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