本成果配備有七自由度力控?cái)M人機(jī)械臂、末端快換裝置及多種專業(yè)工具（電動(dòng)剪刀和開多型號(hào)閥門的變距銷）、便攜式X射線檢查儀、熒光拉曼復(fù)合探測(cè)儀、無后坐力爆炸物銷毀器等排爆專用裝備，具有專業(yè)友好易用的UI及安全操控的半自主輔助軟件系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)人在回路沉浸式操作和局促空間內(nèi)軟件自主輔助安全靈巧排爆作業(yè)，具備直觀、安全靈巧和易用的操作能力，可在危險(xiǎn)復(fù)雜環(huán)境下替代戰(zhàn)士進(jìn)行無人安全靈巧搜排爆作業(yè)。

圖1.沉浸式雙臂排爆機(jī)器人

排爆作業(yè)模式

雙臂排爆機(jī)器人可通過人在回路沉浸式和半自主軟件輔助操作系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同遠(yuǎn)程操作（圖2)，能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸式安全靈巧搜排爆作業(yè)。

圖2.沉浸式雙臂排爆機(jī)器人作業(yè)模式

其中，半自主軟件輔助操作系統(tǒng)具有運(yùn)動(dòng)路徑自主規(guī)劃和目標(biāo)選擇與自主接近功能，可以實(shí)現(xiàn)局限空間內(nèi)的安全靈巧排爆作業(yè)控制，能夠支持雙臂排爆機(jī)器人進(jìn)行多任務(wù)、全流程、一體化搜排爆作業(yè)。

1. 精準(zhǔn)探測(cè)

沉浸式雙臂排爆機(jī)器人采用了四擺臂履帶移動(dòng)底盤，具有姿態(tài)可調(diào)擺臂，移動(dòng)速度5km/h，具備越過30cm障礙、跨越25cm溝壑、爬坡40°以及爬樓梯等能力，并可以通過半自主操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)門尺寸參數(shù)的開門通行，滿足城市場(chǎng)景中復(fù)雜路面通過及小區(qū)樓宇等狹小空間作業(yè)的要求，快速到達(dá)可疑爆炸物目標(biāo)附近。面對(duì)可能藏身隱蔽的爆炸物，雙臂排爆機(jī)器人攜帶有專業(yè)便攜式X光機(jī)和熒光拉曼復(fù)合檢測(cè)儀。采用的X光機(jī)可以檢測(cè)出包裹內(nèi)的刀具、槍支、雷管等危險(xiǎn)物品，熒光拉曼復(fù)合毒爆檢測(cè)儀可實(shí)現(xiàn)毒品、有毒有害物質(zhì)、炸藥等的快速探測(cè)和精準(zhǔn)定性檢測(cè)（圖3）。

圖3.雙臂排爆機(jī)器人精準(zhǔn)探測(cè)危險(xiǎn)物品作業(yè)

2. 安全轉(zhuǎn)移

圖4.雙臂排爆機(jī)器人安全轉(zhuǎn)移爆炸物作業(yè)

成功探測(cè)到危險(xiǎn)物品后，采用手端RGBD相機(jī)掃描目標(biāo)周圍區(qū)域，采用三維場(chǎng)景智能感知模塊完成安全作業(yè)場(chǎng)景準(zhǔn)確建模，并利用端到端監(jiān)督學(xué)習(xí)智能算法，自主生成形狀未知目標(biāo)物體的最佳抓取位姿策略。在目標(biāo)精準(zhǔn)操作階段，可采用沉浸式遙操作系統(tǒng)與半自主操控系統(tǒng)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)靈巧抓取、力控開包、自主協(xié)調(diào)搬運(yùn)等多任務(wù)排爆場(chǎng)景作業(yè)。

3. 處置銷毀

操作人員根據(jù)沉浸式的反饋視覺信息，對(duì)處置方式進(jìn)行研判，依據(jù)實(shí)際情況采用轉(zhuǎn)運(yùn)、現(xiàn)場(chǎng)拆除和摧毀等方式進(jìn)行處置。當(dāng)需進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，操作人員可通過遙操作的方式將爆炸物抓取，并采用半自主作業(yè)模式操控運(yùn)動(dòng)，保證爆炸物在被移動(dòng)的過程中不會(huì)受到過量沖擊，最后放置于防爆桶內(nèi)；當(dāng)需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)排爆時(shí)，排爆人員可通過沉浸式遙操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)手眼協(xié)調(diào)操作精準(zhǔn)排爆，完成爆炸物拆線操作；當(dāng)需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)摧毀時(shí)，排爆人員可遠(yuǎn)程遙控雙臂排爆機(jī)器人攜帶的無后坐力爆炸物銷毀器，利用射出高速水流實(shí)現(xiàn)就地分解爆炸物，排除安全隱患。

圖5.雙臂排爆機(jī)器人多功能處置銷毀作業(yè)

安全自主輔助操控軟件系統(tǒng)

雙臂排爆機(jī)器人半自主控制系統(tǒng)軟件框架包括分布式從機(jī)、分布式主機(jī)、工控板卡和機(jī)器人系統(tǒng)。分布式主機(jī)負(fù)責(zé)半自主排爆操作控制和系統(tǒng)資源管理，分布式從機(jī)承擔(dān)人機(jī)交互、數(shù)據(jù)可視化和頂層行為規(guī)劃等功能，工控機(jī)板卡為排爆作業(yè)中雙臂機(jī)器人協(xié)調(diào)操作和抗干擾提供硬件基礎(chǔ)。系統(tǒng)采用多機(jī)分布式設(shè)計(jì)，利用分布式機(jī)器人操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信和數(shù)據(jù)傳遞、降低耦合和提高魯棒性。系統(tǒng)開發(fā)了以下半自主關(guān)鍵技術(shù)：

1. 基于深度點(diǎn)云的三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)重建及物體實(shí)例分割，解決了機(jī)器人對(duì)搜排爆作業(yè)場(chǎng)景理解難問題，為關(guān)鍵受限空間下雙臂排爆機(jī)器人的自主路徑規(guī)劃和目標(biāo)選擇奠定基礎(chǔ)；

2. 形狀未知物體的6維靈巧抓取策略生成，提出變分抓取策略生成方法和條件變分自編碼器學(xué)習(xí)抓取策略，解決了形狀未知物體難操作問題；

3. 受限空間下機(jī)器人自主避碰與安全運(yùn)動(dòng)控制，提出了基于模型預(yù)測(cè)的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)軌跡自主生成方法，提高了受限空間中排爆操作作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性；

4. 受限空間下雙臂機(jī)器人協(xié)調(diào)靈巧操作控制，提出了基于約束優(yōu)化理論方法統(tǒng)籌優(yōu)化性能指標(biāo)、障礙和任務(wù)約束，提高了機(jī)器人雙臂協(xié)調(diào)操作的效率和安全性；

5. 力位混合的高品質(zhì)沉浸式主從遙操作交互，基于力反饋手套設(shè)計(jì)了力位混合遠(yuǎn)程操作交互系統(tǒng)，提高了排爆作業(yè)的精巧性、沉浸感和安全性。

圖6.沉浸式雙臂排爆機(jī)器人半自主控制系統(tǒng)軟件界面及半自主功能

圖7.沉浸式雙臂排爆機(jī)器人半自主控制系統(tǒng)軟件框架