1.4 选题背景及主要研究工作

1.4.1 选题背景

随着我国改革开放的不断深入发展，国内犯罪分子受西方暴力犯罪的影响，其犯罪手段比昔日更加残暴，一些重大恶性案件，如杀人、爆炸、抢劫、绑架勒索等时有发生。受国际恐怖主义浪潮的影响，国内恐怖活动也有抬头趋势，直接威胁着安定团结的大好局面和人民群众的生命财产安全。广大公安干警对各类犯罪活动进行了坚决斗争，付出了沉重的代价。爆炸案因其影响恶劣，对社会秩序和人民群众生命财产安全的危害巨大，爆炸活动在恐怖活动中占有很大比重，且目前爆炸案在我国呈上升趋势，是公安机关的打击重点。公安机关在处置爆炸装置时，多数采用人工排除，付出的代价很大。

排爆机器人的研究是我国科技发展的战略要求。2004年年初，IEEE高级会员们对影响未来的产业进行了调研，他们认为对未来影响最大的4项技术是生物技术、纳米技术、巨型计算机技术和智能机器人技术。2005年1月21～22日，“863”计划先进制造与自动化技术领域办公室和国家自然科学基金会信息科学部在北京联合组织召开了战略研讨会。科技部马颂德副部长、高新司冯记春司长、基金委信息科学部王成红副主任等参加了研讨会。与会专家在发言中指出：随着机器人技术的发展，机器人的用途越来越广，开始从传统的工业领域，向军事、公安、医疗、服务等领域渗透。世界上一些发达国家，都非常重视机器人技术的研究，都将机器人作为一个战略高技术给予支持。这是因为机器人不仅将形成一个大产业，而且将对国家的综合国力，对国家的可持续发展有着巨大而深远的影响。与会专家建议，应进一步加强机器人技术的研究，并以家用机器人、危险作业机器人和医疗机器人作为突破口，促进我国智能机器人产业的发展。

在国内，中国科学院沈阳自动化研究所、北京中泰通科技发展有限公司、上海交通大学、北京金吾高科技有限公司、广州卫富机器人有限公司等曾先后研制过排爆机器人，但是由于种种原因都未得到后续报道。从国外进口的排爆机器人价格昂贵，售后服务和保养维修也困难。广东省公安厅购买加拿大Pedsco公司生产的RMI-9WT排爆机器人花了近200万人民币，该机器人功能不多，性价比低，佛山市公安局、广州市番禺区公安局也从国外购买了排爆机器人来执行任务，降低排爆警员面对的危险。如果各级公安部门都从国外进口排爆机器人，就会大大增加公安机关的经济负担，要花费国家大量外汇，而且关键技术受制于人。所以我们很有必要研制具有自主知识产权的排爆机器人来处理爆炸物，以尽量减少动用警力手工拆除和处理爆炸物品的情况，尽可能保证人员的安全。目前，广州市率先在全国实行了市、区（县）两级排爆制度，但因为工作太危险，多数县、区分局的排爆人员都难以配齐。排爆机器人开发成功后售价将仅为国外同类产品的1/2，每台可节省资金约100万元人民币，广东省有200多个公安分局单位，在第一阶段的排爆机器人装备规划中广东省公安部门就可以节约至少2亿人民币的资金。所以排爆机器人有广阔的市场前景，排爆机器人的成功开发必将带来巨大的经济效益和深远的社会效益。

1.4.2 目前排爆机器人存在的问题

排爆机器人等危险作业机器人[14，61]，在结构上一般都由移动机构和一个多自由度操作臂组成，即为移动机械臂结构。移动机构有轮式和履带式两种，它们一般体积不大，转向灵活，便于在狭窄的地方工作。多自由度操作臂为最主要的功能部件，由操作人员在几百米甚至几公里以外通过无线或电缆控制其活动，完成作业任务。在进行远程作业时，一般由机器人本体上安装的多台摄像机传回的图像来对现场进行观察。

对于各种类型的危险作业机器人，虽然某些已经投入市场，但一般都存在着操作困难的特点。特别是对于多自由度操作臂的操作，一般都是由操作员在后台，利用遥控面板对作业现场的多自由度操作臂进行操作。这种单一关节操作方式效率很低而且操作非常困难，对操作者的要求很高，一般操作者要经过长期的训练与磨合才能比较顺利地控制机械臂完成抓取目标物等各种作业任务。

为了提高机器人的易操作性、作业效率及作业的精细程度，在保证作业安全的前提下，使机器人具有一定程度的“智能”显得尤为重要。因此我们研究利用计算机视觉开发机器人的智能作业系统。利用该智能作业系统，操作员只需给出高层次的作业需求，机器人便能自主地完成某些作业任务。