排爆机器人

排爆机器人设计背景机器人的发明是二十世纪人类生活中最伟大大发明之一；纵观人类科技史，一切的高新技术几乎无一例外的首先应用在战场上，并且大多这样的技术的设计、研发初衷就是军事应用，机器人也不例外；恐怖主义威胁着世界各地区人民的安全，已成为各国政府最为关注和头疼的话题；除了恐怖分子安放的炸弹外，在世界上许多战乱国家中，到处都散布着未爆炸的各种弹药。并且人力排爆工作极其危险繁重，造成的伤亡事故频发。近代及现代恐怖活动及地区战争已经转向为巷战，爆炸物处理机器要求小型化、轻型化、多功能，所以小型排爆机器人将成为了不二选择。排爆机器人国内研究现状分析国外研究现状优点：1.产品已经形成了系列化、模块化及多功能化；2.科研人力物力投入较充足；3.产品设计技术较为先进，开展时间长；4.科研单位、院校与厂家合作紧密。国内研究现状相对国外,我国在排爆机器人的研究方面起步较晚。目前,国内在该领域进行研究的主要有中科院沈阳自动化所,上海交通大学,北京航空航天大学,华南理工大学等。中国科学院沈阳自动化所先后研制了“灵蜥2A”,“灵蜥2B”(图7),“灵蜥2H”等反恐防暴机器人。排爆机器人国外研究现状加拿大MK3机器人德国TEODOR美国F6A机器人排爆机器人国外研究现状英国“手推车（Wheelbarrow）”“超级手推车（Super-Wheelbarrow）”法国TSR-200排爆机器人排爆机器人国内研究现状RAPTOR-EOD中型排爆机器人中国航天科工集团公司自主研制的雪豹-10我国研制的“灵晰-B”及“灵晰-HW”爆炸物处理机器人京金吾科技有限公司研制的机器人排爆机器人系统组成排爆机器人技术指标（1）移动平台：移动平台自重：不大于50kg；移动平台载重：不小于30kg；公路最高直行速度：3m/s；斜坡最高直线速度：0.5m/s；续航时间：3小时；爬坡能力：不小于30°；平地越障高度：垂直高度不小于15cm；此外，移动平台应能实现原地回转的运动特性要求，并在实现上述功能的前提下减小车体结构尺寸，车体宽度应小于700mm。（2）武器平台：武器平台的搭载武器架体运动应能实现俯仰角度-5~+10度，武器平台主体水平方向左右偏转180°。（3）控制方式：控制方式可以采用完全自主控制、半自主控制和遥控，采用远程（大于3km）无线控制。（4）供电方式：整机供电方式采用高蓄能锂离子电池供电，供电电压和电流根据整机最大需求电压和电流设置，并采用过载保护装置。排爆机器人移动平台运动形式排爆机器人移动平台面对的作业环境极其复杂，是由自然环境和人工环境构成的非结构化环境，也就是复杂多样的三维地形结构，实际上最典型的情况就是斜坡、向上和向下的台阶，基本上绝大多数环境可以简化为这三类地形的单一结构或组合型结构，机器人只要可以完成这三类环境运动，并形成运动简化程序，通过一定顺序完成各类复杂环境的通过运动。在现有主要运动形式中结构主要有轮式、腿足式、履带式这三种。越障性能越野性能通过性速度小型化稳定性转向性能载重自重比普通轮式DCCAABCA特种轮式BCCABBCB腿足式AAADDAAD普通履带CBBBABBB特种履带BBBBBABB排爆机器人移动平台运动形式应用环境轮式腿式履带式室内地毯优秀。只要轮体半径大于地毯绒毛高度的两倍即可通过良好。如果地毯绒毛较短的话，由于粗毛或较长绒毛可能会挂住而在成麻烦很差。地毯纤维会缠结在链轮和链轨中，影响传动室内硬地板或桌面优秀优秀。腿的末端应该用橡胶处理以提供所需的摩擦牵引力较好与优秀之间。取决于链轨的硬度；软的橡胶链轨在抛光或坚硬的表面可能无法很好的实现转向，侧滑现象明显室外泥土较好。如果地面不是过于松软或崎岖的话；泡沫轮胎会粘连，并缝隙及纹理内会塞满泥土很差和良好之间。取决于地形情况（机器人的灵活程度会不会被绊倒和卡住）优秀。但是要注意链轨和链轮中泥土的结块问题，影响传动室外草地很差和较好之间。机器人地盘要高于草坪的高度较好和良好之间。但是机器人因该采取抬腿迈步的姿态行进，而不是拖拽前行的步姿优秀。尽管链轮和链轨中会夹入草屑等杂物，影响传动普通混凝土地面优秀。尽管泡沫轮胎很容易沾上泥土和灰尘，影响抓地力优秀较好和良好之间。从转向性能考虑，履带不太适合使用较硬或过于强韧的材料普通沥青地面较好。但是如果轮子的半径较小的话，轮子表面必须非常光滑良好优秀排爆机器人移动平台运动形式在满足技术要求的条件下，以尽量减小体积和质量，并且结构简单可靠为目的，最终选择了兼有变形和变位的特种履带作为机器人的运动形式，其通过典型障碍过程见图如下：排爆机器人移动平台结构简图排爆机器人移动平台结构图武器平台的结构武器平台最终结构形式：采用与机械手臂相同的法兰盘与移动平台上的回转平台连接，实现正负回转各180度。俯仰运动采用电动推杆带动平台小范围精确俯仰。这样可以在结构最简的情况下，保证平台的稳定性。武器平台系统组成散弹/标准子弹弹壳及弹托回收箱：自动上弹装置多配有弹托需要回收。武器视觉系统箱：光学镜头*2摄像头*2；（辅助测距及定位）红外及激光装置；照明设备LED；设计重量约为2~3Kg。该箱体与武器搭载平台一起俯仰运动。经过隐藏尺寸标注等非结构图层CAD局部放大图；传感器系统机器人是由计算机控制的复杂机器，它具有类似人的肢体及感官功能；动作程序灵活；有一定程度的智能；在工作时可以不依赖人的操纵。机器人传感器在机器人的控制中起了非常重要的作用，正因为有了传感器，机器人才具备了类似人类的知觉功能和反应能力。机器人传感器分类类别检测内容应用目的传感器件明暗觉是否有光，亮度多少判断有无对象，并得到定量结果光敏管、光电断续器色觉对象的色彩及浓度利用颜色识别对象的场合彩色摄影机、滤色器、彩色CCD位置觉物体的位置、角度、距离物体空间位置，判断物体移动光敏阵列、CCD等形状觉物体的外形提取物体轮廓及固有特征，识别物体光敏阵列、CCD等接触觉与对象是否接触，接触的位置决定对象位置，识别对象形态，控制速度，安全保障，异常停止，寻径光电传感器、微动开关、薄膜接点、压敏高分子材料压觉对物体的压力、握力、压力分布控制握力，识别握持物，测量物体弹性压电元件、导电橡胶、压敏高分子材料力觉机器人有关部件（如手指）所受外力及转矩控制手腕移动，伺服控制，正确完成作业应变片、导电橡胶接近觉对象物是否接近，接近距离，对象面的倾斜控制位置，寻径，安全保障，异常停止光传感器、气压传感器、超声波传感器、电涡流传感器、霍尔传感器滑觉垂直握持面方向物体的位移，重力引起的变形修正握力，防止打滑，判断物体重量及表面状态球形接点式、光电旋转传感器、角编码器、振动检测器排爆机器人进攻性机器人排爆机器人机械手的关键技术•机械手是智能排爆机器人的最主要的装置，各种作业的操作基本上都由它完成。对设计要求为：重量轻、结构简单且坚固、尺寸和惯量都尽量小、操作必须灵活。在设计具体结构的时候，应该要根据所要实现的主要功能，选择合适的自由度。在设计过程中，可以综合考虑两方面因素，以选定最佳的结构设计形式。在确定大臂和小臂长度时，若两者长度不相同，需要在控制系统中采用比例放大或缩小等办法来使两者终端上的运动速度和加速度差异减小，以免操作员产生的错误，导致了事故发生。从技术方面来说，多关节驱动的机械手比较成熟。在设计手爪时，主要应该考虑手爪的多样性、快速更换要求，根据可疑物品的结构特征和形状，可以设计成铲抱型、钩爪型、吸附型等。同时，为机械手结构更简单、灵活性更好，负载能力的设计应该不能过大，机械手的额定负载在5—20kg左右。排爆机器人机械手的作用及应用•排爆机器人一般具有排除爆炸物、消防、解救人质、搬运、射击、摧毁、爬楼梯等功能。但此主要针对的是小型的排爆机器人，机器人一般装多台彩色CCD像机用对爆炸物进行观察，还有一个多自由度的机械手，一般由多个转动、伸缩关节组成，利用手爪、夹钳可将爆炸物的引信、雷管拧下，运走爆炸物，这是排爆机器人很重要的组成部分。•排爆机器人为机器人中特殊的一类，是为某种特殊应用场合而设计的机器人。排爆机器人能在危险、对人体有害或无法进入的环境发挥作用。西方国家，恐怖活动是个令当局头疼的问题。民族矛盾，一些国家的人民受到爆炸物的威胁。恐怖活动的破坏能力达到了小型战争的标准。美国“911”恐怖袭击造成数千人死亡，损失超过了一些小型战争。我国的反恐形势日趋严峻，犯罪分子反社会、甚至铤而走险。知识水平的提高使得犯罪分子具有自制炸药、定时爆炸装置、自制遥控的能力。防爆反恐机器人成为一种重要的反恐装备。•在排爆机器人研制中不可过分地追求先进的技术，应把针对有限目标的实际应用放在首位。排爆机器人的优势决定了机器人能广泛地应用在一切可能对人员健康，甚至生命构成威胁的场所。排爆机器人机械手系统组成•机械手系统由机体、运输代理、供电和控制装置四个部分组成。小车和本体论元器件组成机体;主传动机构的伸缩臂和把握机构、电源液压传动与机械传动两幅形控制装置，主要由自动控制和手动控制两部分。•机械手的机械机构为它的执行系统，是机械手进行操作、抓持工件、进行各种运动的机械部件。机械部件包括手部，手臂的前后伸缩部分，手臂的上下升降部分腰转部分以及机座以及行走机构。•简单示意图排爆机器人控制系统结构•排爆机器人控制系统不再采用原来机器人所采用的PLC控制方式，而是基于嵌入式工控机的基础上，采用基于Linux平台的开放式构件库，运算速度极快，可以达到微秒级。排爆机器人控制系统由三部分组成，即传感器部分、机器人本体、操作控制台组成。传感器部分包含宽接入、多信息融合器。宽接入、多信息融合基于ARM9系统，由12位精度以上A/D、32路I/O、RS232通讯接口组成，能融合多种传感器信号;机器人本体包含嵌入式控制计算机和各关节伺服电机，能驱动各轴（带补偿），分配各轴运动，处理和控制各种状态量;操作控制台部分包含主控PC机、指令解码器、图像解码器、无线接收发射器等。CCD摄像机和超声波传感器所获得的图像信息、障碍物信息，经无线传输至主控PC机。主控PC机使用图像识别和分析技术获得对象物体的形状和位置信息，同时将目标物、障碍物等三维图像信息显示在计算机屏幕上。在人工指明目标物后，主控PC机经人工智能（模式识别、路径规划、轨迹避碰等）计算;将控制指令通过无线传输给机器人本体嵌入式控制计算机，自动控制机器人运动。基本结构如图1所示：谢谢