機器人視覺與感知
視覺伺服
視覺伺服,是指用一路即時的相機畫面作為持續不斷的反饋來引導機器人的運動,根據機器人此刻所看到的東西,每秒鐘修正動作許多次。這就好比:你是瞥一眼目標、然後閉上眼睛盲伸過去,還是一路睜著眼睛、邊走邊調整你的手。在視覺伺服裡,機器人一直在看,把東西此刻出現的位置,和它希望東西出現的位置做對比,再推動馬達去縮小這個差距——如此反覆,構成一個緊湊的循環,直到畫面與目標吻合為止。
訣竅就在這個閉環上。開環的伸手是事先算好一個方案、然後照做到底,所以任何誤差——稍有偏差的測量、移動過的物體、垂下來一點的關節——都得不到糾正,機器人就會錯過目標。視覺伺服把環閉合起來,辦法是不斷地把相機看到的畫面送回控制器:看到誤差,就動一點去減小它,再看一眼,再動一下。由於每個循環用的都是新鮮的視覺資訊,機器人就能自然地應付那些它事先並不完全清楚的情況,正如你穿針時是靠一邊看一邊調整,而不是把線的路徑一次性算出來。
正是這一點,讓機器人能在不斷變化的世界裡完成精細的、由視覺引導的任務:焊接機械臂跟蹤一條移動的焊縫、無人機在一艘漂移的船隻上方穩穩懸停、機械手把插頭對準插座,或是一隻帶相機的夾爪在枝條搖晃時仍持續把水果對準中心。代價是:控制器必須把影像處理得足夠快、反應得足夠及時,使這個環保持穩定,而不至於衝過頭、來回振盪。
一隻腕部裝有相機的機械臂朝 USB 接口湊過去,發現自己還偏高、偏左一點,便加以修正,再看一眼,如此重複,直到插頭順利插入——全程不需要事先精確測好的座標。
看到誤差、移動以縮小它、再看一眼——由即時視覺驅動的控制。
這裡的「伺服」一詞借自伺服機構——一種用反饋把誤差驅向零的系統;視覺伺服只是把視覺當作了那個反饋。
又稱
另見