采用机器视觉的排爆机器人设计

    排爆机器人（EOD robot）是一种可以遥控操作地面移动机器人，一般是由一个机械手和一个可移动平台组成，主要用于拆除疑似爆炸物品，以减少作业现场人员伤亡，是目前军警方面使用的较先进装备之一。面前国际上主要流行美国Remotec公司的Andros系列排爆机器人、法国Cybernetics公司研制的TRS200中型排爆机器人等。目前排爆机器人的排爆工作需要专业的排爆人员操作，排爆人员通过排爆机器人实时传回来的现场图像进行排爆作业。所以对采集图像的实时性要求很高，由于排爆机器人一直在运动，操作人员很难调整摄像角度来跟踪目标，现在借助于最新的计算机视觉技术辅助摄像头实时跟踪目标物，从而减轻了操作者的操作难度。lD2安检之家

基于计算机视觉的排爆机器人设计lD2安检之家

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    排爆机器人完成工作需要机器人机械平台，硬件控制电路及PC端上处理器的协同工作。lD2安检之家

    以下为设计思路图：lD2安检之家

    整个平台由两节12V锂电池供电，通过操作员在上位机端发送指令控制排爆机器人行走或者抓取目标物。无线摄像头采集的图像传至电脑端的上位机，通过视觉算法处理获得摄像头云台的转动量，从而调整摄像头采集画面的角度实现目标物的实时跟踪。lD2安检之家

    平台结构设计lD2安检之家

    排爆机器人平台结构可以分为机械手机构，行走结构和摄像头云台机构。lD2安检之家

    机械手机构设计lD2安检之家

    传统的机械手由三部分组成，底座，手臂，爪子。每个关节之间以电机连接，当电机转动时带动手臂的运动。这样的设计有个缺点，如果主臂上的负载过大，机械手将无法抓取，于是我们采用了新型的设计方案，用直线运动的电动推杆来做主臂的动力。机械手结构如下图：lD2安检之家

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    行走机构设计lD2安检之家

    为了使排爆机器人能够到达爆炸物放置地点，它必须有较强的地形适应能力。传统的轮式底座通过性不强，无法适应复杂地形，所以行走机构采用了适应能力较强的履带底座。lD2安检之家

    摄像头云台机构设计lD2安检之家

    排爆机器人通过摄像头采集图像使操作者可以直观的控制机器人的动作，摄像头的实时传送操作者需要的图像至关重要。于是需要设计一个结构可以使摄像头做灵活的摆动，从而获得最佳画面。将摄像头固定在一个摆臂上，摆臂底端固定在一个旋转的底座上，这样的设计可以实现X、Y、Z三个方向的自由转动，从而捕捉到最佳的画面。lD2安检之家

    硬件电路设计lD2安检之家

    排爆机器人底座上安装了2只直流减速电机实现全方位运动，由2只电动推杆中的直流电机提供机械臂的动力。控制这些部件需要一个电机驱动器。排爆机器人的MCU采用了基于?Cortex-M3内核的STM32芯片该芯片最高主频可达72MHZ，可对信息进行快速及时的处理。电机驱动芯片采用了L298N，最高支持20W的负载。无线信息交互采用了基于ZIGBEE技术的无线串口，该串口传输距离大能耗低。系统整体结构如下图：lD2安检之家

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    计算机视觉辅助控制策略lD2安检之家

    OpenCV于1999年由Inter建立，现在由Willow Garage提供支持。OpenCV是一个基于BSD许可证授权（开源）发行的跨平台计算机视觉库，可以运行Linux、Windows和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效—由一系列C函数和少量C++类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的借口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。OpenCV主要用于对图像的一些高级处理，比如特征检测和追踪、运动分析、目标分割与识别以及3D重建等。与其他视觉工具比，OpenCV的优越性如下表：lD2安检之家

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    目标跟踪算法lD2安检之家

    目标跟踪是计算机视觉的一个重要分支，该技术在医疗、军事、教育等领域都有着广泛的应用。实现目标的关键在于完整的分割目标、合理提取特征和准确识别目标，同时还要考虑实现的时间，保证实时性。