用小棒打鼓，一邊念兒歌：“小鼓咚咚咚”。小鼓的咚咚聲可以吸

秀電子競(jìng)技運(yùn)動(dòng)員手眼協(xié)調(diào)能力的實(shí)驗(yàn)研究孫鵬王元?jiǎng)偤吻?安慶師范大學(xué)體育學(xué)院，安徽 安慶246133)摘要:通過(guò)文獻(xiàn)資料法、實(shí)驗(yàn)法及數(shù)理統(tǒng)計(jì)法等研究方法，對(duì)我國(guó)優(yōu)秀電子競(jìng)技運(yùn)動(dòng)員與其他群體的手眼協(xié)調(diào)能力進(jìn)行了比較分析。研究表明：1)電子競(jìng)技運(yùn)動(dòng)員的手眼協(xié)調(diào)能力優(yōu)于同為技能主導(dǎo)類項(xiàng)目的籃球運(yùn)動(dòng)員，且明顯優(yōu)于非體育專業(yè)人群，手眼協(xié)調(diào)能力在電子競(jìng)技運(yùn)動(dòng)競(jìng)技能力構(gòu)成中占主導(dǎo)地位；2)學(xué)習(xí)曲線表明手眼協(xié)調(diào)能力可經(jīng)訓(xùn)練習(xí)得，長(zhǎng)期從事電子競(jìng)技運(yùn)動(dòng)可使運(yùn)動(dòng)員手眼協(xié)調(diào)能力得以

的機(jī)器人主動(dòng)視覺(jué)手眼標(biāo)定*黃朝興1，陳丹1，唐旭晟2 （1.福州大學(xué)電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院先進(jìn)控制技術(shù)研究中心，福建福州350108；2.福州大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院，福建福州350108）以固高GRB-400機(jī)器人和攝像機(jī)組成手眼系統(tǒng)，在手眼關(guān)系旋轉(zhuǎn)矩陣的標(biāo)定方面，分析了基于主動(dòng)視覺(jué)的標(biāo)定方法。為實(shí)現(xiàn)手眼關(guān)系平移向量的標(biāo)定，提出以固定于機(jī)械臂末端的激光筆來(lái)獲取工件平臺(tái)上特征點(diǎn)的基坐標(biāo)，并結(jié)合已標(biāo)定的旋轉(zhuǎn)矩陣來(lái)標(biāo)定平移向量。最后，從圖像求取多個(gè)特征點(diǎn)之間的距

6］。第二，進(jìn)行手眼標(biāo)定，消除系統(tǒng)中坐標(biāo)系間相互轉(zhuǎn)換計(jì)算的誤差。解決eye-in-hand手眼標(biāo)定問(wèn)題等同于解方程AX＝XB，需要機(jī)器人有足夠的可控自由度，使其末端旋轉(zhuǎn)軸能在二次運(yùn)動(dòng)中不平行［7］。當(dāng)機(jī)器人末端只有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度時(shí)，為了得到方程的唯一解，需要對(duì)標(biāo)定過(guò)程加入限制條件［8－10］?？梢钥闯觯煌O(shè)備的自由度不同，手眼標(biāo)定中存在諸多的限制條件，無(wú)法使用統(tǒng)一的方法解決。本文設(shè)計(jì)的ASB采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)的直角坐標(biāo)機(jī)械臂形式，提高了設(shè)備的剛性，減少了熱變形

裝在機(jī)器人末端的手眼系統(tǒng)的標(biāo)定?；谥鲃?dòng)視覺(jué)的標(biāo)定方法最早用于標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)，Ma[1]在1996 年提出的基于兩組三正交平移運(yùn)動(dòng)的攝像機(jī)自定標(biāo)方法，通過(guò)控制攝像機(jī)做兩組三正交平移運(yùn)動(dòng)，利用擴(kuò)展焦點(diǎn)（FOE）的性質(zhì)線性求解攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)；其后，李華等[2]給出利用5 組平面正交運(yùn)動(dòng)標(biāo)定攝像機(jī)所有的5 個(gè)內(nèi)參數(shù)的五參數(shù)模型的線性方法；同樣，主動(dòng)視覺(jué)的標(biāo)定方法被引入手眼矩陣的標(biāo)定，楊廣林等[3]通過(guò)控制攝像機(jī)做兩次平移運(yùn)動(dòng)和一次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，僅利用場(chǎng)景中兩個(gè)特征點(diǎn)

主動(dòng)視覺(jué)的結(jié)構(gòu)光手眼系統(tǒng)自標(biāo)定方法Self-calibration Approach for Structured Light Eye-in-hand SystemBased on Active Vision吉峰1郭新年2曹沁婕2白瑞林2于圣龍2(無(wú)錫信捷電氣股份有限公司1，江蘇 無(wú)錫214072;江南大學(xué)輕工過(guò)程先進(jìn)控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2,江蘇 無(wú)錫214122)摘要：為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)光手眼系統(tǒng)的標(biāo)定，提出一種基于主動(dòng)視覺(jué)的結(jié)構(gòu)光手眼系統(tǒng)自標(biāo)定方法。該標(biāo)定方法

求解與校正，即“手眼標(biāo)定”。傳統(tǒng)的手眼標(biāo)定方法是基于攝像機(jī)［3－4］的標(biāo)定，其通過(guò)在不同位置不同角度對(duì)空間中同一點(diǎn)P 進(jìn)行攝像，通過(guò)解算點(diǎn)P 在兩幅圖像中不同的位置關(guān)系，從而求解出攝像機(jī)與機(jī)器人的位置關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)手眼標(biāo)定的。而由于線激光器測(cè)量范圍有限，此方法不適用于線激光器的手眼標(biāo)定［5－6］。本文介紹了一種利用空間中一固定點(diǎn)P，通過(guò)控制機(jī)器人使激光器以不同姿態(tài)獲取固定點(diǎn)P 在激光器坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)，從而解算出激光器與機(jī)器人的位置關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)線激光器的手眼

的雙手協(xié)調(diào)能力和手眼配合能力都要求很高。中老年人的手眼機(jī)能處于人生的衰退期，比起少年兒童其靈敏度肯定是相差很多，所以很多中老年人對(duì)學(xué)習(xí)古箏心存畏懼，害怕學(xué)不會(huì)、彈不好。其實(shí)只要有科學(xué)的訓(xùn)練方法，合理的手眼分配，循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)進(jìn)度，完全可以在一定程度上克服生理弱點(diǎn)，達(dá)到較好的學(xué)習(xí)效果，使中老人也能在古箏上十指如飛，演奏出流暢動(dòng)聽(tīng)的美妙音樂(lè)。一、單手單弦的手眼配合在古箏學(xué)習(xí)的入門階段，由于指尖的靈敏度不足，無(wú)法感知義甲入弦狀態(tài)，如深淺、正側(cè)等，許多中老年人喜歡

兒抓，訓(xùn)練他們的手眼協(xié)調(diào)能力。小淙做這個(gè)游戲時(shí)興趣很濃。我靈機(jī)一動(dòng)想到了洗澡。于是我在大盆中倒好水，放進(jìn)“小魚”，先讓小淙坐在板凳上抓魚，然后讓小淙把腳伸進(jìn)盆里玩，再給她脫衣、洗澡。在游戲中，小淙全然不覺(jué)地洗了個(gè)干凈澡。洗完澡，我問(wèn)小淙：“洗澡好不好?”小淙居然還是回答：“不洗澡！”不過(guò)通過(guò)剛才的表現(xiàn)，媽媽已經(jīng)看到了真正的答案!后記：對(duì)待孩子切忌簡(jiǎn)單粗暴，最好通過(guò)游戲的方式引導(dǎo)他們。相信在游戲中，我們的孩子會(huì)更加健康茁壯地成長(zhǎng)!