现代战场中,为了减少人员伤亡,特种机器人应运而生。特种机器人能在各种复杂环境下执行特种任务,如侦察、排爆、作战等。针对排爆任务,需要特种机器人的机械臂能实现半自动抓取且具有较为精准的抓取能力。利用视觉伺服技术对特种机械臂进行了控制研究,并结合性能指标与实际需求设计,设计了特种机械臂控制系统,并通过实验对研究内容进行验证。(1)首先对视觉伺服机械臂的研究现状及发展趋势进行了阐述,由总体方案进行了机械臂的结构设计以及控制系统方案。(2)根据实际目标定位需求建立机械臂视觉伺服模型,并提出了一种单双目结合的视觉识别定位方法,在满足实时性的情况下,较为准确地获取了目标的三维位置坐标。通过分别对单目视觉处理算法和双目视觉算法的研究,分析对比两者优劣,并通过单双目的优势互补改进目标定位策略,以实验实现该改进方法,利用位姿测量实验对比验证了该方法的有效性。(3)通过D-H参数法建立机械臂运动学模型,基于此模型进行机械臂运动学正解的推导及求解;研究了机械臂逆运动学求解方法,通过关节实际运动阈值范围得出唯一逆解;针对单目标抓取放置与多目标连续抓取需求,运用运动轨迹规划方法对末端执行器轨迹进行规划,并在此基础上提出一种基于样条插值算法的轨迹规划改进算法;最后,运用MATLAB软件平台,仿真分析得出了机械臂的可操作范围以及末端执行器的规划轨迹。(4)设计了机械臂控制系统,搭建硬件平台并通过控制流程设计了用户控制界面、下位机控制程序;针对机械臂负载多变与轨迹平滑需求,对关节电机设计了模糊PID控制器,并通过实际调试使机械臂运动状态稳定可靠;对机械臂进行抓取实验,并通过传感器模块测量结果进行试验误差对比分析,验证了机械臂抓取实验方法的可行性。