《排爆机器人的研究与开发》以作者所作博士后研究工作报告为背景，以排爆机器人机械臂单关节遥控操作、联动遥控操作、机械手一次自动到位遥控操作3种工作模式为中心，进行了深入的研究与开发。在特殊约束条件下，解决了5自由度机器手逆运动学求解困难的问题。应用“双目立体视觉”技术，解决了爆炸物目标测距的问题。运用观测图像，实现了排爆机器人手爪柔性控制策略，保障了抓取爆炸物的安全，研制出了具有自主知识产权的排爆机器人。

    第2章 智能排爆机器人的系统组成
    目前国内外比较流行的排爆机器人的每个关节自由度的控制和操作大多由控制面板上的单个按键开关进行操作，操作很不方便。机械手臂要到达爆炸物的确定位置，必须由经过专门训练的操作人员根据排爆现场的状况，判断需要机械手臂执行的动作，手工操纵多个开关实现机械手臂各个关节的运动过程，运动速度的快慢和连续性靠操作人员的熟练程度决定，大大降低了工作效率。
    全智能控制必须建立在目标位置、速度、力矩的实时反馈基础之上。显然对于排爆机器人必须工作在开放式结构的条件下，是难以实现的。若硬性规定几种作业模式，则排爆机器人必然操作技能有限。
    针对目前排爆机器人手动遥控方式与全智能控制方式的不足和广东省公安厅提出的排爆机器人技术指标，研究开发了排爆机器人。MRC-5系列样机，该样机在抓取可疑爆炸物时除了人工遥控操作外，还增加了双目视觉系统，利用双目立体视觉原理，计算机器人的手爪与可疑爆炸物之间的相对位置坐标，由机器人的控制系统自动控制手臂靠近并抓取可疑爆炸物。
    2.1 智能排爆机器人总体设计原则
    依据广东省公安厅对排爆机器人的技术指标，在充分研究国外排爆机器人功能的基础上，分析其结构和技术上的优缺点，在实现国外产品基本功能的前提下，尽可能增加一些实用功能要点如下：
    （1）国外产品具备的基本功能有：行走、转弯功能，现场摄像并传输至操纵台，在监视器上重现现场二维图像，通过遥控实现机器人抓放，搬运可疑爆炸物，利用遥控使激光瞄准器对准可疑物，机械臂上安装有霰弹枪、水炮等。
    （2）新样机在抓取可疑爆炸物时除了手工遥控操作外，将增加机器人的双目立体视觉系统，通过图像处理、模式识别等办法，确定机器人基座与可疑爆炸物之间相对位置的三维坐标，利用运动学正、逆问题的求解，实现机器人自动控制手臂靠近并抓取可疑物，完成遥控操作，一次到位的任务。
    （3）新样机的控制系统不再采用原来机器人所采用的PLC控制方式，而是在基于嵌入式工控机的基础上，采用Windows Embedded CE6.0软件平台，使系统的运算速度加快，可达微秒级，为后续阶段的全自动控制研究打下基础，即实现了机器人的智能化和网络化功能。
    （4）新样机将实现自动更换排爆工具功能。国外产品更换工具时必须返回操作后方，通过人工方式更换，效率低。排爆耗时的长短是决定任务成败的关键，现场自动更换工具功能是在操作员的指令下，机器人在排爆现场实现现场更换排爆工具。
    ……

第1章 排爆机器人发展现状及关键技术
1.1 排爆机器人研究现状
1.1.1 国内外的研究现状
1.1.2 排爆机器人的关键技术
1.1.3 排爆机器人的发展趋势
1.2 计算机立体视觉的研究现状
1.2.1 双目立体视觉的研究内容
1.2.2 双目立体视觉研究现状
1.2.3 应用于移动机器人的立体视觉系统
1.3 机器人的计算机控制技术
1.4 选题背景及主要研究工作
1.4.1 选题背景
1.4.2 目前排爆机器人存在的问题

第2章 智能排爆机器人的系统组成
2.1 智能排爆机器人总体设计原则
2.2 履带式排爆机器人移动车体机构设计
2.3 机械臂
2.3.1 自由度
2.3.2 机械臂结构
2.4 智能排爆机器人的3种作业模式
2.4.1 基于计算机视觉的目标物遥控操作模式
2.4.2 机械臂联动操作模式
2.4.3 机械臂单关节操作模式
2.5 智能排爆机器人系统软件的功能模块
2.5.1 双目立体视觉子系统
2.5.2 运动学控制遥操作子系统
2.6 智能排爆机器控制系统
2.6.1 概述
2.6.2 现场主控制计算机
2.6.3 无线传输设备
2.6.4 嵌入式PC/104计算机
2.6.5 数据采集卡
2.6.6 光电编码器与直流电机
2.6.7 H桥式直流电机驱动电路
2.7 本章小结

第3章 视频图像捕获及图像预处理
3.1 视频图像处理方法
3.1.1 图像捕获硬件系统的选型与设计
3.1.2 视频图像捕获的软件实现
3.2 图像预处理方法研究
3.2.1 图像噪声的分类
3.2.2 图像滤波去噪声算法的研究
3.3 基于特定选点的自适应窗口的中值滤波算法
3.3.1 去噪声算法基本思想
3.3.2 去噪声算法的实现步骤
3.3.3 实验结果及分析
3.4 本章小结

第4章 双目立体视觉系统的标定
4.1 双目立体视觉系统的透视变换与摄像机模型
4.1.1 标定中的各种坐标系
4.1.2 双目立体视觉系统各坐标系的变换
4.1.3 摄像机的标定参数
4.1.4 摄像机镜头的畸变
4.2 摄像机内外参数的标定方法
4.2.1 传统的摄像机标定方法
4.2.2 摄像机自标定方法
4.2.3 基于主动视觉的标定方法
4.2.4 其他的一些标定方法
4.3 一种内外参数分离的标定方法
4.3.1 摄像机内参数标定
4.3.2 摄像机外参数标定
4.3.3 摄像机标定实验步骤及结果
4.4 本章小结

第5章 双目系统立体匹配与三维坐标的计算
5.1 双目立体系统匹配的基本问题
5.1.1 匹配基元的选择
5.1.2 匹配准则
5.1.3 双目系统立体匹配的算法结构
5.2 双目系统立体匹配算法
5.2.1 常用立体匹配算法
5.2.2 双目系统立体匹配在理论和技术上存在的问题
5.2.3 双目立体系统区域相关匹配算法
5.3 视觉系统控制点修正的金字塔双层动态规划立体匹配算法
5.3.1 控制点修正的动态规划立体匹配算法
5.3.2 控制点修正的金字塔双层动态规划立体匹配算法
5.3.3 实验与结果分析
5.4 双目立体视觉三维坐标的深度计算
5.4.1 三维坐标的数值计算
5.4.2 双目立体视觉系统实验结果
5.5 本章小结

第6章 排爆机器人机械臂运动学分析
6.1 3臂杆5自由度机械臂
6.1.1 机械臂工作平面分析
6.1.2 手腕摆动关节设计（第四关节）
6.1.3 前臂结构设计
6.1.4 前臂刚度校核
6.1.5 肘关节设计（第三关节）
6.1.6 上臂结构设计
6.1.7 驱动系统设计
6.1.8 第一关节设计
6.2 3臂杆5自由度机械臂的运动学特性分析
6.2.1 3臂杆5自由度机械臂运动学方程
6.2.2 3臂杆5自由度机械臂运动学方程求解
6.3 3臂杆5自由度机械臂运动学求解过程简化
6.3.1 机械臂平面内的运动
6.3.2 腰部回转关节的运动
6.3.3 解析的正逆运动学方程
6.4 本章小结

第7章 排爆机器人的伺服控制系统
7.1 介绍MATLABRTW、xPC的概念
7.1.1 MATLABRTW的基本介绍
7.1.2 xPC目标应用环境
7.1.3 排爆机器人控制系统控制模型的开发
7.2 运动控制模型
7.2.1 模型总体框架
7.2.2 系统初始化
7.2.3 主控制模块
7.2.4 机械臂运动关节的位置伺服控制模型
7.3 控制指令
7.4 排爆机器人手爪的柔性控制
7.4.1 手爪夹持机构的受力分析
7.4.2 可疑爆炸物的质量估计与夹持宽度估计
7.4.3 可疑爆炸物的夹持表面粗糙度估计
7.4.4 排爆机器人电流伺服控制系统的实现
7.5 本章小结

第8章 排爆机器人遥操作控制流程及误差分析
8.1 遥操作子系统软件
8.2 DirectInput简介
8.3 DirectInput组件
8.4 遥操作过程及控制指令
8.5 智能排爆机器人的排爆操作过程
8.6 实验研究
8.6.1 实验设备和仪器
8.6.2 机器人自动抓取目标物实验
8.6.3 误差分析
8.7 本章小结

第9章 摇杆控制
9.1 主要程序代码
9.2 控制指令
9.2.1 串口通信
9.2.2 手柄控制指令

第10章 供电与辅助系统设计
10.1 供电系统设计
10.2 辅助系统设计
结论
附件一 排爆机器人开发软件
参考文献