郭俊可，王杜娟

(中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016)

0 引言

隨著地下空間開發(fā)力度的加大，盾構(gòu)作為集機(jī)、電、液、傳感器等技術(shù)于一體的高度集成化、自動化隧道施工機(jī)械，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于隧道、地鐵、綜合管廊等領(lǐng)域，對國家城市化和現(xiàn)代化進(jìn)程起到了重要的推動作用[1-2]。

盾構(gòu)能否順利掘進(jìn)，刀盤刀具的狀態(tài)起著至關(guān)重要的作用[3-4]。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，刀盤刀具產(chǎn)生磨損或出現(xiàn)其他問題在所難免，這就需要及時(shí)更換刀具[5-8]。但是，盾構(gòu)的換刀作業(yè)空間是一個(gè)高溫、高壓、高濕的環(huán)境[9]，對進(jìn)入開挖艙進(jìn)行換刀作業(yè)的人員有嚴(yán)格的時(shí)間限制，同時(shí)換刀作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)大，換刀作業(yè)周期長，這大大增加了項(xiàng)目施工周期和施工成本。

為解決上述問題，開始引入機(jī)器人進(jìn)行自動換刀作業(yè)。國內(nèi)外企業(yè)和高校已進(jìn)行了不少的相關(guān)研究，目前的研究多集中在換刀機(jī)器人本體設(shè)計(jì)、運(yùn)動空間規(guī)劃、運(yùn)動控制等方面[10-13]，關(guān)于機(jī)器人換刀過程中基于視覺導(dǎo)航的精確定位技術(shù)研究比較少。本文依托盾構(gòu)實(shí)際需求和工況，針對換刀機(jī)器人末端執(zhí)行器的定位問題，提出基于視覺導(dǎo)航的機(jī)器人換刀精確定位方法，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性。研究成果可為機(jī)器人自動換刀技術(shù)提供關(guān)鍵性的技術(shù)支持。

1 機(jī)器人自動換刀方法

機(jī)器人換刀采用全自動方式進(jìn)行，機(jī)器人接收到換刀指令后，其控制系統(tǒng)根據(jù)盾構(gòu)刀具智能診斷系統(tǒng)反饋的待更換刀具位置信息以及刀盤角度，將刀盤旋轉(zhuǎn)到合適位置； 蛇形機(jī)器人移動到待更換刀具位置，進(jìn)行刀箱刀具表面泥污清洗，以便下一步機(jī)器視覺特征識別和刀具拆卸作業(yè)； 清洗作業(yè)完成后，換刀機(jī)器人移動到指定位置，由機(jī)器視覺導(dǎo)航進(jìn)行特征檢測、定位； 完成定位后，抓取待更換刀具，拆卸舊刀具，由機(jī)器人將舊刀具存放于舊刀存儲箱，然后抓取新刀具，再次移動到指定位置，進(jìn)行特征識別、定位，將新刀具裝入刀箱，完成刀具更換； 確認(rèn)完成刀具更換后，機(jī)器人自動回到機(jī)器人艙，等待下一次換刀指令。機(jī)器人自動換刀流程如圖1所示。

圖1 機(jī)器人自動換刀流程圖

2 視覺導(dǎo)航定位

2.1 視覺導(dǎo)航定位模型

根據(jù)視覺系統(tǒng)中相機(jī)與機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的位置關(guān)系，目前，機(jī)器人視覺導(dǎo)航定位主要有2種手眼模型，即Eye-to-Hand和Eye-in-Hand[14]。2種視覺導(dǎo)航模型示意如圖2所示。換刀機(jī)器人的作業(yè)對象是刀盤上的滾刀，滾刀在刀盤上呈多點(diǎn)位分布，若采用Eye-to-Hand方式，工業(yè)相機(jī)安裝后很難保證能夠清晰看到整個(gè)刀梁方向的刀具，且相機(jī)容易出現(xiàn)安裝誤差，影響機(jī)器人識別定位精度； 若采用Eye-in-Hand方式，相機(jī)固定于機(jī)器人末端執(zhí)行器，隨機(jī)器人末端執(zhí)行器一起運(yùn)動，只要機(jī)器人末端執(zhí)行器能到達(dá)的地方，都可實(shí)現(xiàn)刀具系統(tǒng)的視覺檢測定位。故對于換刀機(jī)器人系統(tǒng)的手眼模型，采用的是Eye-in-Hand方式。

(a) Eye-to-Hand模型

(b) Eye-in-Hand模型

2.2 視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)組成

機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)硬件主要包括智能相機(jī)、鏡頭、補(bǔ)光燈和圖像采集卡(見圖3)。本套系統(tǒng)采用的是康耐視高度集成化智能相機(jī)In-Sight 8042，圖像采集、處理、通信模塊集于相機(jī)內(nèi)，具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺導(dǎo)航定位等優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)在作業(yè)時(shí)，相機(jī)到達(dá)指定拍照位置后，觸發(fā)相機(jī)拍照； 圖像采集卡對圖像進(jìn)行處理，獲取刀具的位置信息，將位置信息通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊傳輸給機(jī)器人控制系統(tǒng)； 機(jī)器人控制系統(tǒng)調(diào)整機(jī)器人到最佳位置姿態(tài)，最后引導(dǎo)工業(yè)機(jī)器人完成作業(yè)。機(jī)器人末端執(zhí)行器上設(shè)計(jì)有一體式的相機(jī)和補(bǔ)光燈安裝支架，相機(jī)安裝于補(bǔ)光燈中心，盡量保障光照的均勻，如圖3所示。盾構(gòu)開挖艙是一個(gè)黑暗、高壓、高濕的環(huán)境，故相機(jī)和補(bǔ)光燈都采用高承壓密封設(shè)計(jì)。

圖3 機(jī)器人視覺導(dǎo)航系統(tǒng)硬件組成示意圖

換刀機(jī)器人視覺定位系統(tǒng)總體采用“機(jī)器人控制系統(tǒng)—圖像處理模塊—控制執(zhí)行模塊”的模式，總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。機(jī)器人控制系統(tǒng)控制相機(jī)和補(bǔ)光燈的開關(guān)，達(dá)到拍照位置后觸發(fā)相機(jī)圖像采集，相機(jī)進(jìn)行圖像處理后將計(jì)算結(jié)果反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)定位結(jié)果調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的準(zhǔn)確定位。

圖4 視覺定位系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.3 視覺導(dǎo)航定位原理

目前盾構(gòu)的滾刀采用傳統(tǒng)拉緊塊的固定方式(如圖5(a)所示)，拆刀工序復(fù)雜，很難采用機(jī)器人手抓完成拆裝刀作業(yè)。為此，設(shè)計(jì)了一套既滿足切削等基本功能，又便于機(jī)器人快速拆裝的新式刀具系統(tǒng)，如圖5(b)所示。換刀機(jī)器人視覺導(dǎo)航定位過程中的特征識別，采用新式刀具系統(tǒng)刀箱上的固有特征進(jìn)行定位。

1—刀箱； 2—拉緊裝置； 3—滾刀。

1—刀箱； 2—鎖緊塊； 3—抓取桿； 4—螺桿； 5—螺母塊； 6—滾刀。

首先，機(jī)器人進(jìn)行圖像的離線學(xué)習(xí)，即圖像標(biāo)定，尋找刀具系統(tǒng)上能夠作為特征的識別點(diǎn)。機(jī)器人進(jìn)行視覺定位作業(yè)前，先采集1組相對理想的特征作為模板圖像M，并經(jīng)過圖像處理得到模板圖像的特征中心坐標(biāo)(x0,y0,z0)和初始角度。

在機(jī)器人換刀作業(yè)視覺定位過程中，視覺系統(tǒng)重新采集到一張圖像A，經(jīng)過模板匹配，找到特征區(qū)域并經(jīng)過圖像處理計(jì)算得到特征區(qū)域的中心坐標(biāo)(x1,y1,z1)和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)角度θ1。則可以計(jì)算出當(dāng)前特征點(diǎn)與標(biāo)定位置特征點(diǎn)的偏差值(Δx,Δy,Δz,Δθ)。智能相機(jī)將此偏差值發(fā)送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)偏差值調(diào)整機(jī)器人的位姿，相對于標(biāo)定時(shí)的機(jī)器人抓取點(diǎn)進(jìn)行x、y、z方向的移動以及xy平面的旋轉(zhuǎn)，從而可以精確抓取到位置。視覺定位工作流程如圖6所示。

圖6 視覺定位工作流程

換刀機(jī)器人通過不斷重復(fù)上述過程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人換刀作業(yè)過程中各位置刀具的精確定位、拆卸和安裝。

2.4 視覺導(dǎo)航定位過程

相較于常見的工業(yè)機(jī)器人視覺工作環(huán)境，全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)換刀機(jī)器人的工作環(huán)境惡劣，對視覺的影響因素眾多，要實(shí)現(xiàn)換刀機(jī)器人的正常作業(yè)，需要刀盤刀具蛇形機(jī)器人系統(tǒng)、刀盤系統(tǒng)和刀盤刀具性能感知預(yù)測系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)作配合。

2.4.1 視覺導(dǎo)航定位特征

首先，換刀機(jī)器人進(jìn)行正常換刀作業(yè)前，要進(jìn)行標(biāo)定和模板制作。根據(jù)換刀的作業(yè)流程，換刀機(jī)器人在拆裝刀過程中涉及2個(gè)狀態(tài)下的視覺導(dǎo)航定位： 一個(gè)是拆刀過程，此時(shí)刀具刀座處于刀箱中； 另一個(gè)是裝刀過程，刀具刀座被夾持于機(jī)器人末端執(zhí)行器上。上述2種狀態(tài)下的視覺導(dǎo)航定位使用的特征點(diǎn)不相同。

在機(jī)器人拆刀作業(yè)過程中，機(jī)器人末端執(zhí)行器要準(zhǔn)確定位抓取位置，因此，視覺導(dǎo)航定位的特征點(diǎn)選取刀具刀座上的特征點(diǎn)作為模板圖像制作，擬選取的特征點(diǎn)為刀座上的固定板，如圖7所示。

圖7 換刀機(jī)器人拆刀作業(yè)過程中視覺導(dǎo)航定位特征

在機(jī)器人裝刀作業(yè)過程中，機(jī)器人末端執(zhí)行器要定位刀箱的準(zhǔn)確位置，因此，視覺導(dǎo)航定位的特征點(diǎn)選取刀箱上的特征點(diǎn)作為模板圖像，擬選取刀箱一個(gè)角的內(nèi)輪廓作為特征點(diǎn)，如圖8所示。

圖8 換刀機(jī)器人裝刀作業(yè)過程中視覺導(dǎo)航定位特征

上述特征點(diǎn)都位于刀盤內(nèi)側(cè)，一方面2個(gè)特征都很明顯，另一方面他們處于土艙或泥水艙內(nèi)，相比于刀盤前面板，各種磨損和沖擊要小很多，雖具有一定的磨損，但對基于視覺系統(tǒng)定位特征的中心坐標(biāo)基本沒有影響。

2.4.2 視覺導(dǎo)航精確定位過程

由于刀盤上刀具分布位置較廣，為減少機(jī)器人視覺導(dǎo)航定位的誤差，在進(jìn)行模板圖像標(biāo)定和機(jī)器人基坐標(biāo)系建立時(shí)，選取刀梁中間位置刀具，換刀機(jī)器人在定位中心位置和邊緣位置的刀具都能保持較好的定位精度。

根據(jù)2.3節(jié)所述的視覺定位原理和常用標(biāo)定方法，采用九點(diǎn)標(biāo)定法實(shí)現(xiàn)換刀機(jī)器人系統(tǒng)和相機(jī)系統(tǒng)之間坐標(biāo)系的統(tǒng)一[15]。

盾構(gòu)上已配置基于多源數(shù)據(jù)的刀具狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測刀盤上刀具的當(dāng)前狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)某把刀具狀態(tài)異常需要更換時(shí)，會發(fā)出信號至盾構(gòu)的大腦——PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將信息顯示給作業(yè)人員，等待作業(yè)人員下一步動作指令。

由于任意一把刀具在刀盤上的軌跡半徑和安裝位置基本已知，同時(shí)刀盤主驅(qū)動配有旋轉(zhuǎn)編碼器，因此，可通過上位機(jī)系統(tǒng)控制刀盤旋轉(zhuǎn)； 當(dāng)作業(yè)人員根據(jù)刀具狀態(tài)信息判斷該刀具的確需要更換時(shí)，則將待更換刀具移動至蛇形機(jī)器人巡檢范圍內(nèi)。

作業(yè)人員向刀盤刀具蛇形機(jī)器人發(fā)出作業(yè)指令，蛇形機(jī)器人移動至待更換刀具前，對刀具進(jìn)行清洗作業(yè)和檢查作業(yè)，同步可利用盾構(gòu)上已配置的土艙可視化系統(tǒng)對待更換刀具進(jìn)行觀察。

待更換刀具清洗完畢，同時(shí)確認(rèn)刀具需要更換后，轉(zhuǎn)動刀盤，將待更換刀具所在刀梁移動至換刀機(jī)器人作業(yè)位置，等待機(jī)器人換刀作業(yè)。

換刀機(jī)器人收到換刀作業(yè)指令后，將艙門打開，換刀機(jī)器人調(diào)整姿態(tài)，移動末端執(zhí)行器至待更換刀具抓取點(diǎn)附近，進(jìn)行刀具系統(tǒng)的準(zhǔn)確識別定位。

上述視覺定位過程包括2個(gè)基本過程： 1)機(jī)器人末端執(zhí)行器抓取點(diǎn)的粗略移動過程。由于刀具分布較廣，任意兩刀具之間相距較遠(yuǎn)，故不同位置的刀具難以處于機(jī)器人同一相機(jī)視野范圍內(nèi)，需要根據(jù)待更換刀具的位置相對于標(biāo)定位置的距離和姿態(tài)對機(jī)器人抓取點(diǎn)進(jìn)行粗定位。2)刀具系統(tǒng)的精確定位過程。機(jī)器人根據(jù)視覺系統(tǒng)計(jì)算出的實(shí)際位置與標(biāo)定位置的偏差值進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，以精確地抓取位置。2個(gè)過程的具體步驟分別如下。

2.4.2.1 機(jī)器人末端執(zhí)行器抓取位置的粗定位

受限于刀盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及換刀機(jī)器人艙門位置，需要更換刀具時(shí)，待更換刀具所在刀梁會旋轉(zhuǎn)至機(jī)器人作業(yè)范圍內(nèi)，并處于水平方向。

視覺導(dǎo)航粗定位過程示意如圖9所示。設(shè)標(biāo)定位置在位置1，作業(yè)位置為位置2。由于位置1和位置2相距一般較遠(yuǎn)，不能處于相機(jī)同一拍照視野內(nèi)，故需要換刀機(jī)器人系統(tǒng)根據(jù)待更換刀具位置對機(jī)器人抓取點(diǎn)進(jìn)行粗定位，即由標(biāo)定時(shí)的抓取位置1移動到作業(yè)位置2。

圖9 視覺導(dǎo)航粗定位過程示意圖

按照上述過程，就需要換刀機(jī)器人由標(biāo)定位置先移動距離l。由2.4.2節(jié)可知，任何一把刀具在刀盤上的軌跡半徑基本已知，故粗定位過的移動距離l已知，從而可移動換刀機(jī)器人末端執(zhí)行器至待更換刀具位置，完成機(jī)器人視覺導(dǎo)航過程中的粗定位。

2.4.2.2 機(jī)器人末端執(zhí)行器抓取位置的精確定位

按照2.4.2.1節(jié)中的方法，機(jī)器人進(jìn)行位置和姿態(tài)調(diào)整后(粗定位)，由于刀盤刀具安裝精度、刀盤制動的延時(shí)性以及機(jī)器人長距離移動誤差的累積，換刀機(jī)器人末端執(zhí)行器距離精確的抓取位置還存在一定偏差。這時(shí)需要視覺系統(tǒng)拍照，計(jì)算當(dāng)前抓取位置與標(biāo)定抓取點(diǎn)的偏差值，然后發(fā)送偏差值信號至機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)再進(jìn)行位姿的精確調(diào)整，以達(dá)到精確的刀具位置抓取。

圖10 視覺導(dǎo)航精確定位示意圖

機(jī)器人末端執(zhí)行器本身是一個(gè)剛體結(jié)構(gòu)，與機(jī)器人末端法蘭剛性連接，故可通過機(jī)器人控制系統(tǒng)精確控制末端執(zhí)行器的位姿。

轉(zhuǎn)換為齊次矩陣為

其中，設(shè)T為齊次變換矩陣，則

綜上所述，換刀機(jī)器人末端執(zhí)行器對待更換刀具的精確定位過程是一個(gè)復(fù)合過程，即先進(jìn)行粗定位，再進(jìn)行精確定位。

3 試驗(yàn)與分析

為驗(yàn)證基于視覺導(dǎo)航定位的機(jī)器人換刀技術(shù)的可行性，在實(shí)驗(yàn)室基于KUKAKR60-3搭建了試驗(yàn)臺，進(jìn)行可行性試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)臺布局示意如圖11所示。為了模擬機(jī)器人換刀真實(shí)環(huán)境，試驗(yàn)過程均在黑暗環(huán)境下進(jìn)行。

圖11 換刀機(jī)器人試驗(yàn)臺布局示意圖(單位： mm)

3.1 相機(jī)通訊和照明測試

視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)中電源單獨(dú)供電，相機(jī)與機(jī)器人控制系統(tǒng)通過Profinet通信。下面測試相機(jī)的通訊和補(bǔ)光燈照明是否正常。

1)補(bǔ)光燈照明測試。控制系統(tǒng)發(fā)送照明指令，查看相應(yīng)繼電器是否及時(shí)響應(yīng)，補(bǔ)光燈是否正常打開，如圖12所示。

圖12 補(bǔ)光燈照明測試

2)相機(jī)通訊測試。控制系統(tǒng)觸發(fā)拍照指令，查看相機(jī)是否正常拍照并返回計(jì)算數(shù)據(jù)，如圖13所示。

(a)

(b)

經(jīng)測試，相機(jī)功能及通訊正常，補(bǔ)光燈的照明功能正常。

3.2 視覺定位精度測試

由于機(jī)器人采用成熟產(chǎn)品，其末端重復(fù)定位精度可達(dá)±0.06 mm。因此，本試驗(yàn)主要針對視覺系統(tǒng)進(jìn)行。視覺系統(tǒng)通過九點(diǎn)標(biāo)定法，統(tǒng)一了相機(jī)與機(jī)器人的坐標(biāo)系，機(jī)器人對待更換刀具的定位依賴于視覺定位的精度。因此，有必要測試機(jī)器人的視覺定位精度。測試步驟如下：

1)設(shè)機(jī)器人末端執(zhí)行器運(yùn)行在XY平面上，機(jī)器人控制系統(tǒng)發(fā)出位移指令，命令機(jī)器人末端執(zhí)行器沿X軸正向移動5.000 mm，觸發(fā)相機(jī)的拍照指令； 相機(jī)拍照后自動計(jì)算位移量，并反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，通過機(jī)器人控制系統(tǒng)查看相機(jī)返回的位移量。

2)重復(fù)步驟1)的操作，機(jī)器人發(fā)送位移指令，命令機(jī)器人末端執(zhí)行器分別沿X軸負(fù)向、Y軸正向、Y軸負(fù)向移動5.000 mm，觸發(fā)相機(jī)拍照； 相機(jī)拍照后自動計(jì)算位移量，并反饋給機(jī)器人控制系統(tǒng)，通過機(jī)器人控制系統(tǒng)分別查看相機(jī)在3個(gè)方向上返回的位移量。

試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 視覺導(dǎo)航定位精度測試結(jié)果

根據(jù)上述測試結(jié)果可知，機(jī)器人視覺導(dǎo)航定位精度可以達(dá)到0.5 mm左右，滿足使用要求。

3.3 視覺導(dǎo)航定位試驗(yàn)

在實(shí)際工況下，待更換刀具的理論位置可以通過計(jì)算獲取，但實(shí)際上由于機(jī)械安裝誤差、刀盤停轉(zhuǎn)定位誤差等，待更換刀具很難準(zhǔn)確停在理論位置，這就需要視覺導(dǎo)航定位系統(tǒng)對待更換刀具精確定位。在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置有可移動刀箱(如圖14所示)，用于模擬待更換刀具位置的變化。試驗(yàn)步驟如下：

1)用示教的方法，保證機(jī)器人末端執(zhí)行器能夠順利進(jìn)入刀箱，此步的目的在于確定基準(zhǔn)抓取點(diǎn)。

2)機(jī)器人控制器控制機(jī)器人末端執(zhí)行器移動至拍照位，然后用相機(jī)進(jìn)行拍照，存儲當(dāng)前坐標(biāo)為基準(zhǔn)坐標(biāo)。

3)進(jìn)行第1次測試，在不移動刀箱的情況下，依靠視覺定位進(jìn)行裝刀操作。

4)進(jìn)行第2次測試，刀箱進(jìn)行平移操作，平移11 mm，機(jī)器人依靠視覺定位進(jìn)行裝刀操作。

5)進(jìn)行第3次測試，刀箱進(jìn)行平移操作，平移13 mm，機(jī)器人依靠視覺定位進(jìn)行裝刀操作。

6)進(jìn)行第4次測試，刀箱進(jìn)行旋轉(zhuǎn)操作，旋轉(zhuǎn)15°，機(jī)器人依靠視覺定位進(jìn)行裝刀操作。

圖14 刀箱位移裝置

視覺導(dǎo)航定位測試現(xiàn)場如圖15所示。

(a)

(b)

視覺導(dǎo)航定位誤差如表2所示。

表2 視覺導(dǎo)航定位誤差

4次視覺導(dǎo)航定位測試中，機(jī)器人末端執(zhí)行器均順利進(jìn)入抓取位置，同時(shí)定位精度亦滿足使用需求。

4 結(jié)論與展望

依托盾構(gòu)實(shí)際工況，針對盾構(gòu)機(jī)器人換刀作業(yè)過程中刀具的精確定位問題進(jìn)行了研究。本文提出了機(jī)器人換刀作業(yè)過程中的視覺精確定位方法，并在實(shí)驗(yàn)室搭建機(jī)器人換刀試驗(yàn)臺進(jìn)行了一系列基于視覺導(dǎo)航定位的機(jī)器人換刀技術(shù)試驗(yàn)研究，得到如下結(jié)論。

1)機(jī)器人換刀作業(yè)過程中，末端執(zhí)行器的定位采用機(jī)器視覺導(dǎo)航定位，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，定位精度可以達(dá)到0.5 mm，滿足盾構(gòu)機(jī)器人換刀作業(yè)對精度的要求。說明換刀機(jī)器人末端執(zhí)行器采用機(jī)器視覺方法進(jìn)行精確導(dǎo)航定位具備可行性，可將視覺技術(shù)應(yīng)用于盾構(gòu)機(jī)器人換刀技術(shù)中。

2)由于實(shí)際施工過程中，盾構(gòu)刀盤土艙或泥水艙內(nèi)部環(huán)境黑暗、高壓、高濕，要想實(shí)現(xiàn)視覺系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行和精確定位，必須保證視覺系統(tǒng)的防護(hù)等級； 同時(shí)，機(jī)器人換刀作業(yè)前，要盡量保證待更換刀具清潔。

3)基于視覺導(dǎo)航定位的盾構(gòu)機(jī)器人換刀方法，為解決換刀機(jī)器人在惡劣作業(yè)環(huán)境中刀具精確定位的問題提供了一種思路，對盾構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動化機(jī)器人換刀作業(yè)具有重要意義。

關(guān)于盾構(gòu)機(jī)器人換刀視覺導(dǎo)航定位技術(shù)，只在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了驗(yàn)證。但是在實(shí)驗(yàn)室條件下，機(jī)器視覺環(huán)境相對理想，實(shí)際工況下，換刀環(huán)境非常復(fù)雜，視覺系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的魯棒性會受到影響，未來換刀機(jī)器人將搭載在真機(jī)上，在實(shí)際工況下進(jìn)一步進(jìn)行視覺導(dǎo)航定位技術(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)證和研究。