核燃料棒的组装是一种高危操作,不能使用人工进行徒手组装,而且由于燃料棒与栅板框架配合的精密性与特殊性,传统的遥操作等手段并不能很好地胜任。由于基于视觉伺服的机器人定位精度高,组装速度快,是工业界研究的热点,也是本文在核燃料棒束组装上应用的研究方向。视觉伺服系统实现对燃料棒位姿高精度提取的关键在于伺服系统结构选取、视觉系统中相机标定、边缘提取、特征提取等工作。基于本项目需求,本文选取了单目、眼在手外和基于位置的视觉伺服的系统类型,并对图像处理精度需求和燃料棒位姿进行了研究。为了对燃料棒进行定位,确立了相机的线性与非线性模型,分析了平面标靶方法的参数求取过程,通过MATLAB得到了高精度的内外参数,为了实现对燃料棒下端塞边缘的精确检测,分析了各类导数算子的检测效果,提出了结合边界跟踪的Canny算子边缘检测方法。为了实现对燃料棒下端塞特征的高精度提取,分析了常用的直线、圆、椭圆提取算法。基于本项目要求,提出了改进的极坐标霍夫检测算法、基于最优边缘的改进圆检测霍夫算法、改进的最小二乘法椭圆拟合算法等新算法,实现了特征的高精度提取。在采用了Lab VIEW和MATLAB混合编程的基础上,编写了软件测试平台,为验证其中各项功能,搭建了一个二自由度精密微调平台,完成了视觉伺服系统仿真环境的开发。最后,通过对不同位姿下的燃料棒进行了直线检测等测试,仿真系统各个模块的功能得到了验证。