CN103552056B - 排爆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排爆机器人，包括底盘及安装在底盘上的寻找机构和抓取机构，底盘包括依次连接的第一平台、中间平台和第二平台，中间平台两端分别与第一平台和第二平台铰接，该中间平台与第一平台以及中间平台与第二平台之间均设置有抬伸机构，第一平台、中间平台和第二平台上均安装有一对履带轮行走机构和两个直流减速电机，寻找机构和抓取机构安装在同一回转架上，该回转架下部通过转轴与中间平台连接，抓取机构包括机械手臂和手爪，机械手臂的一端与回转架连接，另一端通过第一舵机与手爪连接，寻找机构包括摄像头、第一支架和第二支架，第一支架后端与回转架连接，前端通过第三舵机与第二支架连接，摄像头通过第四舵机安装在第二支架上。

Description

排爆机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体地说，是一种用于反恐的排爆机器人。

背景技术

随着全球反恐形势的日益严峻，恐怖袭击事件在国内外频频发生，各国的武装力量以及安防部门对排爆机器人的需求量巨大。目前国内外市场推出的排爆机器人产品成本较高，不利于大范围推广。

排爆机器人归属于非结构环境下的地面移动机器人范畴，国外对它的研究起步较早。英国、法国、德国、美国等欧美资本主义国家先后展开了对排爆机器人的技术研究。最早的排爆机器人多半运用于军事用途。随着时代的发展，很多产品都已经民用化，活跃在安防、矿山、化工、危险物品生产等诸多领域。目前排爆机器人技术的研究重点是，让机器人具有更多的自主功能，最终开发出能自主搜索、探测、排爆、敌我识别、自动攻击敌方目标的智能化排爆机器人。

英国成为率先研发排爆机器人的国家。由AB电子产品公司生产的“手推车”是最早的履带式排爆机器人之一，成为排爆机器人的先驱。“手推车”的控制系统由上位机和下位机两部份组成，之间通过100米的长电缆进行通讯。上位机配有操控按钮，可操控机器人的各个关节动作。我国由于种种原因，对排爆机器人起步较晚技术水平明显落后与西方发达国家。最近几年国家加大了对排爆机器人的研发扶持力度，一些高校和企业先后开展了对排爆机器人关键技术的研究工作，通过几年的积累，已有一些技术达到甚至超越了国际先进水平。

现有的排爆机器人存在以下问题：

1.排爆机器人为了安装大量的装备使结构复杂，体积庞大。在特殊的空间狭小的环境下排爆机器人不能够很好的或不能完成任务。

2.排爆机器人的造价过高，低端产品的价格也在20万人民币以上，由于造价过高不能够大量装备，导致大量使用人工排爆，这样就增大了排爆工作人员的危险。

3.排爆机器人一般采用坦克式底盘，但由于排爆机器人要在路况恶劣的条件下工作，因此越障、避障能力一定要强，因此采用履带式轮子，但只拥有一节或两节底盘，在通过较大的障碍物时，通常是不能越过与自身高度差不多的障碍物的，同时在上坡或者下坡过程中，由于排爆机器人底盘较少容易失衡。

现有的排爆机器人通常以机器人本体配机械手的结构，在执行任务的时候只能进行移除可疑物的操作，在有些特殊情况下无法第一时间解除危险，甚至增加不必要的伤亡，且这些排爆机器人的机械手通常采用二节臂结构，在机械臂的灵活性方面和伸展距离上仍有待提高，在实际使用中经常无法在狭窄位置进行特殊抓取姿势。

而对于排爆机器人硬件系统方面存在的缺点可归纳为：体型巨大，成本高，硬件结构分散，布局失衡，机械臂的灵活性较差、伸展距离不够，爬坡、下坡和越障能力较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种越障能力强、行走稳定、动作灵活的排爆机器人。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种排爆机器人，包括底盘及安装在底盘上的寻找机构和抓取机构，所述底盘包括依次连接的第一平台、中间平台和第二平台，所述中间平台两端分别与第一平台和第二平台铰接，该中间平台与第一平台以及中间平台与第二平台之间均设置有抬伸机构，所述第一平台、中间平台和第二平台上均安装有一对履带轮行走机构和两个直流减速电机，一个直流减速电机对应一个履带轮行走机构，所述寻找机构和抓取机构安装在同一回转架上，该回转架下部通过转轴与中间平台连接，该转轴由设置在中间平台上的第一电机驱动，所述抓取机构包括机械手臂和手爪，所述机械手臂的一端与回转架连接，另一端通过第一舵机与手爪连接，所述机械手臂由至少三节短臂依次连接而成，相邻的两节短臂之间分别通过一个第二舵机连接，所述寻找机构包括摄像头、第一支架和第二支架，所述第一支架后端与回转架连接，前端通过第三舵机与第二支架连接，所述摄像头通过第四舵机安装在第二支架上。

采用上述结构，当遇到障碍物时，由于是履带轮式的底盘，因此大部分障碍会被越过，如果不能越过，可以通过第一电机驱动抬伸机构将一端的平台升高，这样就可以越过较高的障碍物，当越过障碍物以后再将平台降低复原，三节平台，无论是在前进还是后退过程中都能调节底盘两端的升降，实现较好的越障，同时在坡度较大的上下坡时，三节平台还能使其行驶过程更稳定，不易失衡而翻倒。机械手臂前端的短臂与第一舵机之间也可以设置一个第二舵机，寻找机构与抓取机构安装在同一回转架上，通过电机驱动可以实现寻找机构与抓取机构的同步转动，即摄像头能随时监控机械手臂执行动作，这样就比较容易通过摄像头监控机械手臂的动作，就可以掌握排爆过程，可以使操作者操作起来更容易，寻找机构有三个自由度，这样摄像头就可以实现三维立体监控，机械手臂有四个以上自由度，各节短臂之间可以上下弯曲，手爪可相对于机械手臂360度转动，这样就可以模仿人类的手臂对爆炸物进行处理，排爆处理动作更灵活，流畅，机械手臂是通过各个舵机提供动力的，该装置结构紧凑，动作灵活，便于操作，控制。

所述抬伸机构包括一个第二步进电机和一个连杆机构，该第二步进电机安装在中间平台上，该第二步进电机的输出轴与所述底盘前进方向垂直，所述连杆机构包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，该第二连杆两端分别与第一连杆的一端和第三连杆的一端铰接，该第一连杆的自由端与第二步进电机的输出轴固定连接，且该第一连杆与第二步进电机的输出轴垂直，中间平台与第一平台之间的抬伸机构的第三连杆的自由端与第一平台固定连接，中间平台与第二平台之间的抬伸机构的第三连杆的自由端与第二平台固定连接。

中间平台与第二平台之间的抬伸机构，其连杆机构一端与第二步进电机的输出轴固定连接，另一端与第二平台固定连接，中间平台与第一平台之间的抬伸机构，其连杆机构一端与第二步进电机的输出轴固定连接，另一端与第一平台固定连接。即有两个第二步进电机分别驱动两个抬伸机构，两个抬伸机构分别控制第一平台和第二平台的起降，起降的角度为向上60°和向下60°。

所述手爪上安装有控制手爪张合的第五舵机，所述机械手臂和摄像头位于回转架的同一侧。

便于控制手爪抓取过程的张开和合拢，机械手臂和摄像头位于回转架的同一侧，在第一电机带动转轴和回转架运动的过程中，使得摄像头和机械手臂同步转动，能实时的监控机械手臂的动作，不用再去控制第三舵机和第四舵机的转动而达到监控的目的。

所述机械手臂由三节短臂依次连接而成，机械手臂后端的短臂与回转架相连接，机械手臂前端的短臂通过第一舵机与手爪相连接，相邻两节短臂之间均设置有舵机支架，每一个所述第二舵机对应安装在一个舵机支架上，该第二舵机与后一节短臂连接，所述舵机支架与前一节短臂固定连接。

采用上述结构，靠机械手臂后端的短臂前端连接一个第二舵机，该第二舵机连接一个舵机支架，该舵机支架与中间节短臂后端连接，中间节短臂前端连接另一个第二舵机，该第二舵机连接另一个舵机支架，该舵机支架连接机械手臂前端短臂的后端，前端短臂的前端通过第一舵机与手爪后端连接。

与所述回转架相连接的短臂由前支架、中间支架、连接块和后支架依次连接而成，所述后支架与回转架连接，所述前支架连接第二舵机，所述中间支架和后支架上沿长度方向开设有调节孔，所述连接块两端部开设有与调节孔对应的锁孔，所述连接块两端分别与中间支架和后支架通过调节孔、锁孔和锁杆连接。

上述连接方式，可以通过连接块、调节孔和锁孔，调节机械手臂后端短臂的长度，以适应不同的环境。

所述第一平台上设置有目标物放置槽，所述中间平台上安装有控制器、蓄电池和散热器，所述第二平台上安装有信号传输装置。

蓄电池对控制器和各个电机等进行供电，目标物放置槽用于放置爆炸物，信号传输装置于控制器连接，用于与远程控制平台进行交互连接。

所述履带轮行走机构分别安装在所述第一平台、中间平台和第二平台上的下部两侧，该履带轮行走机构包括履带、主动轮、从动轮和绷紧轮，该绷紧轮安装在主动轮与从动轮之间以及从动轮与从动轮之间，并将下部履带绷紧，所述直流减速电机的输出轴与位于履带轮行走机构后端的主动轮连接。

绷紧轮通过轴与底盘连接，绷紧轮与履带下部内侧贴合将履带绷起，同时对底盘起到一定的支撑作用。

所述中间平台的两个连接端、第一平台的连接端以及第二平台的连接端均设置有两个支耳，该支耳上开设有轴孔，该轴孔内套设有第二转轴，所述中间平台与第一平台和第二平台之间通过支耳和第二转轴转动连接。

本发明的有益效果是：结构紧凑，体积较小，越障性能好，三节平台能使排爆机器人在行走过程中保持平稳，动作灵活，便于自动化控制，控制排爆机器人机械手臂的精确抓获动作、摄像头的全向旋转，可以实时监控机械手臂和手爪完成对危险品的寻找定位、抓取、投放全过程，同时能减小摄像头寻找目标物时排爆装置的工作负荷。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图2的俯视图；

图4为寻找机构和抓取机构的结构示意图；

图5为图4的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1至图5所示，一种排爆机器人，包括底盘及安装在底盘上的寻找机构和抓取机构，底盘包括依次连接的第一平台401、中间平台402和第二平台403，中间平台402两端分别与第一平台401和第二平台403铰接，该中间平台402与第一平台401以及中间平台402与第二平台403之间均设置有抬伸机构，第一平台401、中间平台402和第二平台403上均安装有一对履带轮行走机构和两个直流减速电机13，一个直流减速电机13对应一个履带轮行走机构，寻找机构和抓取机构安装在同一回转架14上，该回转架14下部通过转轴6与中间平台402连接，该转轴6由设置在中间平台402上的第一电机15驱动，抓取机构包括机械手臂和手爪101，机械手臂由三节短臂102依次连接而成，机械手臂后端的短臂102与回转架14连接，机械手臂前端的短臂102通过第一舵机7与手爪101连接，相邻的两节短臂102之间分别通过一个第二舵机8和一个舵机支架12连接，每一个第二舵机8对应安装在一个舵机支架12上，该第二舵机8与后一节短臂102连接，舵机支架12与前一节短臂102固定连接，手爪101上安装有控制手爪101张合的第五舵机11，寻找机构包括摄像头201、第一支架202和第二支架203，第一支架202后端与回转架14连接，前端通过

第三舵机9与第二支架203连接，摄像头201通过第四舵机10安装在第二支架203上，机械手臂和摄像头201位于回转架14的同一侧，并相对于转轴6对称设置，第一舵机7和第四舵机10为360°的舵机，第二舵机8、第三舵机9和第五舵机11均为180°的舵机。

中间平台402的两个连接端、第一平台401的连接端以及第二平台403的连接端均设置有两个支耳404，该支耳404上开设有轴孔，该轴孔内套设有第二转轴406，中间平台402与第一平台401和第二平台403之间通过支耳404和第二转轴406转动连接。

每个抬伸机构均包括一个第二步进电机501和一个连杆机构，两个抬伸机构的第二步进电机501均安装在中间平台402上，该第二步进电机501的输出轴与底盘前进方向垂直，连杆机构包括第一连杆502、第二连杆503和第三连杆504，该第二连杆503两端分别与第一连杆502的一端和第三连杆504的一端铰接，该第一连杆502的自由端与第二步进电机501的输出轴固定连接，且该第一连杆502与第二步进电机501的输出轴垂直，中间平台402与第一平台401之间的抬伸机构的第三连杆504的自由端与第一平台401固定连接，中间平台402与第二平台403之间的抬伸机构的第三连杆504的自由端与第二平台403固定连接。

与回转架14相连接的短臂102由前支架103、中间支架104、连接块105和后支架106依次连接而成，后支架106与回转架14连接，前支架103连接第二舵机8，中间支架104和后支架106上沿长度方向开设有调节孔，连接块105两端部开设有与调节孔对应的锁孔，连接块105两端分别与中间支架104和后支架106通过调节孔、锁孔和锁杆连接。

第一平台401上设置有目标物放置槽405，中间平台402上安装有控制器、蓄电池和散热器，第二平台403上安装有信号传输装置，履带轮行走机构分别安装在第一平台401、中间平台402和第二平台403上的下部两侧，该履带轮行走机构包括履带301、主动轮302、从动轮303和绷紧轮304，该绷紧轮304安装在主动轮302与从动轮303之间以及从动轮303与从动轮303之间，并将下部履带绷紧，直流减速电机13的输出轴与位于履带轮行走机构后端的主动轮302连接。

Claims (8)

1.一种排爆机器人，包括底盘及安装在底盘上的寻找机构和抓取机构，其特征在于：所述底盘包括依次连接的第一平台(401)、中间平台(402)和第二平台(403)，所述中间平台(402)两端分别与第一平台(401)和第二平台(403)铰接，该中间平台(402)与第一平台(401)以及中间平台(402)与第二平台(403)之间均设置有抬伸机构，所述第一平台(401)、中间平台(402)和第二平台(403)上均安装有一对履带轮行走机构和两个直流减速电机(13)，一个直流减速电机(13)对应一个履带轮行走机构，所述寻找机构和抓取机构安装在同一回转架(14)上，该回转架(14)下部通过转轴(6)与中间平台(402)连接，该转轴(6)由设置在中间平台(402)上的第一电机(15)驱动，所述抓取机构包括机械手臂和手爪(101)，所述机械手臂的一端与回转架(14)连接，另一端通过第一舵机(7)与手爪(101)连接，所述机械手臂由至少三节短臂(102)依次连接而成，相邻的两节短臂(102)之间分别通过一个第二舵机(8)连接，所述寻找机构包括摄像头(201)、第一支架(202)和第二支架(203)，所述第一支架(202)后端与回转架(14)连接，前端通过第三舵机(9)与第二支架(203)连接，所述摄像头(201)通过第四舵机(10)安装在第二支架(203)上；

所述抬伸机构包括一个第二步进电机(501)和一个连杆机构，该第二步进电机(501)安装在中间平台(402)上，该第二步进电机(501)的输出轴与所述底盘前进方向垂直，所述连杆机构包括第一连杆(502)、第二连杆(503)和第三连杆(504)，该第二连杆(503)两端分别与第一连杆(502)的一端和第三连杆(504)的一端铰接，该第一连杆(502)的自由端与第二步进电机(501)的输出轴固定连接，且该第一连杆(502)与第二步进电机(501)的输出轴垂直，中间平台(402)与第一平台(401)之间的抬伸机构的第三连杆(504)的自由端与第一平台(401)固定连接，中间平台(402)与第二平台(403)之间的抬伸机构的第三连杆(504)的自由端与第二平台(403)固定连接。

2.根据权利要求1所述的排爆机器人，其特征在于：所述手爪(101)上安装有控制手爪(101)张合的第五舵机(11)，所述机械手臂和摄像头(201)位于回转架(14)的同一侧。

3.根据权利要求2所述的排爆机器人，其特征在于：所述机械手臂由三节短臂(102)依次连接而成，机械手臂后端的短臂(102)与回转架(14)相连接，机械手臂前端的短臂(102)通过第一舵机(7)与手爪(101)相连接，相邻两节短臂(102)之间均设置有舵机支架(12)，每一个所述第二舵机(8)对应安装在一个舵机支架(12)上，该第二舵机(8)与后一节短臂(102)连接，所述舵机支架(12)与前一节短臂(102)固定连接。

4.根据权利要求3所述的排爆机器人，其特征在于：与所述回转架(14)相连接的短臂(102)由前支架(103)、中间支架(104)、连接块(105)和后支架(106)依次连接而成，所述后支架(106)与回转架(14)连接，所述前支架(103)连接第二舵机(8)，所述中间支架(104)和后支架(106)上沿长度方向开设有调节孔，所述连接块(105)两端部开设有与调节孔对应的锁孔，所述连接块(105)两端分别与中间支架(104)和后支架(106)通过调节孔、锁孔和锁杆连接。

5.根据权利要求4所述的排爆机器人，其特征在于：所述第一舵机(7)和第四舵机(10)为360°的舵机，所述第二舵机(8)、第三舵机(9)和第五舵机(11)均为180°的舵机。

6.根据权利要求5所述的排爆机器人，其特征在于：所述第一平台(401)上设置有目标物放置槽(405)，所述中间平台(402)上安装有控制器和散热器，所述第二平台(403)上安装有信号传输装置。

7.根据权利要求6所述的排爆机器人，其特征在于：所述第一平台(401)、中间平台(402)和第二平台(403)上的下部两侧均安装有所述履带轮行走机构，该履带轮行走机构包括履带(301)、主动轮(302)、从动轮(303)和绷紧轮(304)，该绷紧轮(304)安装在主动轮(302)与从动轮(303)之间以及从动轮(303)与从动轮(303)之间，并将下部履带绷紧，所述直流减速电机(13)的输出轴与位于履带轮行走机构后端的主动轮(302)连接。

8.根据权利要求7所述的排爆机器人，其特征在于：所述中间平台(402)的两个连接端、第一平台(401)的连接端以及第二平台(403)的连接端均设置有两个支耳(404)，该支耳(404)上开设有轴孔，该轴孔内套设有第二转轴(406)，所述中间平台(402)与第一平台(401)和第二平台(403)之间通过支耳(404)和第二转轴(406)转动连接。