机器视觉让机器人具有和人一样感知世界的能力,将视觉传感器加入到机器人系统,能使机器人更加智能。蛇形机械臂作为一类特种机器人,其应用场景多为复杂非结构环境,因而机器视觉是蛇形机器人在这类环境下顺利展开工作的重要保障。视觉导航,即利用机器人图像传感器采集的图像信息作为机器人闭环控制的反馈信号,也被称为视觉伺服。蛇形机械臂结构上呈现多关节多自由度的特点,所以其工作空间是一个严格意义上的三维空间,因此导致其视觉导航技术和传统地面移动机器人有着很大的区别。本文展开线驱动正交关节蛇形机械臂基于图像的视觉伺服系统的研究,以实现蛇形机械臂的空间视觉导航。主要工作如下:本文首先介绍了线驱动正交关节蛇形机械臂的机械结构设计,包括正交关节结构、杠杆驱动方式、驱动器安装等,并对其设计参数进行了说明。使用D-H参数法对蛇形机械臂进行了建模,推导出了蛇形机械臂的运动学方程,并根据运动学方程推导出了机械臂末端相对于基坐标系的位姿关系。同时完成了蛇形机械臂控制系统设计,设计了相关硬件电路,结合软件平台,搭建了有效的蛇形机械臂控制平台。针对蛇形机械臂多自由度、多被控对象的特点,分析了单关节运动对末端执行器位姿的影响,提出蛇形机械臂分级控制策略。其次,本文对机器视觉中常用的图像处理常用方法进行了探究,介绍了图像增强与平滑、图像特征提取、以及基于阈值的图像分割方法和基于特征的目标识别方法等常用的图像处理算法,并在Open CV平台下对算法进行了实现,并对实际处理效果进行对比,选择适合蛇形机械臂视觉导航控制的相关算法。然后,介绍了摄像机的成像原理,结合小孔成像模型推导出成像的数学表达式,得到了成像过程中世界坐标系、摄像机坐标系、图像坐标系以及像素坐标系之间的转换关系矩阵。根据张正友校准方法的基本原理,推导了相机参数求解公式,成功获得了相机内部参数和相机外参数矩阵,并以此为基础对摄像机拍得的图像进行校正处理。最后介绍了视觉伺服的相关概念,推导了无标定视觉伺服系统的图像雅克比矩阵,根据雅克比矩阵和目标函数设计基于无标定视觉伺服控制器,给出无标定视觉伺服的目标函数;设计基于SIFT和Camshift的目标跟踪算法;设计蛇形机械臂目标追踪实验系统,并对以上的运动目标追踪算法和控制器设计,在设计的蛇形机械臂平台上进行了试验验证。实验表明,所设计的平台可以实现蛇形机械臂系统的分布式控制,设计的控制方法可以实现蛇形机械臂的视觉伺服控制,具有较快的反应速度、较高的定位精度和可重复性。