挖掘机代替了大量的人力劳动，大大提高了工作效率。但在有毒气、高温、易崩塌等恶劣环境中，操作人员的安全和健康受到严重威胁，无法驾驶挖掘机进入其中作业，使挖掘机的应用受到了很大的限制。为实现在无人操作情况下，实施挖掘作业，设计挖掘机的无人化控制系统。本课题研究了适合挖掘作业对象物特征的双目视觉识别系统，计算对象物体积、相对位置。根据计算结果自行规划作业，由单片机驱动执行机构，并检测运动状况。该系统由视觉识别、行走驱动、运动检测三部分组成，可以协调工作，完成作业计划。 通常，操作人员观察对象物的位置和大小，拉动左、右操纵杆控制挖掘机履带接近对象物，到达对象物位置后，控制铲斗挖起并倒入自卸车。在挖掘机智能化系统的设计中，操作人员的判断、控制全由智能化的软硬件代替。系统的硬件由一台PC(上位机)、双目视觉系统和单片机系统(下位机)组成。 挖掘机作业的对象物，一般为矿石或岩石，相对于制造加工业的对象物，其外形具有随机性强的特点，针对此特点设计了相应计算方法。传感器选用CCD摄像机，通过视频采集卡A/D转换将图像数据输入计算机进行处理。利用人类双眼立体成像的原理，挖掘机机身两侧安装的两个CCD摄像机同时拍摄得到两个图像，经过边缘检测，提取特殊点，选取一般点，计算二维坐标，分割锥体这几个步骤对图像进行识别处理，然后将同一点在两图像中所成像匹配，根据两摄像机投影面中的坐标，计算在空间中该点相对于挖掘机的三维坐标。根据最高点的三维坐标可得到对象物的相对距离及方位角，把对象物整体分割，计算各分割部分体积、相加可得到整体近似的体积。 对象物的识别完成后，计算结果通过串行异步通讯被输送给单片机。用单片机驱动履带轮的行走，并由霍尔传感器与磁钢组成的位移传感器检测行走状态。霍尔开关元件所发脉冲输入到单片机计数器引脚，计数挖掘机前进及转向的步数。最后针对此种位移传感器的固有误差设计补偿误差的计算方法。论文还进行了挖掘时计算各关节角度的运动学和解析逆运动学解析。本研究的特点及意义如下所述： 针对传统控制系统规模庞大，使“挖掘机器人”自由的移动受到严重限制的问题，应用UART数据传输技术，将PC数据处理能力强大与单片机小型轻量的优点结合，互补短长，提出一套全新的控制方案，令移动机器人可以自由行走并实时处理大量数据。 本研究的主要特色是将双目视觉系统及图像识别算法应用于挖掘机特有的，形状无规则的对象物，针对它提出有效的图像识别及计算三维坐标的方法。 为在完全无人控制的情况下进入未知的复杂环境中实施挖掘作业，研究出了整套的软硬件系统和控制算法。不论是对于工程机械研究领域还是对于机器人学来说本研究都有着非常重要的创新意义。