排爆机器人是指代替人到不能去或不适宜去的有爆炸、危险等环境中,直接在事发现场进行侦察、排除和处理爆炸物,以及其它危险品,也可以对一些持枪的恐怖分子及犯罪分子实施有效攻击的移动机器人。排爆机器人的关键在于能自主获取、处理和识别目标物信息,具有一定的自主分析能力,能够自主地完成较为复杂的操作任务,比一般的工业机器人具有更大的灵活性。而对环境的感知能力要求机器人具有环境感知器,随着机器视觉理论研究的发展以及视觉系统本身的优势,视觉传感器是最重要的选择,机器人视觉系统最主要和最基本的功能就是三维空间的定位,即确定机器人观察目标的空间三维坐标。本文以半智能排爆机器人的研制为背景,研究了其双目立体视觉和抓取控制的若干关键技术。 本文的主要研究工作如下： 研究了图像捕获和图像预处理算法。分析了排爆机器人的视频图像系统的设计原理、硬件系统的选型与设计、视频捕获的技术方案和开发流程。针对排爆机器人工作在自然环境中、实际获得的图像存在噪声,提出了一种基于选点的自适应窗口的中值滤波算法,该算法缓和了噪声抑制与细节保护之间的矛盾,在滤除图像噪声的同时又保护了图像细节,并且具有较好的实时性。 摄像机的精确标定是立体视觉研究的基础,讨论了摄像机标定的基本理论和技术,在此基础上,根据排爆机器人的特点,提出了一种内外参数分离的标定方法,它避免了传统标定方法的操作繁琐、算法复杂等缺点,又比自标定方法精度高,能达到快速简单、有效合理的效果。 研究了立体匹配算法,重点研究了区域匹配算法,根据排爆机器人双目视觉系统的实时性和高精度的特点,提出了一种控制点修正的金字塔双层动态规划立体匹配算法,采用金字塔算法求取低、高分辨率图像,然后在低、高分辨率图像上分别求取候选控制点集和最终控制点集,并用最终控制点集修正高分辨率图像上的动态规划立体匹配。由于对控制点求取的主要耗时工作都在低分辨率图像上进行,算法具有较好的实时性。 针对目前排爆机器人手动控制方式的不足,研究和开发了一种基于双目视觉定位的半智能排爆机器人控制系统,用于实现排爆机器人的自动抓取。提出了排爆机器人的两种半智能作业模式：基于视觉的目标物自动抓取模式和联动操作模式。在基于视觉的目标物自动抓取模式中,操作者只需在传回的现场图像中标示出目标物,机械手臂就能自动实施抓取；在联动操作模式中,操作者能对机械手臂进行“整体”的联动控制,控制机械手臂的手爪的各个方向运动,从而能很方便地抓取目标物。研制了半智能排爆机器人,开发了它的两个基本功能模块：“双目立体视觉子系统”和“运动学控制遥操作子系统”；利用这两个基本模块实现了两种半智能作业模式,进行了实际的抓取实验,实验表明,这两种半智能作业模式能大大提高机器人的易操作性,满足作业精度的要求。