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第1章 排爆机器人发展现状及关键技术1

1.1 排爆机器人研究现状1

1.1.1 国内外的研究现状1

1.1.2 排爆机器人的关键技术6

1.1.3 排爆机器人的发展趋势7

1.2 计算机立体视觉的研究现状8

1.2.1 双目立体视觉的研究内容9

1.2.2 双目立体视觉研究现状10

1.2.3 应用于移动机器人的立体视觉系统11

1.3 机器人的计算机控制技术12

1.4 选题背景及主要研究工作13

1.4.1 选题背景13

1.4.2 目前排爆机器人存在的问题14

第2章 智能排爆机器人的系统组成15

2.1 智能排爆机器人总体设计原则15

2.2 履带式排爆机器人移动车体机构设计16

2.3 机械臂22

2.3.1 自由度22

23.2 机械臂结构23

2.4 智能排爆机器人的3种作业模式23

2.4.1 基于计算机视觉的目标物遥控操作模式23

2.4.2 机械臂联动操作模式24

2.4.3 机械臂单关节操作模式25

2.5 智能排爆机器人系统软件的功能模块25

2.5.1 双目立体视觉子系统25

2.5.2 运动学控制遥操作子系统25

2.6 智能排爆机器控制系统26

2.6.1 概述26

2.6.2 现场主控制计算机27

2.6.3 无线传输设备28

2.6.4 嵌入式PC/104计算机29

2.6.5 数据采集卡30

2.6.6 光电编码器与直流电机31

2.6.7 H桥式直流电机驱动电路32

2.7 本章小结33

第3章 视频图像捕获及图像预处理34

3.1 视频图像处理方法34

3.1.1 图像捕获硬件系统的选型与设计34

3.1.2 视频图像捕获的软件实现36

3.2 图像预处理方法研究40

3.2.1 图像噪声的分类40

3.2.2 图像滤波去噪声算法的研究41

3.3 基于特定选点的自适应窗口的中值滤波算法44

3.3.1 去噪声算法基本思想44

3.3.2 去噪声算法的实现步骤45

3.3.3 实验结果及分析47

3.4 本章小结49

第4章 双目立体视觉系统的标定50

4.1 双目立体视觉系统的透视变换与摄像机模型50

4.1.1 标定中的各种坐标系50

4.1.2 双目立体视觉系统各坐标系的变换52

4.1.3 摄像机的标定参数54

4.1.4 摄像机镜头的畸变55

4.2 摄像机内外参数的标定方法56

4.2.1 传统的摄像机标定方法57

4.2.2 摄像机自标定方法59

4.2.3 基于主动视觉的标定方法59

4.2.4 其他的一些标定方法60

4.3 一种内外参数分离的标定方法60

4.3.1 摄像机内参数标定60

4.3.2 摄像机外参数标定64

4.3.3 摄像机标定实验步骤及结果64

4.4 本章小结67

第5章 双目系统立体匹配与三维坐标的计算68

5.1 双目立体系统匹配的基本问题68

5.1.1 匹配基元的选择69

5.1.2 匹配准则69

5.1.3 双目系统立体匹配的算法结构72

5.2 双目系统立体匹配算法72

5.2.1 常用立体匹配算法73

5.2.2 双目系统立体匹配在理论和技术上存在的问题74

5.2.3 双目立体系统区域相关匹配算法75

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77

5.3.1 控制点修正的动态规划立体匹配算法78

5.3.2 控制点修正的金字塔双层动态规划立体匹配算法80

5.3.3 实验与结果分析82

5.4 双目立体视觉三维坐标的深度计算83

5.4.1 三维坐标的数值计算84

5.4.2 双目立体视觉系统实验结果85

5.5 本章小结88

第6章 排爆机器人机械臂运动学分析89

6.1 3臂杆5自由度机械臂89

6.1.1 机械臂工作平面分析90

6.1.2 手腕摆动关节设计（第四关节）92

6.1.3 前臂结构设计94

6.1.4 前臂刚度校核95

6.1.5 肘关节设计（第三关节）97

6.1.6 上臂结构设计98

6.1.7 驱动系统设计100

6.1.8 第一关节设计101

6.2 3臂杆5自由度机械臂的运动学特性分析102

6.2.1 3臂杆5自由度机械臂运动学方程103

6.2.2 3臂杆5自由度机械臂运动学方程求解104

6.3 3臂杆5自由度机械臂运动学求解过程简化105

6.3.1 机械臂平面内的运动106

6.3.2 腰部回转关节的运动108

6.3.3 解析的正逆运动学方程108

6.4 本章小结109

第7章 排爆机器人的伺服控制系统110

7.1 介绍MATLABRTW、xPC的概念110

7.1.1 MATLABRTW的基本介绍110

7.1.2 xPC目标应用环境113

7.1.3 排爆机器人控制系统控制模型的开发115

7.2 运动控制模型116

7.2.1 模型总体框架116

7.2.2 系统初始化116

7.2.3 主控制模块118

7.2.4 机械臂运动关节的位置伺服控制模型119

7.3 控制指令124

7.4 排爆机器人手爪的柔性控制126

7.4.1 手爪夹持机构的受力分析126

7.4.2 可疑爆炸物的质量估计与夹持宽度估计128

7.4.3 可疑爆炸物的夹持表面粗糙度估计128

7.4.4 排爆机器人电流伺服控制系统的实现129

7.5 本章小结130

第8章 排爆机器人遥操作控制流程及误差分析131

8.1 遥操作子系统软件132

8.2 DirectInput简介133

8.3 DirectInput组件133

8.4 遥操作过程及控制指令133

8.5 智能排爆机器人的排爆操作过程134

8.6 实验研究140

8.6.1 实验设备和仪器140

8.6.2 机器人自动抓取目标物实验140

8.6.3 误差分析143

8.7 本章小结144

第9章 摇杆控制145

9.1 主要程序代码145

9.2 控制指令153

9.2.1 串口通信153

9.2.2 手柄控制指令155

第10章 供电与辅助系统设计162

10.1 供电系统设计162

10.2 辅助系统设计162

结论163

附件一 排爆机器人开发软件165

参考文献225