发布时间：2022-09-28 19:28:59
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的机器人实验室样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
这个问题正是Cynthia Breazeal前进的动力。Breazeal是美国麻省理工学院（MIT）媒体实验室的个人机器人小组创始人，也曾是该小组的主管，绝对称得上是社交机器人领域里的领军人物。最近，她从大学辞职，希望能专心开发出史上首个家用社交机器人――Jibo。Breazeal的发明有一个宏大的愿景，那就是让人性化的高科技机器人走进千家万户。
Breazeal认为：“它（机器人）不仅要具有自然的沟通能力，还要能理解人类的思维方式。每当我们体验这个世界，做决定并采取行动，我们当然会考虑相关信息，但我们也会考虑其他因素。机器人可以有社交功能，也能有真情实感，更是实实在在的物体。不仅如此，只要支持人类全面体验的技术越多，人类自身的本领就会越强大。社交机器人可以算是历史上首次在上述所有这些层面内对人类体验的一种综合体现。”
多年以来，Breazeal一直在研究人性化的机器人，希望赋予他们人际交往的技巧，探究它们如何推进儿童教育、医治慢性病、高级护理等各种类型的工作。甚至，社交机器人还可以帮助家庭成员更好地相处、互动。例如利用相关技术，它们可以让住在千里之外的祖父看到自己的孙女，并且和她玩实时游戏。
Breazeal介绍，除了增进交互，机器人技术也能有效地鼓励人们改进言行。机器人可以扮演教练，指导用户锻炼身体。Breazeal发现，和人类相似的外形、沟通手段、动作和互动方式可以产生比其他技术形式更持久、更重要并且更符合人们期望的成果。
她说：“如果可以创造一种人性化的技术，让人感到它对所有人一视同仁，那么人们就会更有能力，也会把事情做得更好。”
[关键词]服务机器人； 人机交互；仿生材料；认知互；物理互；安全性
中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）19-0247-01
1 引言
人形交互式服务机器人是具备人类外形特征和行动能力，并且能完成有益于人类服务工作的机器人。随着当今运动学和动力学、系统结构、传感技术、控制技术、行动规划、应用工程和人工智能等学科的发展，机器人学和机器人技术也不断发展创新。人类可以赋予机器人人类外形和人类的一些特征，使之可以更好的适应人类工作环境和更好的服务于人类，甚至成为人类亲密的好朋友[1]。人形交互式服务机器人因此诞生 。近些年来对人形交互式服务机器人的研究取得了很大进展，但仍存在技术上的难点，面临着巨大的挑战。本文针对近些年国内国外机器人的研究现状和发展做了总结和概括，通过分析当前关键技术研究，探讨了人形交互式服务机器人研究思路和发展趋势。
2 人形交互式服务机器人国内外研究现状
2.1 国外研究现状
20世纪60年代后期，人形机器人进入研究视野，最初目标是使机器人可以模仿人类进行双足行走。1999年日本本田率先研究双足仿人机器人的预测运动控制，并在 2000 年了首款 ASIMO 机器人[2]麻省理工研制的机器人Kismet，能通过眼、鼻、耳等处的传感器识别外界感情信号，可以识别喜、怒、哀、乐等感情表达，并作出相应的表情动作[3]。国际上MIT 计算机科学和智能实验室、日本本田公司机器人研究中心、德国宇航中心机器人研究室等研究机构都致力于人形交互式服务机器人的发展。
2.2 国内研究现状
国内人形交互式服务机器人研究起步较晚，但机器人技术发展迅速。2000年国内第一台人形双足机器人“先行者”研制成功，可以实现前进后退，转弯前行和手臂摆动等基本动作。西安超人雕塑研究院仿人机器人“索芙亚”具有声音识别和眼部控制机构，实现眨眼、微笑、点头等迎宾服务动作[4]。北京理工大学研制的“汇童”BHR机器人[5]和浙江大学研制的Wu&Kong实现与人乒乓球对打，对打回合次数高达200多回合。
3 人形交互式服务机器人关键技术
3.1 仿生学材料与结构
人形交互式服务机器人从仿生学角度出发，具有仿造人体生物结构、性状、原理及其行为的特点。其中仿生学材料和结构是机器人重要的关键技术和组成部分，通过对生物体材料构造与形成过程进行研究和仿生，使组成机器人所用的材料具有与构成人体的生物材料强度、韧性及一些类似的生物特性，这将大大提高机器人对人工作环境的适应能力。当前仿生皮肤和人造肌肉成为机器人仿生材料领域的研究热点。人体有诸多骨骼支撑，骨骼由关节和肌肉韧带连接，这可以确保人体的灵活运动，对该结构的仿生是人形交互式服务机器人研究的最高目标。张永军等根据人体上肢结构原理 ， 提出一种上肢仿生机构 ， 并针对所提出的机构进行了优化设计和运动学分析，为制造出灵巧方便的上肢仿生机构提供了理论依据[6]。
3.2 智能交互性
人与服务机器人之间的交互主要分为认知互和物理互。两者相互作用才能完成人与机器人之间的互相配合。
3.2.1 认知互
认知互是指人与机器人通过力觉、触觉、听觉、视觉等感官性的接触、肢体语言和语言交流，使机器人与人进行理解性的沟通。符合人类审美的外观、对人类生存环境的高度适应性以及能与人类进行有效准确的信息交流、人性化的情感交互是人形交互式服务机器人最为关键的功能。
认知互的实现需要仿生结构、机械设计、电子传感等技术相结合例如表情机器人，在结构设计的基础上，建立和表情机器人结构相匹配的面部柔性体模型，利用有限元分析方法对面部皮肤柔性体模型进行分析和仿真，模拟仿人机器人的幸福、悲伤、惊奇、愤怒等基本面部表情，进而通过位移载荷，控制区域，实现人的表情动作[3]。
3.2.2 物理互
人与机器人的工作距离越来越近，两者直接的相互接触越来越多。当机器人本体工作时，会与人类相互接触，这种情形称之为物理互。为了使人形交互式服务机器人得到更广泛的应用，机器人本体不仅需要具有友好的认知互能力，还需要具有良好的人机肢体接触交互能力。物理互主要分为主动接触交互和被动接触交互。
在人机被动接触交互的过程中，刚度控制的不合理、不准确可能会对机器人自身或者交互对象造成严重的损伤。鉴于此，机器人的柔顺性控制值得重视。其关键在于被动柔顺系统及柔顺关节设计。如熊根良等利用关节力矩传感器，阻抗控制策略和力反馈的轨迹规划构成了人机交互的柔顺系统，有效地降低了碰撞瞬间的冲击力。因此，被动柔顺系统及柔顺关节设计值得进一步研究[7]。
3.3 安全性
人形交互式服务机器人要想长时间的存在于人们的日常生活中，就必须保证机器人使用的安全性。机器人与人发生碰撞是机器人应用过程中造成伤害的源头。若交互时机器人不能满足平衡性约束条件，就很容易导致机器人平衡稳定性差甚至摔倒；若人机交互时手臂采用完全的刚性控制容易导致手臂的弯曲甚至折断。因此，为了保证人和机器人的安全，有必要对人机肢体接触交互时的安全性问题和机器人平衡性问题进行深入研究[8]。
关于碰撞检测与碰撞避免的研究说明百分之百的避免碰撞很难做到，因此必须有其他安全保证策略。通过设计轻型机械臂、被动柔顺系统、设计柔顺关节、设计被动机器人系统等方式，可以增加机器人的安全性。提高机器人认知性以及设计合理的交互控制参数也是提高机器人安全性的重要途径。
4 人形交互式服务机器人发展趋势
人形交互式服务机器人发展迅速，应用前景广阔，并已取得一定的研究成果，但仍然存在着一些技术上的难题，比如，如何提高机器认本体交互功能准确性、智能性、灵活性，如何控制智能交互性和物理交互性的相互协调，以及如何保证机器人使用的安全性的问题等等。因此，人形交互式服务机器人的发展应以认知互为前提，物理互为目的，并使两者相互配合、相互协调。例如在触觉传感器感知外界环境特性（软和硬），语音识别判断交互需求的基础上，机器人可进行物理互时的柔顺性控制。人形交互式服务机器人发展趋势有以下几点：
（1）将传统材料、结构与仿生学材料、结构有机结合，提升机器人对环境的适应能力。
（2）深入研究开发传感器技术，提升传感器精度，为机器人的结构提供基本技术基础。
（3）深入研究柔顺性技术，并由刚性结构向刚性结构与柔性结构相结合的一体化结构发展。
（4）通过开发新型材料和控制技术来减小碰撞对安全性问题的不利影响。
相信随着理论水平的不断提高和关键技术的创新开发，上述问题会得到一一解决，人形交互式服务机器人的整体性能将更加全面，工作效率将进一步提高。
参考文献
[1]虞汉中， 冯雪梅. 人形机器人技术的发展与现状[J]. 机械工程师， 2010（7）：3-6.
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[3]王晓娇. 面部表情仿人机器人的设计与研究[D]. 沈阳工业大学， 2013.
[4]杨杰. 拟人机器人头部设计与嗅觉系统研究[D]. 河北工业大学， 2006.
[5]艳涛. 汇童机器人第4、5代集体亮相[J]. 机器人技术与应用， 2012（4）：44-44.
[6]郑浩峻. 可重构多机器人移动系统结构及运动学研究[D]. 清华大学， 1999.
【关键词】AGV技术 巡检机器人本体 导引方式
AGV是自动导引运输车（Automated Guided Vehicle）的英文缩写。在国内电力领域已经开始研制变电站自动巡检机器人，这种机器人系统一般主要有移动机器人本体、自动控制系统、信息检测系统等部分。其采用了GPS定位、光码盘校正定位、激光雷达扫描、路径跟踪技术、本体控制技术、临场感应遥控辅助、无线通信局域网和物联网等技术划分出相应的子系统模块，实现了自控机器人在变电站现场自主巡检的功能。机器人本体能够携带多种仪器和传感器，以自主或遥控的方式，代替人对室外高压设备进行巡测，及时发现电力设备的内部热缺陷、外部机械或电气问题如：异物、损伤、发热、漏油等，诊断电力设备运行中的事故隐患和故障先兆，对设备热缺陷，声音异常、移动目标、人与动物闯入，烟雾能自动判断和报警，以便及时采取措施消除事故隐患。AGV 的导引技术是AGV 控制的核心技术，它决定了AGV 的导引方式。AGV 导引方式按导引线路的形式主要分固定路径导引和自由路径导引两大类。固定路径导引是在行驶的路径上设置导引用的信息媒介物，AGV 通过车体上的传感器检测出它的信息而得到导引。具体的线路可以是电磁感应方式中的导引电缆、机械方式中的轨道、磁导引方式中的磁条及光导引方式中的反光带等。自由路径导引方式是指AGV 上存储着布局上的尺寸坐标，通过识别车体当前方位，自主地决定行驶路径。自由路径导引方式主要有惯性导引、信标定位、位姿积算及计算机视觉等几种。
一、导引方式
（一）电磁导引方式。利用电磁感应的原理，在沿运行线路的地面上设置一条宽约8mm、深约20mm 的浅沟，浅沟中敷设导线，馈以5-30kHz 的交变电流，以形成沿导线扩展的交变电磁场，车上的捡拾传感器接收此信号，并根据信号场强度的判断使车辆正确地沿埋线跟踪导向运行。电磁导向有单频制导向和多频制导向两种方式。单频制方式是在整个线路上均提供单一频率振荡电磁信号，通过接通或断开各线路段的馈送电流来规定运行线路，引导车辆运行。这种导向方式要求有集中的控制站，并在各线路交叉和分支处装设传感标志（如磁铁等）和分支线段的通断接口。多频制方式是线路中每个环线或分支线都设置自己的线路频率，分别由不同频率的振荡器来馈电。
（二）光学控制带导引方式。光学导向系统有识别式和反射式两种。它是在线路上敷设一种具有稳定反光率的专门漆带。导向车上装备有发射和接收功能的红外光源，用以照射漆带，同时还设有接收反射光的光电传感器，均匀分布在漆带及两侧位置上，通过对由传感器检测到的光信号进行比较计算，调整小车的运动方向，从而达到导向运行的目的。
（三）激光测距与测角导引方式。该方法的主要特点是在AGV 行走空间的特定位置处，布置一批激光光束的反射镜模型计算AGV 的位置，实现引导。AGV 行驶过程中，车上的激光扫描头不断地扫描周围环境，当扫描到行驶路径周围预先垂直设定好的反射板时，即“看见”了“路标”。只要扫描到三个或三个以上的反射板，即可根据它们的坐标值，以及各块反光板相对于车体纵向轴的方位角，由定位计算机算出AGV 当前在全局坐标系中的X 、Y 坐标，距离和当前行驶方向与该坐标系X 轴的夹角，实现准确定位和定向。该导引方法的特点是，当提供了足够多反射镜面和宽阔的扫描空间后，AGV 导引与定位精度十分高，地面无需其他辅助定位，且路径灵活，适合多种环境。
（四）超声波制导方式。该方法类似于激光测量方法，不同之处在于不需要设置专门的反射镜面，而是利用一般的墙面或类似物体就能进行引导，因而在特定环境下提供了更大的柔性和低成本的方案。
（五） 磁导引方式。这种方式和电磁导引比较类似，只是把导引线换成磁条。
（六） 视觉导引方式。视觉导引是通过CCD 摄像机生成AGV 周围场景的图象，与计算机系统中存储的环境地图进行特征匹配，从而可以确定出车体的当前位姿。
（七） GPS导引方式。GPS导引方式通过全球定位系统对非固定路面系统中的控制对象进行跟踪和制导。
AGV有以上多种制导原理，其中，工厂AGV 大多采用电磁制导，而激光、视觉导航具有引导柔性好、工作可靠和智能化水平高的特点，已成为技术先进、性能优越AGV 的发展趋势。实验室一般采用光学制导，其运行范围大，运行精度高，地面费用低，但要求工作环境清洁，不适于工作条件比较恶劣的环境。
二、系统构成和意义
AGV控制系统中的三个主要技术：导航、路径规划和导引控制。为了能够解决好这些问题，控制系统分为地面（上位）控制系统、车载（单机）控制系统及导航/导引系统，其中，地面控制系统指AGV系统的固定设备，主要负责任务分配，车辆调度，路径（线）管理，交通管理，自动充电等功能；车载控制系统在收到上位系统的指令后，负责AGV的导航计算，导引实现，车辆行走，装卸操作等功能；导航/导引系统为AGV单机提供系统绝对或相对位置及航向等。该系统的研制将大大降低电厂变电站相关工作人员的劳动强度，能在第一时间监测和发现安全隐患，对突发事故能第一时间响应并处置，从而避免或降低事故风险。
参考文献：
[1]叶菁.磁导式AGV控制系统设计与研究[D]武汉理工大学 ， 2006 .
[2]徐海贵， 王春香， 杨汝清， 杨明. 磁传感系统在室外移动机器人导航中的研究[J]. 机器人 ， 2007，29（1）：61-66
关键词：机器人竞赛；创新实践；项目教学法
作者简介：毛丽民（1981-），男，江苏常熟人，常熟理工学院电气与自动化工程学院，讲师；刘叔军（1962-），男，黑龙江宝清人，常熟理工学院电气与自动化工程学院，教授。（江苏 常熟 215500）
基金项目：本文系国家自然科学基金（项目编号：61273312）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK2010261）的研究成果。
中图分类号：G642.423 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）01-0148-03
在国外院校，学生本科阶段就开设了机器人启蒙课程，使学生对机器人能够有普遍地了解，研究生阶段开设关于机器人的更深层次的课程，而国内高校本科阶段开设机器人课程的相对较少。
机器人教学与其他学科教学的最大不同之处在于，机器人教学在学习上充分渗透了研究性学习的思想，而且机器人教学实践性非常强。实践教学是培养学生实践能力，培养创新创业人才的重要教学环节。高校要把实践教学和理论教学摆在同等重要的位置，要不断改革实践教学内容，改进实践教学方法。以机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法研究，对大学生创新素质教育具有重要的现实意义。
一、项目教学方法
“给你55分钟，你可以造一座桥吗？”这是德国教育专家弗雷德·海因里希教授在“德国及欧美国家素质教育报告演示会”上介绍“项目教学法”的一个实例。首先由学生或教师在现实中选取一个“造一座桥”的项目，学生分组对项目进行讨论，并写出各自的计划书；接着正式实施项目——利用一种被称为“造就一代工程师伟业”的“慧鱼”模型拼装桥梁；然后演示项目结果，由学生阐述设计思想和构造机理；最后由教师对学生的作品进行评估。通过以上步骤，可以充分发掘学生的创造潜能，培养和提高他们的动手能力、实践能力、分析能力和综合能力。
以机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法研究，就是要将项目教学法应用到机器人的创新实践中，把各项理论知识和实践技能有机地结合，将机器人的项目分解成多个明确的目标任务，让学生在规定的时间里独立完成相应的任务，其目的在于充分发掘学生的创造潜能，提高学生解决实际问题的综合能力。通过实践探索出一种能提高学生创新和实践能力，全方位调动学生学习的积极性的机器人教学模式。在实施“机器人竞赛、创新实践为导向的项目教学法”时，重视机器人项目的选择、机器人具体成果展示、教师的评估与总结、充分利用创新实验室的现有资源并使之与现代化教学相结合，这是搞好“项目教学法”的关键。
二、机器人竞赛
机器人竞赛是一项很好的科技创新活动，形式繁多，内容丰富。设计方案的开放性，也为学生的创新奠定了基础。参赛者可以用不同的方法实现同一个项目，通过比赛，激发其对机器人的学习兴趣，引导他们积极探索机器人新科技，为其自主创新能力的培养提供良好的平台。
中国机器人大赛暨RoboCup 公开赛：1999年，在RoboCup 国际委员的支持和授权下，首届中国机器人大赛暨RoboCup 公开赛在中国重庆举办，目前是中国机器人最具影响力的赛事，比赛共设立12类65项赛事。机器人竞赛种类多、规模大、水平高，为大学生进行创新实践活动提供了很好的平台。
“未来伙伴”杯中国智能机器人大赛（暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛），是中国人工智能机器人专业委员会等多个单位主办的一项全国性赛事。大赛包含机器人救火大赛、机器人足球比赛、机器人创新大赛、机器人搜救大赛、机器人擂台赛和机器人舞蹈戏剧大赛等6个主题项目。其中机器人救火大赛是国际赛制机器人灭火比赛（暨国际机器人灭火比赛中国赛区选拔赛）。
“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛，由教育部委托高等学校自动化专业教学指导分委员会主办。竞赛分竞速赛与创意赛两类比赛。自2006年首次举办以来，“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛已经成功举办了6届。
三、机器人实践教学的具体实施
机器人竞赛、创新实践是一项很好的科技创新活动，机器人的趣味性易于激发学生学习和研究的兴趣，同时将创新实践、竞赛引入教学过程，使学生变被动学习为主动学习和研究。
“机器人项目教学法”的一般教学结构如图1所示：
“项目教学法”最显著的特点是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，改变了以往“教师讲，学生听”被动的教学模式，创造了学生主动参与、自主协作、探索创新的新型教学模式。
本文以参加2012年中国机器人大赛暨RoboCup 公开赛的医疗与服务机器人组的项目为例，在比赛初期确定人员，将不同专业和不同年级的学生组成一个竞赛小组，研究竞赛规则、制定项目方案、机器人结构设计、电路设计、程序调试，学生分工合作，过程中集思广益、取长补短、团结协作。这种在探索中学习的过程是其他教学环节无法实现的，对于培养学生的实践创新能力非常重要。本文以一种医疗与服务机器人设计为导向的项目教学法，按照以下六个教学步骤进行：
1.项目的申请
根据学院参加机器人竞赛的实际情况，中国机器人大赛暨RoboCup公开赛，作为全国最具影响力的机器人比赛。本学院主要参加了医疗服务机器人、机器人游中国、擂台等机器人项目，学生可以针对感兴趣的比赛项目，或者根据江苏省高等学校大学生实践创新训练计划，申报项目，填写申请书。教师针对学生申报的项目，分析学生的实际情况，建议选择项目规模和难度适中的项目。
中国已经进入了老龄化社会，而且在今后几年内老龄人口数量将会呈上升趋势，老龄化将更加严重。老龄化使社会的劳动力减少，一些老年人不仅不能参加劳动，而且有的甚至失去了自理能力，需要人照顾，这就增加了他们的子女以及社会的负担。年轻人为了工作日益繁忙，在目前服务行业工作者稀缺的背景下，在医院时不时会有行动不便的病人需要护士和家人的搀扶。而在没有人帮助的情况下，行动不便的病人寸步难行，稍有不慎就有可能摔倒受伤。所以笔者建议学生选择参加医疗与服务机器人创新设计与制作赛项，设计一种医疗服务机器人更好的服务病人。
2.项目团队的建立
建立学生团队，营造互相竞争、互相帮助的学习氛围，学生在做项目过程中携手合作，弥补相互间的不足，遇到问题大家一起讨论解决，这让学生体会到团队的重要性，做到共同进步。同时，团队的学生分工明确，每人负责项目的某一部分，使学生真正参与到项目中，整个项目的完成，离不开每一个学生，学生为使项目不会因为自己负责的部分没有完成而主动学习，主动查资料，可以培养和提高学生的自主学习能力。学生团队的建立，应考虑学生的专业，年纪，特长等因素。教师确定一名队长，根据项目的特点，队长可以自己招学生，实现学生管理学生。
参加医疗与服务机器人创新设计与制作赛项，笔者选择了5名学生，队长由09级的一名学生担任，该生组织能力比较强，专业能力也比较脱出，由他负责整个项目的进展，汇报工作。其他学生分别是1名2009级的，2名2010级的，1名2011级的，专业分别是自动化、测控、电气。
3.项目任务、计划的制定
团队负责人制定机器人项目工作计划，确定工作步骤。机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的智能仪器。本次设计的医疗服务机器人由小组讨论决定，医疗服务机器人外形像轮椅，病人能够独自驾驶去化验室拿取报告，去门诊找医生复诊，降低护士工作量及病人家属的负担。为使医疗服务机器人更好的服务病人，该团队为机器人设置了两种模式：座椅模式和病床模式，免去了病人就诊、休息时需要被移动到病床上的麻烦。机器人将现场键盘控制和远程控制相结合，实现护士对病人的远程监护，机器人在前进过程中，检测到前方有障碍物时就会立刻停下，减少不必要的事故。同时机器人配备了机械手，可以帮助病人取物品，最大程度帮助病人。
根据团队中学生的专业、特长等分配任务，负责机器人机械结构设计的学生需要画图纸、电焊等来完成机器人结构的设计、机械手的设计；电路设计的学生制作包括单片机电路、电源稳压电路、电机驱动电路、红外避障电路、键盘输入电路；测控专业的学生负责电路的测试、场地的制作等工作；程序编写的学生，完成程序的设计、调试；控制界面的设计由另外一个学生负责，主要是VB编写上位机、WIFI摄像头的调试、蓝牙通信的调试。
根据机器人项目的特点，学生在制作过程中可适当地作一些调整。根据项目完成的时间确定工作步骤，进行时间分配。最终得到教师的认可才能执行。
4.项目制作
学生自己确定各自在小组中的分工，然后按照已确立的工作步骤和程序工作。基于机器人项目的作品成果形式多种多样，可以是调查报告、实物模型、演讲稿、论文等。通过展示作品成果，可反映学生在项目完成过程中所掌握的技能。本次设计的医疗服务机器人成果包括机器人模型一个、机器人设计与使用说明书一份、演讲稿一份。在本项目比赛结束后，指导学生按照他们设计的医疗服务机器人撰写论文、申请专利。
5.项目检查评估
整个项目检查评估采用答辩的形式向教师汇报，首先由队长对整个项目进行汇报总结，再由队员对自己负责的工作进行汇报和自我评估，并且对设计的医疗服务机器人进行展示，教师根据团队成员的表现、研究成果表述和作品的展示进行检查，为到现场比赛作准备。
针对项目中出现的问题，师生共同讨论，教师引导学生独立思考问题，解决问题。学生通过对比师生评价结果，找出造成结果差异的原因
6.项目资料归档或应用
为使学生养成良好的习惯，项目结束后，教师监督学生将项目工作资料整理归档，材料包括项目申报书、进度表、机器人机械结构图、程序设计流程、机器人控制程序、项目结项书、项目报告讲义等。
四、机器人项目教学的成果
机器人创新实践是一个综合性、高难度的科技制作过程，有利于提高学生的动手能力和创新能力。在教师指导下，学生通过自己查阅资料、提出有创意的设计方案，选择合适的元件，设计、焊接电路，编程、测试程序等，充分调动了学生的积极性，发挥学生的创造力，使学生在实践中进一步提高自己的综合能力。有助于将学生的兴趣应用到教师的科研中，使学生们热爱科技，投身科技，在学校形成良好的科技学术气氛。
本校参加机器人竞赛源于2010年，当时参赛的赛事为“飞思卡尔”杯全国大学生智能汽车竞赛、中国机器人大赛暨RoboCup公开赛、江苏省机器人大赛、“未来伙伴”杯机器人竞赛，并因此开设了机器人技术、机器人创新实践与竞赛等公共选修课；制定了《大学生创新实验室项目负责制实施办法》，针对项目采取一系列措施，保证学生能在项目的过程中锻炼自己的能力，同时能保证创新实验室项目的创新性。实践教学效果显著，本校代表队在2012年第七届“飞思卡尔”杯华东赛区比赛中，获得摄像头组第一名，晋级参加全国决赛的队伍，获得全国摄像头组特等奖。2012年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛获得3项季军，2010年“未来伙伴杯”获得灭火比赛冠军，受邀参加在美国举办的国际机器人灭火比赛。
五、结论
实践教学的目标是培养学生通过实践发现、分析和解决问题的能力，培养创新精神和初步的科学研究能力。机器人创新实践活动以其高度的实践性被越来越多的高校引入实践教学。本校自动化学院机器人实践教学的具体实施，促进了学院各学科综合发展，提高了教师的理论、实践教学水平和科研水平，使学生对机器人相关课程融会贯通，提高了学生自主学习、创新和团队合作等综合能力，推动了学院实践教学体系的发展和完善。
参考文献：
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关键词： 拟人机器人； 人脸检测； 人脸跟踪； 人脸识别
中图分类号：TP319 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2012）12-14-02
Research on face recognition system of humanoid robot
Liu Renping， Han Xianfeng， Fang Yinglan， Hou Ruizhen
（North China of Technology， Beijing 100144， China）
Abstract： Face recognition system is studied in this paper. Based on the workflow of face recognition system of humanoid robot， the Adaboost algorithm for face detection， Camshift algorithm for face tracking and PCA algorithm used in this face recognition system are discussed in detail. After applying these classical algorithms， it produces a higher recognition rate and good system performance.
Key words： humanoid robot； face detection； face tracking； face recognition
0 引言
人脸识别是指根据人脸所特有的特征信息进行人物身份识别的一种技术，是近些年来生物特征识别领域最活跃的研究热点之一。一个完整的人脸识别系统包括图像采集、人脸检测、人脸跟踪、图像预处理、特征提取以及身份识别等模块，因此人脸识别是一门涉及计算机技术、图像处理、机器视觉、模式识别、人工智能以及生物学的综合性学科。
本文将要介绍的拟人机器人人脸识别系统的研究，正是致力于实现一个完整的适合拟人机器人的人脸识别系统，使其具有更好的交互能力和拟人效果。这对于拟人机器人的研究以及应用领域具有重要的现实意义。
1 拟人机器人人脸识别工作流程
拟人机器人人脸识别的工作流程如图1所示，主要有训练学习和人脸检测跟踪识别两个阶段组成。在人脸检测跟踪识别阶段，位于机器人头部的摄像头不停地采集进入其视野范围内的视频帧，并实时地进行人脸检测，如果其视野范围内一旦出现了人脸目标则立刻对该人脸目标进行实时跟踪，在跟踪的过程中系统会自动获取带有人脸的视频帧。接下来系统会对该视频帧进行图像预处理、特征提取等一系列操作，将待识别的图像特征与“人脸库”中的特征进行对比，触发拟人机器人的语音模块，将识别结果进行简单的语音输出。而这个阶段使用的人脸库是在训练学习阶段，对事先采集好的待识别的目标人物在不同环境下以及不同表情姿态（正面，微侧）的图片进行处理形成的人脸特征库。
[机器人头部][开始][摄像机][获取视频流][人脸检测] [人脸跟踪] [失败][失败][成功][人脸检测][成功][预处理][人脸识别][目标人脸特征数据][特征提取][人脸训练集][人脸检测][预处理][特征提取][识别结果语音输出][结束]
图1 拟人机器人人脸识别系统框架
2 人脸检测、跟踪和识别的实现
人脸检测、人脸跟踪和人脸识别是人脸识别系统当中比较关键的步骤，所选择算法的好坏直接影响着整个系统的性能。
2.1 人脸检测
如何实时准确地从视频流或者图片中检测出人脸，如何对存在的人脸进行定位并将其从背景图像中分离出来是人脸检测过程中最关键的问题。人脸检测对整个人脸识别系统具有重要的意义。本文主要采用实时性好、检测率高的Adaboost算法。该算法对近景远景当中的、复杂背景中的各种表情和姿态（正面，微侧）的单个人脸或者多个人脸具有比较准确的检测效果[1]。
Adaboost算法的基本思想是对不同的训练集训练同一个弱分类器，然后将这些弱分类器按一定的权值累加起来，得到一个分类能力很强的强分类器[2]。Adaboost算法的具体步骤如下。
设给定的一个训练集合S={（xi，yi）|i=1，2，…，n}，xi∈X，yi∈Y其中，X是样本描述，Y是样本表示，yi∈（0，1），1表示正例样本，0表示负例样本。在人脸检测中，1表示人脸，0表示非人脸。
⑴ 将训练样本权重（训练样本的初始概率分布）初始化。Wt，i=1/2L，L为人脸样本总数。Wt，i=1/2M，M为非人脸样本总数。Wt，i为第t次循环第i个样本的误差权重。
⑵ For t=1 to T do（T为弱分类器的个数）
⑶ 对权重进行归一化：
⑷ 对每个特征f，训练一个弱分类器h（x，f，p，θ），计算弱分类器的加权错误率：
⑸ 按照错误率选择最佳的弱分类器（最小错误率）：
⑹ 根据选择的最佳的弱分类器更新样本权重：
其中，，ei=0表示xi被正确分类，ei=1表示xi被错误分类。
⑺ 对经过T次循环得到的T个弱分类器按更新的权重叠加得到强分类器：
其中，。
本系统正是利用Adaboost算法较好的检测能力以及较强的鲁棒性，来提高系统的检测性能，提高检测准确率和实时性。
2.2 人脸跟踪
当利用Adaboost算法从视频流中检测出人脸目标之后，系统会立刻对视频流当中的人脸目标进行跟踪。目前常用的人脸跟踪方法有基于特征匹配的跟踪，基于区域匹配的跟踪以及基于模型匹配的跟踪[3]。对于本系统而言，实时性是最基本的要求。多人脸跟踪的实现是需要解决的一个关键问题。经过实验分析对比，本系统选择了时效性较好、鲁棒性较强的Camshift算法，该算法能够快速地对运动目标进行跟踪，对于一些遮挡的场景也具有较好的跟踪效果。
Camshift算法的基本思想是对视频流当中的每一帧作MeanShift运算，将上一帧的运算结果，作为其后一帧进行MeanShift运算的搜索窗的初始值，如此迭代下去实现对目标的跟踪。
MeanShift算法具体步骤如下。
⑴ 选择搜索框，即初始化跟踪窗口的位置和大小。
⑵ 计算搜索窗的质心：
xc=M10/M00；yc=M01/M00 ⑹
其中（搜索窗的零阶矩），；（x，y的一阶矩），I（x，y）为（x，y）的像素值，x，y的取值范围决定搜索窗的大小。
⑶ 调整搜索窗的大小，移动其中心到质心。
宽度为：；长度为1.2s
⑷ 重复上述⑵⑶步骤，直至中心与质心的移动距离小于预定的阈值，或者超出循环次数，停止计算。
Camshift算法的实质是对MeanShift算法的改进，将MeanShift算法应用于连续的图像序列当中。因此Camshift算法的流程如下：
⑴ 初始化搜索窗口；
⑵ 计算窗口区域的2D机率分布；
⑶ 用MeanShift算法来收敛跟踪的区域，获得搜索窗新的位置和大小；
⑷ 把第⑶步得到的结果作为下一帧的初始值，跳转到第⑵步继续执行。
使用以上介绍的Camshift算法可以较好地实现单人脸跟踪。而为了实现多人脸的跟踪，本系统采用的方法是为每一个人脸目标分配一个Camshift跟踪器[4]。具体方法是为在人脸检测阶段检测出来的每一个人脸目标区域初始化一个Camshift跟踪器窗口；然后利用为每一个人脸目标分配的跟踪器对相应的搜索窗口进行实时跟踪，并将跟踪的结果进行保存，用于后续继续跟踪。实验表明，本系统采用的这种多人脸跟踪策略能够很好地实现多人脸的跟踪，具有较好的跟踪效果和时效性。
2.3 人脸识别
本系统在人脸识别阶段采用了识别性能较好的PCA算法[5]，即主成分分析算法。该算法在特征提取以及降维方面有着明显的优势，是人脸识别领域当中最为经典的算法。PCA算法的基本思想是利用K-L变化获取人脸的主成分信息，构成特征脸空间，在识别的时候将待识别的图像在特征脸空间上进行投影，得到一组投影系数，通过与各个人脸图片进行比较来进行识别。PCA算法在本人脸识别系统当中进行人脸识别主要是由训练和识别阶段组成。
在训练阶段，步骤如下。
⑴ 训练样本矩阵为x=（x1，x2，…，xn）T，n为训练的样本数。
⑵ 计算出所有训练图片的平均脸。
⑺
⑶ 计算出每一张人脸与第⑵步计算出来的平均脸之差。
⑻
⑷ 构建协方差矩阵。
⑼
⑸ 求协方差矩阵的特征值和特征向量，形成“特征脸”空间。
w=（u1，u2，…，up） （10）
其中，p为训练样本前p个特征向量集。
⑹ 将第⑶步计算出来的差值投影到第⑸步得到的“特征脸”空间上。
（11）
在识别阶段步骤如下。
⑴ 将待识别的人脸图像与上面计算的平均脸的差值投影都特征空间中。
⑵ 定义一个阈值。
⑶ 计算第⑴步得到ΩΓ与每个人脸的距离。
⑷ 计算原始图像与重建的图像之间的距离，用于区分是否为人脸。
其中，。
人脸分类的规则如下。
⑴ 若ε≥θ，结果不为人脸图像。
⑵ 若ε
⑶ 若ε
PCA算法的识别率高，识别速度快的优点使得本系统达到了一个较高的人脸识别性能效果。
3 结束语
本文主要对拟人机器人人脸识别系统中所采用的经典的人脸检测、人脸跟跟踪以及人脸识别算法进行了研究和分析。实验表明，本拟人机器人人脸识别系统可以对其视野范围内的单个或者多个人脸进行实时检测、跟踪和识别，具有较强的鲁棒性和较高的识别率，具有很好的应用前景。但是这些算法本身还存在着各自的不足和限制，如何改进它们以弥补这些不足，使系统能够达到更好的性能，是需要我们进一步研究和探讨的课题。
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[关键词] 人工气道；湿化处理；护理；进展
[中图分类号] R473.5 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721（2013）01（b）-0016-02
呼吸道黏液-纤毛系统是呼吸道的第一道防线，对于维持呼吸道湿化及维持正常的防御功能起重要的作用。正常呼吸过程中，干燥、低温的空气流经上呼吸道后，逐步变得湿润温暖以利于在肺泡进行气体交换。在正常情况下，呼吸道必须保持一定湿度，才能保证纤毛的正常运动和黏液分泌。人工气道建立后，由于缺少上气道对吸入气体的加温和加湿作用，易引起下呼吸道气管黏膜干燥，分泌物黏稠，从而易于形成痰栓，阻塞气道。由于呼吸道纤毛摆动受损，黏液移动受限甚至气道黏膜上皮发生炎性反应改变，导致肺部感染发生；分泌物黏稠也可阻塞小气道，出现肺不张。气道湿化可以起到稀释痰液、促进痰液及时排出、保持呼吸道通畅、保持气道湿润的作用。所以，合理的人工气道湿化处理是预防肺部感染的一项重要措施[1]。
选择最佳的气道湿化方法是临床护理学中一个值得探索的重要问题。一般护理方法是保持室内温度在20～22℃，湿度在60%～70%。定时翻身拍背，及时吸痰，保持呼吸道通畅。同时护士要注意观察痰液的颜色、形状、量等，发现患者痰液呈Ⅲ度黏稠时，即采用适宜湿化方法稀释痰液[2]。
1 人工气道湿化的方法
人工气道湿化应该遵循的原则是尽可能模拟或接近正常生理状态，并且能够保证充足的液体供应。目前应用的方法主要有：
1.1 气道滴注湿化法
主要包括间断气道内滴入和持续气道滴注湿化方法。
间断气道内滴入一般是于吸痰前用一次性注射器抽取湿化液直接快速注入。间断推注湿化法易引起患者刺激性咳嗽、憋闷、心率增快、缺氧、血压升高等并发症。陈建芬等[3]报道将0.9%氯化钠溶液直接泵入气道会导致湿化液进入气道后分布不均，使某些细小支气管得不到充分湿化，同时患者咳嗽或吸痰操作时易脱出，不仅影响湿化效果，还增加感染机会。这提示护理工作者在以后使用气道滴注湿化方法时应更注重于小支气管的充分湿化。
持续气道内滴注湿化法使气道始终处于湿化状态，减少咳嗽次数及其对气道黏膜的损伤，因而对气道刺激小，不易引起咳嗽，此法能够有效克服湿化液大量快速注入引起患者呛咳和憋气等症状。因此近年来许多的先进设备应用都采用此项湿化方法。杨晓容[4]对90例人工气道患者分别进行输液泵控制持续气道内滴注湿化、精密输液器持续气道滴注湿化和间断气道内滴注湿化的效果进行了对比研究，发现进行气道内滴注湿化患者的各项指标如血氧饱和度、带管时间和吸痰次数均优于对照组。贺照球[5]将精密输液器用于气管切开患者气道湿化，持续气道内滴注湿化液，发现可有效降低痰液黏稠度，利于痰液排出，他们认为此法操作简单，安全可靠。
1.2 雾化加湿
雾化分为加温雾化和不加温雾化。从雾化器的类型分，雾化有超声雾化、氧气雾化器雾化、高频振动雾化及喷射式雾化器雾化等。雾化时间长短可以分为持续雾化和间断雾化。加温雾化雾化气流能够避免在人工气道口液滴形成、湿纱布覆盖等引起的不安全因素，有助于保持患者呼吸道正常功能，能使气管和支气管充分扩张湿化，起到较好改善肺部通气的作用[6-7]。持续雾化会导致患者发生缺氧，所以临床上主张小剂量间断雾化优于持续雾化。但是如果湿化液中加入抗生素尽量不要选用雾化加湿。
1.3 人工鼻（HME）
人工鼻（HME）是根据人体解剖湿化系统的机制所模拟制造的替代性装置，可通过保留呼出气体内的热量、水分，对吸入的气体起到加温和湿化的作用，并且能够过滤细菌和尘粒。具有避免湿化过度或湿化不足、无效死腔量少、减少肺部感染等优点。由于HME简单，安全和轻便，因此可广泛用于使用呼吸机、气管切开和气管插管患者。陈莲芳等[8]的研究结果也表明应用人工鼻湿化效果明显优于湿化灌组。人工鼻的缺点在于不提供额外热量和水气，因此对于痰多黏稠并且存在脱水、低温或肺疾患引起的分泌物滞留患者，人工鼻并不是理想的湿化装置[9]。
2 湿化液的选择
临床护理中根据痰液性状，选择合适的湿化液，可显著改善痰液性状，减少痰量及痰痂，减少肺部感染发生，提高人工气道护理的质量。目前临床上最常用的湿化液是蒸馏水、纯净水和0.9%氯化钠溶液。无菌蒸馏水和0.45%盐水湿化效果优于0.9%氯化钠溶液，其原因在于0.9%氯化钠溶液进入支气管后水分可快速蒸发，导致钠离子在肺泡支气管沉积形成高渗，从而容易引起支气管水肿，不利于气体交换，而0.45%盐水对气道无刺激作用。蒸馏水稀释黏液的作用强，但其刺激性也强，故只有在分泌物稠厚，量多，需积极排痰的情况下才使用蒸馏水；刘海燕等[10]分别用0.9%氯化钠、0.45%氯化钠、灭菌注射用水和1.25%碳酸氢钠溶液进行气道湿化，于每次吸痰前注入湿化液2～4 mL。研究结果表明0.45%氯化钠溶液具有较好的湿化效果；对于分泌物多且黏稠的患者，灭菌注射用水效果较好；而对于痰痂、血痂形成的患者，建议用1.25%碳酸氢钠溶液。李红等[11]采用碳酸氢钠联合盐酸氨溴索用于气管切开患者术后进行气道湿化，能使患者痰液得到有效地稀释，改善了肺通气功能，有效地清除气道痰液，从而减轻患者的痛苦，降低护士护理工作风险系数。
3 湿化液的温度
在采取湿化措施时，需要对气体的温度进行控制。由于正常人体内热量的放散7%～8%由肺负担，如果长时间吸入温度过高气体，会导致体温升高，患者会出现喉痉挛、发热、出汗、呼吸功能增加等症状，严重者甚至可发生气道烧伤和高热反应。如果湿化液温度过低，纤毛运动会受到抑制，失去湿化效果，气道过敏者易诱发哮喘发作甚至寒战反应。所以湿化液应该保持在32～35℃，逐渐升至37℃水平。这种温度下相对湿度可维持纤毛活动的生理要求，若需要加强湿化，应相应提高吸入气体温度，但应小于40℃。
4 湿化液的量及速度要求
痰液黏稠程度以及引流是否通畅是衡量湿化效果的可靠指标，通常情况下每日不少于250 mL，但确切的量仍需视临床情况调整。湿化液的用量取决于体温、室温、通气量大小、空气湿度、患者吸入气量的多少、痰液的量和性质等多种因素。姜超美等[12]将痰液黏稠度分级，根据痰液黏稠度确定湿化液用量。
总之，建立人工气道患者要保持呼吸道的通畅和湿化，其中气道湿化是气道管理中最重要的，气道湿化效果体现了护士对患者气道管理的水平。人工气道的湿化方法很多，临床效果评价也不尽相同。但总体上来说，人们对气道湿化的效果研究越来越重视，在湿化的原理和方法方面进行了大量的临床试验和研究，也取得了很多进步。随着人工气道技术的不断应用和逐渐成熟，笔者对人工气道湿化的方法将会有更深的了解和研究进展，从而为临床护理工作提供更优化的气道护理方法，从而进一步提高临床疗效，确保患者的舒适和安全。
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【关键词】工业机器人;分拣;机器视觉;工件识别;定位
Abstract：Industrial robots have been widely used on industrial production line to complete a variety of operations such as workpiece handling，loading and unloading，etc.The machine vision can improve robotic flexibilities and Intelligence.This paper introduces researching machine vision for the workpiece Sorting technology of industrial robot. When workpiece enter the sorting operation area，machine vision system capture image information to extract the feature parameters of workpiece， recognize the workpiece types，colour，size，and to judge the position and posture of workpiece，and finally control the robot to implement the sorting action.Experiments prove the system work reliability，improve the efficiency and flexibility of the automatic production line.
Key words：industrial robot;sorting;machine vision;workpiece recognition;location
引言
工业机器人广泛应用于搬运、上下料、焊接、喷涂、装卸等生产领域。在对不同的物体进行分类拾取操作时，需要识别与定位，采用机器机器视觉系统可代替人眼做测量和判断进行分拣。本文把机器视觉应用于工业机器人，搭建立了基于视觉的生产线工件分拣系统试验平台，采用模板匹配的方式识别，进行分类目标的定位，实现对不同颜色，高度或文字的工件准确、稳定的分拣，提高生产的柔性和自动化程度。
1.工业机器人分拣系统的构成
分拣作业是流水生产线上的一道重要的工序，将不同类型的工件或物料分类摆放到相应的位置，通过智能工业机器人系统可完成其操作。本文选用三菱六自由度工业机器人系统RV-3SD，欧姆龙智能机器视觉系统FZ4，三菱PLC FX3U组成工业机器人分拣控制系统为平台，对机器视觉信息引导控制机器人的工作系统进行了研究。结构图如图1所示。
图1 工业机器人分拣控制系统结构图
1.1 工业机器人
三菱RV-3SD工业机器人系统是由六自由度垂直多关节型机器人本体，AC伺服控制器，输入输出信号转换器和抓取机构组成。活动范围半径大于600mm，角度340°，可对工件进行抓取、吸取、搬运、装配、测量、拆解等操作。
1.2 机器视觉
欧姆龙FZ4-350智能视觉系统，由视觉控制器、视觉相机及监视显示器等组成。用于检测工件的特性，如数字、颜色、形状等，可以对装配效果进行实时检测操作。通过I/O电缆，串行总线或以太网总线连接到PLC或机器人控制器。
1.3 PLC可编程控制器单元
三菱FX3U FX3U-64MT可编程控制器用于控制机器人、电机等执行机构动作，处理各单元检测信号，管理工作流程、数据传输等任务。
2.工业机器人分拣工作流程
生产线的分拣作业步骤主要分为定位、识别、抓取和放置四个阶段。工业机器人分拣系统工作主要由相机标定、图像处理、模式识别以及机器人控制部分构成。
相机标定为系统建立一个图像坐标系与机器人坐标系，判定目标对象在机器人坐标系中所处的位置;图像处理对相机拍摄到的图像进行预处理，提取图像中的某些特征，如颜色、长度、面积等，并根据这些特征来确定出中心坐标，图像中目标工件的位置决定了它在空间的位置。
分拣工作过程如图2所示，在工件进入视觉系统的采集区域后，将图像数据送到计算机，计算机程序调用编写好的图像处理软件包对图像进行预处理，对处理后的图像进行目标识别，提取图像特征，采用模板匹配的方法识别出目标工件，对识别出的工件进行标定，将标定目标工件的位姿结果反馈给PLC，PLC控制机器人驱动关节运动执行拾取工件操作。
图2 分拣工作流程
3.工件识别与定位
工件识别与定位的正确与否直接影响机器人分拣工件操作的结果。目标的识别定位大多依赖于图像匹配技术，按匹配基元的不同主要分为区域匹配、相位匹配、特征匹配，其征匹配不直接依赖于灰度而得到广泛应用。
3.1 图像识别
图像识别就是从图像中找出与已知模式相似的目标图像，即识别出物体并确定出它在整幅图像中的位置和方向。图像识别的一般流程，由模型库、图像信息获取、图像预处理、特征检测和匹配组成。
从图中找到所要的工件，将影像中的对象和背景分离出来，最常用的方法就是将影像二值化处理，再对二值化处理后的图像进行判别与比对两个待匹配形状之间的相似性程度。
检测彩色工件的文字编号是通过颜色灰度过滤先将彩色图像转换为黑白图像，将特征图像登录为模型，然后对输入的图像搜索与模型最相似的部分，并检测匹配程度和位置。检测工件的颜色是通过计算测量区域内颜色的平均值与登录过的基准颜色之差值以及测量区域内的色差进行比较。检测工件高度是通过测量区域内的颜色变化对测量对象的边缘位置进行测量对比。
以文字编号，颜色搜索为例，先将图3（a）工件经过如图（b）的特征图像处理后登录为模型，然后在输入图像中搜索与这些模型最相似的部分，并检测位置，判断判别相似度，如图（c）相似度高，而图（d）相似度低。。在分类识别时，针对模板库的每个模板生成相识度。目标与哪一个模板的相似度度最高且大于某值，则目标被判断为哪一类。利用平均色差来检测工件颜色，比如图（a）红色，图（c）中的工件为黄色。
图3 图像识别
通过与生产线实际需要登陆的模型进行匹配，判断出需要分拣操作的工件，将结果数据通过串行接口方式，以利用指令的无序方式输出至可编程控制器或PC等外部设备时使用。
3.2 定位
工件识别解决了搬运哪个工件，至于要搬的工件在哪，还需要对工件进行准确的定位。通过拍摄的图像可计算定位目标工件的位置，先将工件在视频图像中的图像坐标转换为摄像机坐标，再结合摄像机标定转换为世界坐标，得到相机器人位姿态坐标，根据机器人运动学得到机器人关节角度和电机驱动角度。
工件的定位是基于图像计算出工件的中心坐标（x，y），本文的工件是圆柱型，垂直拍摄为圆面，所以仅计算出中心点位置。采用Thomas的最小面积误差对圆心及半径R作量测，其公式为：
利用最小平方误差法将J最小化，分别对三个变量R，x， y各别进行偏微分且设定其微分值为0，可得R值为：
在计算出R值后即可知式中N为坐标点数，进而得知对象的所在坐标及其旋转角度。找到工件中心后，从中心往左边搜索找到目标物边缘上的三个点，再通过比较这三个点的坐标，找到合适的两点（x1，y1），（x2，y2），以求取该斜边的斜率k，计算公式为k = tanθ=（y2-y1）/（x2-x1）再通过求反正切，计算公式为，便可求得夹角。
获取了目标工件在图像坐标系中的实时坐标后，机器人执行拾取时工件已在传送带上运动了一段距离，可根据传送带的速度对获取的跟踪目标位置进行预估补偿来修正这一误差。
4.实验结果
经实验结果表明该控制系统能够准确、稳定地完成对工件形状，颜色，文字等分拣工作，支持不规则形状物体的匹配识别以及近似物体的区分。
5.结束语
本文利用视觉系统中摄像机的标定技术、图像处理以及特征参数提取等，完成对工件识别定位，实现机器人分拣控制系统进行抓取，分类放置，为提高生产线的柔性打下基础要求。
参考文献
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关键词：社会责任会计 博弈 成本控制
改革开放以来，我国经济高速增长，人民生活水平日益提高，综合国力也不断增强。但是，在经济发展的过程中，也出现了能源危机、环境污染严重、社会分配不公、职工生产安全以及消费者权益得不到保障等一系列社会问题，若不及时采取有力措施，势必严重阻碍我国经济的可持续发展。要走可持续发展道路，实现社会对资源的优化配置及有效利用，需要解决企业生产经营行为的外部性问题，即企业行为对社会的影响，而社会责任会计就是以会计的形式反映这种影响。
一、社会责任会计
社会责任会计运用会计学的基本原理与方法，采用多种计量手段和属性，对企业生产经营活动所产生的社会影响、企业的社会责任及其履行情况进行反映和监督，以便向相关信息使用者（如：政府和群众、企业内部管理部门、社会公众利益集团等）提供有用的社会责任信息。
传统的会计注重计量和反映企业追求利润的过程与结果，但却对企业从事生产经营活动产生的社会影响关注甚少。相较于传统会计，社会责任会计更加强调会计与企业社会责任的有机结合，将会计学有效地运用于解决企业与社会形成的社会责任中，其目的在于提高企业、社会的整体效益。
社会责任会计作为传统会计领域中新的拓展，加入了企业履行社会责任的成本以及社会收益，同时其发展还得益于会计学科与其他社会学科的结合运用。总的来看，社会责任会计不仅包括自身“经济的”目标，也包括“社会的”目标。也就是说，在微观领域中，它的主要目的是反映和报告单个企业的行为对社会所产生的影响；在宏观领域中，它的主要目的则是反映和披露整个社会（国家）的经济与社会业绩。
二、企业与政府之间的博弈
为更好地论证企业实施社会责任会计的必要性，本文基于博弈论的视角，主要通过企业与政府双方的“成本―效益”进行博弈分析研究。
在此，首先设定博弈分析的假设前提：1.参与博弈的双方都是理性人，都追求自身利益的最大化；2.参与博弈的双方都知道对方的策略以及各种策略的成本或收益。
（一）博弈要素的分析
企业作为一个理性经济人，追求自身经济利益最大化是其最终目的。但是，企业在生产经营及其发展的过程中，同时会产生对社会的影响。而政府作为企业的监管机构及社会的管理机构，代表着社会公共权力的同时，也对社会（公共利益）的管理有着不可推卸的责任。因此，政府会希望企业能将社会责任成本、收益等内部化，正确反映和披露企业主体对社会的影响情况，并能自觉承担其应当承担的社会责任。假设：
1.社会责任总成本为A+B（A>0，B>0），A是指企业应承担的部分成本；B是指政府应当承担的部分成本。
2.若企业承担了自己应当承担的那部分成本，也即企业履行了相应的社会责任，例如在对环境的责任上，企业合理利用资源，减少资源浪费。采用合理的方式，防治废气、废水等环境污染源；企业充分尊重并主动维护消费者权益，成为消费者信赖企业，营造良好销售风气等。这也就是说，企业加强了社会责任“意识”，并以社会责任会计的形式进行确认成本及收益（将该部分成本及收益内部化），及时反映并报告该社会影响。此时，对于政府而言，将会出现以下两种策略：
一是政府严格监管，政府将会对企业进行一定的奖励，比如税收的优惠、贷款利息的优惠等，这部分的奖励就可以看成是企业履行社会责任，实施社会责任会计、加强社会责任成本控制所取得的收益。同时，企业因此而获得的社会信誉、美誉，也可以看成是企业潜在的社会收益。在此，将这些优惠或收益表示为S。
二是政府监管不严，即政府对企业是否履行社会责任、是否实施社会责任会计或是否对企业生产经营产生社会影响进行报告与披露等方面，不予监管、置之不理，则企业就得不到上述的奖励。
3.若企业不承担自己应承担的那部分成本，也就是企业不履行自己应负的社会责任，仅仅单纯的追逐利润，罔顾社会公众利益。此时，政府也将面临以下两种策略：
一是政府监管严格，政府势必会对这部分企业进行处罚，比如罚款、赔偿损失、吊销营业执照等，情节严重的甚至会将有关涉事人员移交司法机关追求其刑事责任。这些处罚（罚金、企业信誉受损等）可表示为F。
二是政府监管不严，则企业将不会受到处罚，也就是说企业将不用花费任何成本费用。
具体的收益矩阵见上表。
（二）博弈双方的成本分析
1.从政府的角度来看：
（1）当政府选择Y，也就是对企业进行严格监管。此时，政府为之付出的成本（取得的效益）C（Y，α）=B+S，或者C（Y，β）=B+A-F；
（2）当政府选择N，也就是对企业不实施监管。政府所付出的成本（取得的效益）C（N，α）=B，或者C（N，β）=B+A。
在这个博弈中，当企业选择实施社会责任会计，加强社会责任成本控制（自觉履行社会责任）时，政府选择对企业进行严格监管的成本（B+S）要大于对企业不实施监管的成本B；而当企业选择不实施社会责任会计，不进行社会责任成本控制（不履行社会责任）时，政府选择严格监控的成本B+A-F则小于不监控的成本B+A。也即政府在这个博弈中不存在严格的优势策略。
2.从企业的角度来看：
（1）当企业选择α，即实施社会责任会计，加强社会责任成本控制。此时，企业为之付出的成本（取得的效益）C（Y，α）=A-S，或者C（N，α）=A；
（2）当企业选择β，即不实施社会责任会计、不进行社会责任成本控制，不承担应承担的社会责任。企业所付出的成本（取得的效益）C（Y，β）=F，或者C（N，β）=0。
在这个博弈中，当政府选择严格监管时，企业不实施社会责任会计、不进行社会责任成本控制的成本为F；企业实施社会责任会计，加强社会责任成本控制的成本为A-S。而当政府选择不监管时，企业不实施社会责任会计的成本0，小于企业实施社会责任会计的成本A。
因此，若F
三、分析结论
（一）明确政府社会监管责任、加大惩处力度有助于企业主动承担其社会责任
政府应加强社会责任监管，对于那些不履行社会责任、不实施社会责任成本控制的企业加大惩处力度，即要使得F>A-S。也就是说，要使企业受到处罚而付出的代价大于企业履行社会责任、实施社会责任会计的所花费成本。
而在实际生产经营过程中，部分企业明知不履行自身应承担的社会责任将会受到政府的处罚，仍愿意以身试法，承担政府的惩罚，究其原因，主要是政府的惩处力度过小，甚至小于企业承担自身应负社会责任（即进行社会责任成本控制、实施社会责任会计）的成本。在这种情况下，企业会选择付出代价较小的政府惩处，也不去承担成本较大的社会责任，更不会实施社会责任会计了。
因此，应明确政府社会监管责任，加强社会责任监管，加大对罔顾社会责任企业的惩处力度，并引导企业自觉树立社会责任观，促使企业积极主动承担自身应负的社会责任，实施社会责任会计、加强社会责任成本控制。
（二）提高企业社会责任意识、扩大奖励范围有助于企业积极承担其社会责任
企业社会责任意识的提高是社会责任会计有效实施的重要基础。企业作为社会经济发展中的重要分子，其具备较强的社会责任意识，自觉承担社会责任，不仅能给企业营造更大的生存与发展空间，还能促进企业经济效益和社会效益的共同进步与发展。
而在实现经济的可持续发展、企业社会责任的培育中，不仅政府的监督、约束作用必不可少，而且引导、鼓励等宏观调控和管理也显得非常重要。即政府可以适当提高奖励S，使企业实施社会责任会计、进行相关成本控制的成本（A-S）降低，积极促进企业转变观念，自觉承担社会责任，并主动将企业的社会责任信息进行披露。
综上所述，若F>A-S，则企业不会选择β策略。即当政府加大惩处力度，F增加时，相对的（A-S）就小了；或者政府提高奖励力度，S增加时，相对的（A-S）减少，而相较之下F则增加了。此时，企业会倾向于选择α策略。也就是说，通过政府的赏罚分明、约束与引导，企业将选择成本最小、收益最大的策略（α）――实施社会责任成本会计（承担社会责任）并积极进行社会责任成本控制。那么，该选择最终将带来企业效益与社会效益的双赢，实现社会资源的优化配置，实现经济与社会的和谐、可持续发展。
四、实施社会责任会计的建议
（一）加强法治，建立健全相关法律法规、制度
加快建立和完善相关法律法规与制度，规范社会责任会计、明确企业应承担的社会责任和义务。加强法治，对损害社会利益、给社会造成“外部不经济”的企业进行惩处；正确引导，对自觉承担社会责任、给社会造成的“外部经济”的企业进行奖励并鼓励发展。通过严明法治，保障社会责任会计的有效实施与管理。
（二）加强研究，建立与健全社会责任会计体系
社会责任会计体系的建立与完善是推进社会责任会计理论发展和社会责任会计得以实施的重要基础。因此，在广泛借鉴国外先进研究成果的同时，应结合我国实际国情及企业的现状，积极构建中国特色的社会责任会计体系，加强社会责任会计的理论与实务研究。
（三）加强教育，做好社会责任会计教育培训
社会责任会计主要是从社会角度反映企业的外部，无论是在理论基础上，还是内容、方法上都与传统的会计存在很大差别。因此，一些传统的会计概念、原则等都不适用于社会责任会计。为准确、完整的反映企业社会责任信息，做好相应成本控制，应加强社会责任会计的教育培训、提升相关人员的专业素质。
（四）加强宣传，提高全社会的社会责任意识
随着经济的发展，社会将更加关注企业的社会责任。应通过多种宣传方式和途径加大对企业履行社会责任的宣传，提高全社会的社会责任意识。这不仅有益于提升社会对企业社会责任的关注度，也能合理反映、评价企业所承担社会责任，推动社会责任会计的发展。
参考文献：
[1]李洁.低碳经济下社会责任会计的发展与应用[J].会计之友，2012（6）.
