合肥研究院研发的“高粉尘套袋机器人”项目获创新成果二等奖

高粉尘环境，顾名思义就是粉尘浓度较高的环境，与工人患上尘肺病存在着密切的联系。工人长时间在高粉尘环境中工作却没有做好个人防护，就会吸入大量细微粉尘，这些粉尘在体内潴留就会导致尘肺病的发生。高粉尘的工作环境对工作的身体健康损坏较大，应采用机器人代替人工劳动生产。

日前，合肥研究院研发的“高粉尘强腐蚀环境下的套袋机器人关键技术研究”获得2021年度中国产学研合作创新成果奖二等奖。该项目团队攻克了在高粉尘环境下机械臂机构设计与防护、柔性自适应抓取袋手爪、视觉伺服与图像恢复、分级控制系统与防爆等多项关键技术。地推动水泥、化肥、化工原料、粮食等传统产业向自动化、标准化、智能化和绿色化方向发展。

机械臂是高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂系统。因其独特的操作灵活性，已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。

机械臂是一个复杂系统，存在着参数摄动、外界干扰及未建模动态等不确定性。因而机械臂的建模模型也存在着不确定性，对于不同的任务，需要规划机械臂关节空间的运动轨迹，从而级联构成末端位姿。机器人系统是由视觉传感器、机械臂系统及主控计算机组成，其中机械臂系统又包括模块化机械臂和灵巧手两部分。

视觉伺服的概念，常见于机器人技术方面的研究，是由hill和park于1979年提出的。“伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思 。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动;讯号来到之后，转子立即转动;当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名—伺服系统。 视觉伺服，一般指的是，通过光学的装置和非接触的传感器自动地接收和处理一个真实物体的图像，通过图像反馈的信息，来让机器系统对机器做进一步控制或相应的自适应调整的行为。

上个世纪60年代，由于机器人和计算机技术的发展，人们开始研究具有视觉功能的机器人。但在这些研究中，机器人的视觉与机器人的动作，严格上讲是开环的。机器人的视觉系统通过图像处理，得到目标位姿，然后根据目标位姿，计算出机器运动的位姿，在整个过程中，视觉系统一次性地“提供”信息，然后就不参与过程了。在1973年，有人将视觉系统应用于机器人控制系统，在这一时期把这一过程称作视觉反馈(visual feedback)。直到1979年，hill和park提出了“视觉伺服”概念。很明显，视觉反馈的含义只是从视觉信息中提取反馈信号，而视觉伺服则是包括了从视觉信号处理，到机器人控制的全过程，所以视觉伺服比视觉反馈能更全面地反映机器人视觉和控制的有关研究内容。

最 早基于视觉的机器人系统, 采用的是静态look and move 形式。即先由视觉系统采集图像并进行相应处理， 然后通过计算估计目标的位置来控制机器人运动。这种操作精度直接与视觉传感器、机械手及控制器的性能有关，这使得机器人很难跟踪运动物体。到80年代，计算机及图像处理硬件得到发展，使得视觉信息可用于连续反馈，于是人们提出了基于视觉的伺服控制形式。这种方式可以克服模型( 包括机器人、视觉系统、环境) 中存在的不确定性，提高视觉定位或跟踪的精度。

图像恢复是通过计算机处理，对质量下降的图像加以重建或恢复的处理过程。图象恢复指消除成像过程中因摄像机与物体相对运动、系统误差、畸变、噪声等因素的过程。在该过程中，需要先建立造成图像质量下降的退化模型，再应用模型反推真实图像，同时运用特定的算法或标准来判定图像恢复的效果。在遥感图像处理中，为消除遥感图像的失真、畸变，恢复目标的反射波谱特性和正确的几何位置，通常需要对图像进行恢复处理，包括辐射校正、大气校正、条带噪声消除、几何校正等内容。

分级控制又称等级控制或分层控制，是指将系统的控制中心分解成多层次、分等级的制体系，一般呈宝塔型，同系统的管理层次相呼应。分级控制的特点是综合了集中控制和分散控制的优点，其控制指令由上往下越来越详细，反馈信息由下往上传越来越精练，各层次的监控机构有隶属关系，它们职责分明，分工明确。分级控制的基本思想是在不同的误差范围内采用不同的控制器，以达到在不同条件下的不同控制，使控制系统达到理想的效果。

新闻来源：中国科学院合肥物质科学研究院