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机器人视觉伺服系统是一种通过视觉传感器感知的视觉信息来控制机器人运动的系统。由于视觉信息包含信息量大，因此机器人视觉伺服系统相比于一般不具备视觉感知能力的机器人有着更高的自动化及智能化水平，对工作环境会具有更强的应变能力，能够完成更加复杂的工作，应用空间也会更加广阔。本文以PUMA560机械臂为研究对象，设计机械臂视觉伺服系统，实现PUMA560机械臂末端对平面运动的目标物体的跟踪。本文首先采用D-H方法，建立机械臂连杆坐标系并推导连杆坐标系之间的齐次变换矩阵分析了机械臂的末端位姿与机械臂各关节转角的运动学关系。同时又根据机械臂的几何结构进行了逆运动学求解，推导出了与给定机械臂末端位姿对应的各关节的转角的解析表达式。另外，本文研究了一种基于帧差法识别物体和模板匹配跟踪物体的图像处理算法，由该算法从摄像机采集图像中得出目标物体图像特征，将该算法由CodeComposer Studio编写在ICETEK-DM6437-B图像处理平台上运行的图像处理程序。依据摄像机模型和机械臂的运动学模型，本文采用模糊控制的方法设计了能够按照目标物体图像特征生成关节控制指令的视觉控制器。接下来又设计了通过ADuC7026模拟微控制器实现的机械臂关节的速率和位置反馈电路。推导出了机械臂的关节模型并测出其参数。在建立了各环节的模型的基础上，应用古典控制理论设计的关节控制系统。最后，本文给出了整个机械臂视觉伺服系统的MATLAB仿真结果验证了整个系统设计的合理性。也给出了系统利用Simulink下的RTW的进行调试的结果，分析了整个视觉伺服系统的性能。