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本期视频主要内容： 排爆是一项极危险的工作，稍有不慎就会危及生命。排爆机器人由北京的陈超发明团队发明，专门用于协助代替特警排爆大队进行应急处突，搜爆排爆等高危工作，最大限度保障特警人员的安全。 （《我爱发明》 20150414 排爆精英）
发明人联系方式：陈超 18618346365
《排爆精英》花絮：拍摄过程中排爆队员就多次出警，有一次，一名排爆手接到任务出警，半个小时后运回一枚几十年前大型哑弹。尽管排爆队员能力强，但排爆是一项极危险的工作，稍有不慎就会危及生命。陈超发明团队发明的排爆机器人可以代替特警人员在危险区域进行排爆，最大限度的保证了排爆人员的安全。
本期视频主要内容： 小小的机器，大大的创新，面对挑战它无所畏惧，面对问题它更是迎难而上。在日常生活中经常会遇到和电线有关的危险的事情，人工高空作业清理高空障碍非常危险。张师傅从事电力工作，想给大家带来便利，于是发明了一台除障机器人，经过反复试验，终于战胜了人工队，也给工作带来了便利。（《我爱发明》 20160316 除障机器人）
发明人联系方式：张利强 15009173366
发明项目：线路清障机
电，我们的生活离不开它。不管是通讯、电视，还是照明等，都必须用电来供应。可电又是一种极度危险的东西，尤其是户外的高压电线，常常会出现漏电，电死人的现象。那你知道悲剧产生的主要原因是什么吗？就是电线上的垃圾，比如风筝、气球等，给电线造成了损坏。
那该如何避免这些问题呢？清理，是最有效的办法。但麻烦就来了，面对高而细，并且危险性极强的电线来说，到底该如何清理？猴子，快请救兵来吧！
张利强团队，就职于国网陕西省电力公司运维检修部，平时主要以检修断电，清理电线上杂物的工作为主，所以他们对电线是相当了解的。为了给自身和同行带来福利，他们决定创造一台机器来替代传统而危险的清理工作。（赞一个~）
启动了卡在试验线路上的机器，它便向挂着气球的方向移动了起来，到底能不能把气球切断？见证奇迹的时刻就要到了！屏住呼吸……切断了！清障机真的把气球隔断了！它成功了！它不是一个人在战斗！
然而就在整个团队都沉浸在喜悦当中的时候，有人提出了异议：清障机要怎么通过电线上的防震锤？
你知道什么是防震锤吗？
在高压架空线路上，靠近绝缘子两侧的导线上常挂一个小锤，这种小锤叫防振锤，是为了减少导线因风力引起振动而设的。
为了缓解并进一步思考，张师傅和队友们打起了羽毛球。看着羽毛球来回穿梭，人也跟着交叉运动，张师傅顿时想到一个解决办法，为何不将机器的滚轮改成步行跨越的方式呢？这样不就可以解决防振锤的问题了嘛(
这一次，机器人顺利的在电线上走动着，一切防振锤装置都不再成为阻碍。看它自信满满的走向要清理的气球，BUT！什么情况？它并没有顺利的将气球给清理下来，祸不单行……机器人突然不动了，仔细一看，原来它卡住了！
第二代机器再一次宣布失败，那接下来该怎么办呢？首先，他们想到的是改变机器人的刀口，将切割的刀片换成锋利的平口。吸取前两次的教训，他们准备一次性解决所有可能出现的问题。经过反反复复的推敲实验，最新一代的清障机器人诞生了！
人机大战
随着张师傅的应战，一场人工与机器的清障的大战就要开始了。一个机器，多个人工，虽然从数量上面，人工队占据了优势。可是从工作效率来看，还是机器队领先。但质量上谁更胜一筹呢？未来，清障机能不能代替人工完成危险而必要的清扫工作呢？今天的《我爱发明》栏目，带您一探究竟！
传感器排爆机器人设计
摘要: 通过各类传感器控制设计了排爆机器人机械臂精确定位并完成排爆任务。对角度传感器，压敏传感器，红外测距传感器等多种传感器进行了设计分析。
关键词: 排爆机器人; 机械臂; 传感器信息融合
本次设计提出如下机械臂设计任务:可以用轮子在平整的道路上以较高的速度行驶，其可伸缩手臂的活动半径为 4m ，最大仰角 87 ° ，肘能弯曲 90 ° ，腕部活动范围 160 ° ，手爪可旋转 360 ° ，手爪抓握力可达 54kg ；另外，手臂上装有一支半自动猎枪，可与激光指示器配合使用，能在 45m 远处发射，使弹丸命中直径为 2.5cm 的目标。
1 排爆机器人机械臂控制系统设计图
本次设计的机械臂是一个相对独立的机构，它由肩关节、大臂关节、肘关节、腕关节、爪关节等组成，排爆机器人机械臂装配图如图1 所示。
图1 排爆机器人机械臂装配图
2 排爆机器人机械臂所使用到的传感器
对排爆机器人而言，机械臂的手爪坐标中心能与爆炸物坐标中心对齐才是设计的主要目标。如图1 所示，机器人的臂、肘、腕及手爪的角度均由角度传感器测量得出。手爪上安装了测量抓举力的压敏传感器、测量手爪张开距离的红外测距传感器、测量手爪坐标中心与目标物体前
后距离的激光测距传感器以及安装在手爪上下的2 个摄像头。当这些传感器信息经过协处理器融合到视频图像中，系统依照图像上的坐标值就能正确定位当前手爪坐标中心与目标物中心坐标位置，操控手爪使其正确定位。
在图1的手爪上的传感器安装可以看出，手爪上装有摄像头，激光测距传感器，力敏传感器，红外测距传感器。排爆时，需要有良好的工作视野，应对突发武装威胁的能力，对排爆物的精准定位以及控制好排爆机器人的抓举力度。摄像头保证了排爆机器人在工作时能为工作人员提供周围环境的视野。半自动猎枪则可以应对突发的武装威胁。激光测距传感器有助于定位物体的距离与位置。力敏传感器，则保证了排爆机器人在排爆时能把握好力度顺利完成排爆工作。
排爆机器人装有半自动猎枪，装配的激光指示器起到了精准打击目标的作用。
激光目标指示器工作原理
激光发射装置、激光接收装置和光学观瞄装置的光轴是平行的,以保证所观察目标就是激光照射目标。光学观瞄装置是用于初始捕获目标的,当观察员从光学观瞄装置中发现目标并将目标锁定到视场中心时,由于观瞄装置的光轴与激光发射光轴和激光接收光轴是平行的,或者说光轴的偏差量非常小,为零点几毫狐度,因此由激光发射装置发射的激光将照射到观瞄装置中心所对应的位置。为了保证制导炮弹能够探测到目标反射的激光信号,激光目标指示器的工作距离约7、8km。
激光束以一定的频率照射目标,为了避免敌方的干扰,要对激光脉冲进行编码,常用的编码方式有脉冲调制码,变间隔码和精确频率码。脉冲调制码是对一定重复频率的脉冲激光信号进行调制的编码,调制的目的是让某个应该产生激光的脉冲不发射激光。变间隔码的激光脉冲间隔是按规律周期变化的。
结语
通过这次传感器排爆机器人设计，我了解到了人工排爆工作的艰难与危险，因此，传感器技术在排爆机器人上的应用有着非常重要的意义及价值。
龙卫士® 是目前国内技术最领先的便携式排爆机器人品牌。
2005年中国第一台便携式排爆机器人龙卫士® 发布，它的成功研制开创了中国军事安防领域机器人的先河。2010年新一代便携式排爆机器人龙卫士® DG-X5发布，其卓越的性能领导了中国排爆机器人市场。
便携式排爆机器人产品系列
DG-X:
DG-X系列排爆机器人(DG-X3\DG-X4\DG-X5)
DG-X系列便携式排爆机器人是公安反恐排爆专业
人员用于处置、转移、销毁爆炸可疑物品及其它有害危
险品的最佳伙伴。标配多种传感器如多路现场图像和双
向语音等，能实时传输现场环境信息，替代现场安检人员远程勘察或监听。通过配备武器系统能远程对恐怖分
子实施打击。
DG-X3DG-X4DG-X5
DG-F系列单兵反恐机器人
(DG-F5\DG-F12\DG-F25\DG-F35)
DG-F系列战术移动机器人具有多种规格，
采用轮履式移动平台和高强度铝合金材质，尺寸
小，重量轻，适合单兵携带，差异化功能满足用
户多方位需求，能广泛用于军事、安防、反恐、
抗震救灾或其它高危环境作业。
DG-F5DG-F12DG-F25DG-F35DG-F:
1
便携式排爆机器人
龙卫士® DG-X5排爆机器人系统采用模块化结构设计，与市场上同类产品
相比具有更强的爬坡、越障能力，更长的续航能力、更远的有效通讯距离，更短
的维护时间，能抓取更重的重物(手臂全伸展状态下能抓取重物在8Kg以上)，
适应全天候、全地形的作战条件（无论草地、沙地、雪地、楼梯等都能运动自如），
整机性能全球领先，OCU控制器人性化设计，操作方便，DG-X5能广泛应用于
排爆、侦察等反恐领域和其它高危环境的作业。
DragonGuard X5 便携式排爆机器人®
DG-X5 的主要特点：
1、全地形特性
DG-X5排爆机器人底盘采用变位履带行走机构，可以在各种地形环境工作，
包括楼宇、户外、建筑工地，会场内，机舱内、甚至坑道、废墟，具有良好的
场地适应性，能在草地、沙地、雪地、泥泞、卵石地面高效运动，能40度以上
坡面和38度以下楼梯等各种复杂地形，最大运行速度可达0.8m/s。
2、可扩展性
DG-X5排爆机器人完全基于模块化、标准化结构设计，提供通用扩展接口，
能根据任务需要进行拼接实现不同功能，附加摄像机、喊话器、放射线探测器、
毒品探测器、散弹枪、水炮枪等，所有部件可迅速拆装。排爆物处理侦查楼梯
3、易用性
DG-X5排爆机器人提供多方位视频和双向语音功能，能观察到机器人传感
器和报警信息，提供机器人3D实时状态，确保操作安全，控制端采用人性化设
计，双手能同时方便地操控机器人。4、易维护性汽车水下特种作业DG-X5排爆机器人采用模块化设计，并提供机器人本体和控制器自检系统，能方便对运行故障进行定位及快速维修。【排爆机器人是怎么工作的视频】
2
便携式排爆机器人
DG-X5 的设计优势：
语音光纤模块
云台
1、模块化设计
DG-X5完全基于模块化设计，具有优秀的灵活性，适应性及可维护性。
操作臂
2、人性化设计
控制器人机界面根据人的操控习惯设计，符
合人体生理结构及操控思维方式，操控人员能左
右手同时操作机器人本体及操作臂，操控灵活方便，能更好地专注于排爆作业。
电池2DG-X5车体
电池1
DG-X5 的主要功能：
1.操控系统 控制器上能同
时得到远程作业现场实时语音
图像信息、环境传感器信息、
报警信息，便于操作人员现场判断，最大限度避免误操作。2.故障定位系统 故障定位系统能大大提供系统故障定位能力，维护更便捷。
3.3D仿真系统 3D仿真系统
能在控制器上模拟排爆机器人
操作运行情况，能使操作人员
短时间大大提高操作技能，节
省时间和成本。
3
DG-X5 的性能参数：
4
北京中泰通科技发展有限公司
地面排爆机器人 的应用
o
杨德智 明守远
地面排爆机器人主要用于代替人工，直接在案发现场排除和处理爆炸物以及其他危险品，也可以对一些持枪的恐怖分子及犯罪分子实施有效攻击，是排爆专业队伍中必不可少的重要装备。
控爆炸物引爆装置的无线电指令信号失效，排除遥控爆炸物引爆的可能性，从而保障排爆工
一、排爆工作的基本程序
排除爆炸可疑物品是一项细致复杂，危险性高的工作。从排爆工作涉及的装备来看，主要有排爆车、排爆机器人、爆炸物销毁器、频率干扰仪、Ｘ射线透视成像仪、车载防爆球罐、排爆服、排爆工具组等。
图１ 便携式无线电频率干扰仪
当发现爆炸物时，排爆车（一般采用中型面包车）将排爆整套系统装备及排爆人员快速运到案发现场。到达现场后，迅速将排爆机器人从排爆车上开下来，并将其他排爆装备搬下来：
● 首先打开无线电频率干扰仪，置放在离爆炸物一定的距离范围之内。随着无线电通讯设备的高速发展和普及，犯罪分子大都采用各种无线电遥控装置制造的遥控炸弹进行恐怖爆炸活动。而无线电频率干扰仪能有效地干扰各类手机、呼机、对讲机、小灵通、遥控玩具、遥控车锁、各种遥控系统等多种频率的无线电通讯信号，使利用上述现代通讯手段制造的遥
机器人技术与应用 ３０
图１ 车载无线电频率干扰仪
作的顺利进行。无线电频率干扰仪有两种类型，一种为手提便携式（图１），一种为车载式（图２）。手提便携式由排爆人员手提放在离爆炸物合适的位置；车载式安装在排爆车上，功率大，干扰信号覆盖面积大，应用更加机动方便。其主要技术参数如下：
手提便携式干扰仪：干扰频率范围全频覆盖，输出功率５００Ｗ，有效干扰半径５０米。
车载式干扰仪；干扰频率范围全频覆盖，输出功率１０００Ｗ，有效干扰半径５０—２００米。
● 其次，用Ｘ射线透视成像仪对爆炸物进行透视，观察爆炸物中引爆装置的类型和具体位置，为确定排除方法提供依据。目前最先进的便携式Ｘ射线透视成像仪，对爆炸物的透视状况可以通过无线发射，在笔记本电脑中得以接收，并可以进行不同层次不同色彩的调节，清晰分辨出爆炸物内部结构，其无线操作范围在１００—３００米之间。
目前，无线电频率干扰仪和Ｘ射线透视成像仪由于体积偏大和价格偏高的原因还没有装备在排爆机器人上。但随着技术的提高， 最终它们将安装在排爆机器人上，应用起来更加方便。
● 在排爆方案确定后，一般有人工排爆和机器人排爆２种方法。人工排爆是传统的排爆法，并且现在仍在应用。机器人排爆必需在装备了排爆机器人的排爆专业队中才能采用，这是排爆工作发展的方向和今后必需配备的高科技排爆装备。
人工排爆是由排爆专业人员身穿排爆服有效地保护自己，利用人工排爆竿、人工排爆机械
手、无磁排爆工具组等进行排爆工作。
机器人排爆就是排爆机器人代替人工排爆。由于高新技术在排爆领域中的应用，地面反恐排爆机器人已逐渐成为排爆工作的重要装备。Ｓｕｐｅｒ－ＤＩＩ型排爆机器人是国家８６３计划项目，由北京中泰通科技发展有限公司和上海交大联合研制的具有自主知识产权的最新产品，２００４年６月２３日在北京展览馆参加了第二届国际警用装备博览会，展示了它的优势功能和动作。
● 对爆炸物的处置有就地销毁和转移后销毁等方法。就地销毁就是用爆炸物销毁器在案发现场直接摧毁。转移后销毁就是由排爆机器人将爆炸物抓起来放入车载防爆球罐中，运到安全的地方进行销毁。车载防爆球罐（图３）由特殊钢材制成，一般的爆炸物就是在其中爆炸也不会将其炸毁，故十分安全可靠。
二、排爆机器人的应用
图
３ 车载防爆球罐
Ｓｕｐｅｒ－ＤＩＩ型排爆机器人采用了先进的ＰＬＣ计
算机与传感器、继电器控制技术和复杂的三臂杆
３１机器人技术与应用
六自由度的多功能工作装置，具有多方面的优势技术。
１． 联动功能
现有的国内外排爆机器人的每一个关节自由度的控制和操作都是由控制面 板上的单个按键开关进行操作。因此，机械手臂要到达爆炸物的确定位置必须由排爆操作人员手急眼快地操纵多个开关实现机械手臂的运动过程，运动速度的快慢和连续性靠操作人员的熟练程度决定，即使操作程度很熟，要达到连续的满意性也较难。Ｓｕｐｅｒ－ＤＩＩ型排爆机器人在工作装置中的三臂杆六自由度（六个电机）涉及的运动范围（基坐标与子坐标）之内提出了联动功能的设计与完成。所谓联动就是三臂杆六自由度以各自不同的位置姿态（不同的方位、不同的角度、不同的时间、不同的速度）为了到达同一个具体点位（爆炸物所在位置）而依次、连续、协调一致地按照所需的路径（程序）共同自动地配合动作。在操作面板上，设定了上下前后四个联动键开关，就可以轻松操作机械手臂的整体动作。为了使联动过程中具有个体动作的调整和配合，在操作面板上单独设有夹钳开闭、腕转左旋右旋、小臂向上向下、中臂向上向下、大臂向上向下、腰转（回转）向左向右的按键开关。这样联合行动和单独控制动作可以各自操作，也可以相互穿插操作。如在联动时，机械手臂的各关节臂杆象人的手臂一样向爆炸物运动，这时要小臂向下运动一下更合适，只要点按一下小臂向下的键开关即可。图４是ｓｕｐｅｒ－－ＤⅡ型排爆机器人的工作装置在做联动动作，这个动作是小
机器人技术与应用 ３２
图
４ 联动时小臂水平并前伸
臂始终要保持水平并向前运动，则大臂、中臂及各关节就要自动调节各自的位置以确保小臂水平向前运动。
２． 回转功能
回转功能是指排爆机器人的工作装置在车体上进行±９０度的往复转动。没有回转功能的机器人在机械手抓取爆炸物时的左右定位，或抓取爆炸物后要向左右方向放入防爆筒中时，工作装置不能自身转动，只能靠行走装置（车体）左右移动来实现。行走装置有轮式和履带式两种，由于接地面积大，摩擦阻力大，左右移动时，是跳跃式的较大位移，达不到平稳转动，尤其是小位移很难控制，往往几个回合才能定位。另外，在一些狭窄地段、壕沟、有障碍物等案发现场排爆时，由于行走装置受环境所限不能转动或转动很不方便，给排爆工作带来了很大困难。Ｓｕｐｅｒ－ＤⅡ型排爆机器人在行走装置的车体上与工作装置之间采用了回转机构。回转机构是由电机减速器、回转轴、滚动轴承、推力轴承共同组成，其摩擦系数微乎其微，转动平稳灵
活，即使很小的位移也能控制，克服了无回转
图５ 工作装置转动９０
。
功能的排爆机器人的不足。图５是ｓｕｐｅｒ－－ＤⅡ型排爆机器人在行走装置不动时，工作装置转动９０度时抓取爆炸物的状态。
３． 臂杆六自由度工作装置的几种功能用途一般排爆机器人是两节臂杆，有许多动作做不到位或达不到要求。Ｓｕｐｅｒ－－ＤⅡ型排爆机器人采用了三臂杆六自由度的工作装置，最大伸展长度１．８米，尽管在机械设计和控制系统上带来了一定难度，同时经济成本有所提高，但其优势功能和灵活性是肯定的，为排爆工作带来了诸多方便并将发挥更广泛的作用。下面仅举几例说明。
（１）图６是ｓｕｐｅｒ－ＤⅡ型排爆机器人工作装置处于地面水平状态时的位姿。这种姿态使机
图６
工作装置处于地面水平状态
器人可以伸入汽车底部或各种物体的底部进行摄像侦察及抓取可疑物品。在动作时，大臂向下，中臂水平，小臂略向上。这种位姿对物体的底部侦察是行之有效的。【排爆机器人是怎么工作的视频】
（２）图７是ｓｕｐｅｒ－－ＤⅡ型排爆机器人大臂向上，中臂接近水平，小臂垂直地面的一种姿态。这种姿态便于机器人从筒状容器抓取爆炸物或将爆炸物抓取后放入防爆罐和车载防爆球
图７ 筒状容器中抓取或投入爆炸物
罐中。同样，大臂、中臂、小臂向下时，机器人的车体在地面上，工作装置可以在沟中、
坑中进行排爆工作。
图８ 回转９０
。
时进行排爆工作
３３机器人技术与应用
（３）图８是ｓｕｐｅｒ－ＤⅡ型排爆机器人行走装
置不动时（进入沟中或低洼处），手臂９０。
转到一侧时的姿态。这种状态是在车体转动不方便时，手臂在±９０。
的范围内照样可以进行排爆
工作。
４．机械手
图９是ｓｕｐｅｒ－－ＤⅡ型排爆机器人的机械手。 该机械手采用蜗轮蜗杆传动机构使手指张开闭合，手指采用带有Ｖ型槽的双指结构，最大张开口径为２５０毫米，手臂最大伸展长度时抓取重量１０公斤。机械手安装在小臂杆的端
图９
机械手
部，借助小臂杆端部的两个自由度，可以３６０度左右任意旋转和在１８０毫米内进行直线型伸缩。
机械手的伸缩功能在排爆工作中有很大的用途。在一些诸如墙壁上的洞中、地面的坑中、汽车后备箱中、汽车底盘下、各种容器中等一些狭窄且活动范围不大的空间中若放有爆炸可疑物品，由于臂杆运动使机械手在小范围空间内做直线运动有较大限制，这时机械手不需上下左右摆动，就可以直线伸缩运动来完成特定环境中的抓取工作，如在墙壁上有一洞孔中放
机器人技术与应用 ３４
有爆炸可疑物品时，当臂杆对准孔的位置时，机械手就可以伸进洞中将物品抓出来。
５． 行走装置
ｓｕｐｅｒ－ＤⅡ型排爆机器人的行走装置采用四轮驱动和双摆驱动，行走速度每分钟０－４０米，爬坡能力４０度，能在１．３米的范围内原地回转。
该行走装置的前后摆可以同时上升同时下降，也可以分别上升下降，上升角度３０度，下降角度９０度。前后双摆同时下降９０度时，将车身整体抬高５００毫米，使工作装置的工作面抬高７００毫米，同时机械手向垂直方向的抓取高度也提高７００毫米。前后双摆配合四轮驱动可以爬楼梯（图１０）越过３００毫米高３００毫米宽以内的障碍物（图１１），并可以越过３００
毫米宽的壕沟。
图
１０ 爬楼梯
工业机器人（论文）
排爆机器人机械手运动规划
1前言
机器人作业主要依赖于机械手的运动，对机械手进行运动学分析是实现其运动控制和动力学分析所必需的。机械手运动学有正向和逆向之分，简单来讲，正向运动学就是由关节运动规律确定抓手运动规律，反之则为逆运动学。通常依据机器人的作业特点提出对机械手的位置、速度或加速度要求，由此再确定各关节的位置、速度或加速度，这是逆运动学要重点解决的问题 。
2机械手运动学构型
通常机械手的作业要求的主要特征之一是其末端执行器 (抓手)的位姿，如果要抓手能实现空间任意位姿则最少要有6个由自由度 。机械手的自由度数不一定非要为6，主要是要与其任务要求相适应，根据排爆机器人实际操作的需要，从控制简单可靠的角度出发，我们设计不要求抓手实现空间任意位姿，而且由于本排爆机器人机械手基座位于运动小车上，基座相对目标物可作一定的位置调整的，故最终决定采用5自由度机械手，相比6自由度机械手，只是腕部少用一个偏转的自由度。一旦所需要的自由度数确定之后，必须合理布置各个关节来实现这些自由度。对于串联的运动连杆，关节的数目等于机械手自由度数。大多数机械手的设计是由最后3个关节确定末端执行器的姿态，且它们的轴相交于腕关节原点，而前3个关节确定腕关节原点的位置。根据运动学知识，可知这类操作臂都有封闭的运动学解。参考国内外同类机器人，本机械手采用关节型机械手，各运动副安排(见图1)。腰、肩、肘关节确定抓手的空间位置，腕俯仰关节和回转关节确定抓手的姿态，肩、肘和腕俯仰关节处于同一平面。
3排爆机器人机械手运动轨迹和规划
3．1机械手作业分析和抓手轨迹设计
本机械手共有五个自由度，目标抓取过程中，主控计算机进行周期插补计算，即根据设计轨迹利用逆运动学算法计算输出关节角度系列，为满足实时性的要求，算法应力求简单。基于这种考虑，我们设计机械手抓取目标物的过程是让腰关节先运动至抓手中心(抓手坐标系原点)对准目标物位置，即使目标物上的测距点处于机械手连杆平面内，此阶段影响抓手姿态的抓手回转关节也可同时调整到位(一般根据目标物被抓部位的几何特征而定)，接下来才让肩关节、肘关节、腕俯仰关节同时运动使得手爪从瞄准位置运动至目标物被抓部位，后面这段过程的轨迹是我们要重点设计和规划的。如此以来，后面的这段过程进行逆运动求解时只需计算肩、肘、腕三个关节，而这三个关节组成的是一个平面机械手，利用几何方法就可计算，并且计算简单，可得到封闭解，也没有处理多重解的麻烦。通过这一过程，实际上是对机械手进行了解耦处理，使控制得以简化。
机械手小臂卜安装有双目视觉定位系统，其上两个摄像头可摄取同一目标物两幅图像，利用三角测距原理，经图像匹配和计算得出目标物与视觉坐标系的精确相对位置，通过坐标转换矩阵得到目标物相对大臂连杆坐标系得位置。腰关节转过的角度这时就可以计算出来，具体公式见后面的逆运动学汁算。接下来的机械手运动过程取决于抓手应以什么样的轨迹
(运动线路)接近目标物。依照通常情况，我们设计了两种轨迹，如图2所示。【排爆机器人是怎么工作的视频】
第一种是单段轨迹斜抓，见图2中由E点直线运动至目标位置T，OBCE是某个起始位置。这种方式的优点是手爪在接近目标物的过程中，摄像头一直对准目标物，起到一种手眼协调作用，致使目标物始终处于网像监控之下。这段轨迹用起始位形和目标的 X，Z坐标就可计算出来。
第二种是两段直线轨迹组合，即由图2中的C点到F点，到达F点时，小臂水平，然后再走FT的水平线过程。这种轨迹虽然复杂一些，但是保证了水平抓取这种常态。轨迹的 段长度由设汁确定，一般比小臂长度大一些即可，避免在前段过程就触到目标物。
3．2机械手连杆关节空间轨迹规划
关节空间规划方法是以关节角度的函数来描述机器人的轨迹，并进行轨迹规划。关节空间法不必在直角坐标空间中描述两个路径点之问的位形，计算简单，容易。而且，由于关节空间与直角坐标空间之间并不是连续对应关系，因而不会发生机构奇异性问题。连杆关节空间的轨迹规划方法取决于选取的关节插值函数，常用的有多项式插值和抛物线过渡的线性插值。
3．2．1抛物线过渡的线性插值
如图3所示，如果单纯采用线性插值，则在起始点、路径点和终止点的关节运动速度不连续，加速度无穷大。为了生成一条位置和速度都连续的平滑的运动轨迹，在线性捅值时，在每个节点的邻域内采用一段抛物线作为“缓冲区段”。由于抛物线对时间的二阶导数为常数，一阶导数即速度实现平滑过渡，不致产生突变，这样整个轨迹上角位移和角速度都是连续的。线性函数与抛物线函数平滑的衔接在一起形成的轨迹就是带抛物线过渡的线性轨迹 。如图3所示，图中t，为过渡时间， 为线性段时间，tm为节点间隔时间。若关节角度系列和间隔时间已知，设定好角加速度的绝对值后，就可进行规划计算。
3．2．2路径点的方程
对除起始点和终点之外的路径点，t 可用以下方程求得：
3．3基于几何的逆运动学算法
3．3．1腰关节转动角度
根据前面机械手作业分析，由于自动抓取过程中腰关节先
行转动时，肩、肘、腕俯仰关节不动，手爪回转关节转动到位。这
样的话，腰关节转动角度的确定就比较简单，设双目视觉定位系
统测出的是目标物卡H对视觉坐标系的位置( ，y， )，先将该位置
变换为卡H对手爪坐标系的坐标，接着再变换为相对腰部坐标系的
坐标( ’，Y’，。’)，坐标系(见图2)，腰关节转动角度可用下式求得：
ol=arctan(y’／x’)
3．3_2肩、肘、腕俯仰三个关节逆运动学计算
由于肩、肘、腕俯仰关节组成的是平面3R机械手，基于前
述的抓手轨迹，路经的中间点通过等距插补获得，其位置逆运动
学算法采用几何方法来导出。设机械手的仞始位姿，如图4所示。
由 。、 确定，要求手爪沿自身轴线前进。为统一和简单
起见，在此对关节角度作如下定义：后一个连杆与前一个连杆延
伸共线是为0度，重叠时为1 。，后一连杆相对前一连杆逆时
针转动时角度为正。设： = =。， =6 ， _l =c，计算过程是通过曰 点位置来 算出 、 。具体计算递推过程如下：
bl=2a COS(OI1d2)
l=180。+ 撕 3D
6 、／6 l+c2-26 Ic cosB,I
／3F#,-1+arccos(c sinfl,一1／bi)
2．i=-2arccos(b／2a)
ol3
． ，／2-1 80。
o／1
，带一l-1Ei|+( 2川一 ． )，2+ 1 1
3．4抓手运动轨迹计算仿真
各关节角度在关节空间规划后，过渡抛物线并未经过路径
点，而且，关节角度是离散的系列值，相邻路径点之间的角度是
轨迹插补得到，所以抓手在直角坐标空问的准确轨迹以及速度
均未可知，在这里我们用仿真方法计算其理论轨迹和速度。下面
以一个斜抓过程为例，进行全面的仿真计算，仿真计算顺序流程正运动学算法求解速度
采用前文介绍的带抛物线过渡的线性插值轨迹规划方法，
编程计算出各关节线性段时间和速度以及抛物线过渡段时间
等。各关节的轨迹确定后，接着就是生成关节空间实时轨迹。生
成方法是，根据插补周期在每次更新轨迹时，首先判断当前时间
t是处于轨迹的线性段还是过渡段，若处于线性段，各关节的轨
迹按下式计算：
e=e eil|
式中：卜 第 个路径点算起的时间。若处于过渡段时，各关
节轨迹按下式计算：
ti~=t一( 2+ )
O=0j+0~(t～‰)+ +
8=eI 曲
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