1.机器视觉技术

机器视觉技术是用机器代替人眼来作测量和判断的技术。机器视觉系统的工作流程为：被摄取目标—经图像摄取装置—图像信号—经图像处理系统—数字信号—经抽取目标特征—判断结果并控制设备。该流程的实现需相应的硬件作为基础，典型的工业机器视觉系统的构成包括照明设备、镜头、相机、图像采集卡、视觉处理器等。

机器视觉系统主要由图像的采集、图像的处理和分析、图像的输出或显示三部分组成。机器视觉系统应该包括光源、光学系统、图像捕捉系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块。

（1）光源照明技术。光源照明技术对机器视觉系统性能的好坏有着至关重要的作用，光源应该具有以下特征：尽可能突出目标的特征，使物体需要检测的部分与非检测部分之间尽可能产生明显的区别，增加对比度；保证足够的亮度和稳定性；物体位置的变化不应影响成像的质量。机器视觉系统中一般使用透射光和反射光，对于反射光情况，应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理、物体的几何形状等要素。光源的选择必须符合所需的几何形状；同时，照明亮度、均匀度、发光的光谱特性也必须符合实际的要求，并且还要考虑光源的发光效率和使用寿命。常用光源有卤素灯、荧光灯和LED灯等。

（2）图像信号处理技术。图像信号处理是机器视觉系统的核心。视觉信息处理技术主要依赖于图像处理方法，包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、分割、特征抽取、图像识别与理解等内容。图像处理使输出图像的质量得到相当程度的改善，既优化了图像的视觉效果，又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。随着计算机技术、微电子技术以及大规模集成电路技术的发展，为了提高系统的实时性，图像处理的很多工作都可以借助硬件完成，如DSP芯片和专用图像信号处理卡等，而软件则主要完成算法中非常复杂、不太成熟或尚需不断探索和改进的部分。

（3）执行机构。机器视觉系统的最终功能要依靠执行机构来实现。根据应用场合的不同，执行机构可以是机电系统、液压系统、气动系统中的一种。无论哪一种，除了要严格保证其加工制造和装配的精度外，在设计时还需要对动态特性（尤其是快速性和稳定性）给予充分的重视。

2.机器人控制技术

机器人控制系统是机器人的大脑，是决定机器人功能和性能的主要因素。机器人控制技术的主要任务就是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等，具有编程简单、使用软件菜单操作、具有友好的人机交互界面、能够在线操作提示和使用方便等特点，其关键技术包括以下几个方面：

（1）开放性模块化的控制系统体系结构。采用分布式CPU计算机结构，分为机器人控制器（RC）、运动控制器（MC）、光电隔离I/O控制板、传感器处理板和编程示教盒等。机器人控制器和编程示教盒通过串口/CAN总线进行通信。机器人控制器的主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O、传感器处理等功能，而编程示教盒则完成信息的显示和按键的输入。

（2）模块化、层次化的控制器软件系统。控制器软件系统建立在开源的实时多任务操作系统Linux上，采用分层和模块化结构设计，以实现软件系统的开放性。整个控制器软件系统分为三个层次：硬件驱动层、核心层和应用层。三个层次分别面对不同的功能需求。对应不同层次的开发，控制器软件系统中各个层次内部由若干个功能相对独立的模块组成，这些功能模块相互协作，共同实现该层次所提供的功能。(www.daowen.com)

（3）机器人的故障诊断与安全维护技术。它通过各种信息对机器人故障进行诊断并进行相应维护，是保证机器人安全性的关键技术。

（4）网络化机器人控制器技术。目前，机器人的应用工程正由单台机器人工作站向机器人生产线发展，机器人控制器的联网技术变得越来越重要。机器人控制器上具有串口、现场总线及以太网的联网功能，用于机器人控制器之间和机器人控制器同上位机的通信，便于对机器人生产线进行监控、诊断和管理。

3.虚拟机器人技术

虚拟机器人技术是基于多传感器、多媒体和虚拟现实以及临场感技术，实现机器人虚拟遥操作和人机交互的技术。

虚拟现实技术与智能机器人监控技术协同作业的机器人系统的突出特点是既可作为操作员的训练平台，提供逼真的现场操作感觉，又是一个仿真平台，可以根据机器人工作现场的实际情况进行仿真试验，还是一个功能多样的智能机器人操作平台，可以实施实际作业。

应用虚拟现实技术可以构造具有临场感的人机交互界面实现监控。虚拟现实的作用主要体现在以下两个方面：

（1）实现预测显示（Predictive Display）。根据物体和机器人的几何模型和物理模型（运动学模型和动力学模型）构造虚拟环境和虚拟机器人。虚拟机器人能够即时响应操作员的动作，进行连续运动。通过仿真运行，虚拟机器人能够按照规划的程序预测显示机器人的运动轨迹，操作员可以对指令序列进行验证和优化，以提高操作的安全性和可靠性。

（2）实现临场感监视（Virtual Presence）。对于机器人以及结构化的操作环境，物体的几何信息是已知的，可以根据机器人和物体的位置信息，通过图形重构合成虚拟的操作环境，将操作环境的真实状态显示出来。在虚拟环境中，不仅实现了立体显示，而且操作员可以改变视点进行漫游，从而通过位姿信息而非视频图像实现操作环境的临场感监视。