CN107471225B - 机场排爆机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种机场排爆机器人。它包括车体、行进系统、机械臂系统、无人机；所述机械臂系统包括第一六自由度手臂机构、第二六自由度手臂机构；所述车体包括底盘、主控制器、双手臂安装平台、无人机停机坪，所述主控制器固定在所述底盘内，所述主控制器包括第一数据收发模块、微处理器、分别与所述微处理器相连的数据处理器、图像识别处理模块、GPS数据处理模块、手臂动力控制模块、车体动力控制模块和电源控制模块；所述数据处理器分别与所述图像识别处理模块、GPS数据处理模块和第一数据收发模块相连。本发明既能够大面积的进行危险排查，又能够在危险环境中快速行走，平稳搬运爆炸物，隔绝危险环境对机场人员的危害。

Description

机场排爆机器人
技术领域
本发明涉及一种排爆机器人，特别是公开一种机场排爆机器人。
背景技术
飞机作为现今比较普通的交通工具，越来越多的人出行为了方便选择飞机，因而机场的人流量较大，一旦发生爆炸等危险事件，就会带来不可估量的伤亡以及损失。
排爆机器人用于多种复杂地形进行排爆，代替排爆人员搬运、转移爆炸可疑物品及其它有害危险品，代替排爆人员使用爆炸物销毁器销毁炸弹，代替现场安检人员实地勘察，实时传输现场图像，从而能够减少爆炸等危险事件的发生以及尽可能的减少人员的伤亡和损失。
但是，目前已有的排爆机器人虽然也能够进行实时定位，对危险环境进行排查，仍然有很多地方无法勘察到，依然存在着很大的安全隐患。
为了更好的维护社会稳定和公共场所安全，因而需要针对机场这种大型场所研究出一种机场排爆机器人。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种既能够大面积的进行危险排查，又能够在危险环境中快速行走，平稳搬运爆炸物，隔绝危险环境对机场人员的危害的机场排爆机器人。
本发明是这样实现的：一种机场排爆机器人，包括车体、行进系统、机械臂系统、无人机；其特征在于：所述机械臂系统包括第一六自由度手臂机构、第二六自由度手臂机构；
所述车体包括底盘、主控制器、双手臂安装平台、用于停靠无人机的无人机停机坪，所述主控制器固定在所述底盘内，所述主控制器包括第一数据收发模块、微处理器、分别与所述微处理器相连的数据处理器、图像识别处理模块、GPS数据处理模块、手臂动力控制模块、车体动力控制模块和电源控制模块，所述电源控制模块上设有充电电路；所述数据处理器分别与所述图像识别处理模块、GPS数据处理模块和第一数据收发模块相连；所述手臂动力控制模块通过分别设置在所述双手臂安装平台内的减速机构与所述第一六自由度手臂机构、第二六自由度手臂机构相连；所述车体动力控制模块与所述行进系统相连；
所述无人机包括无人机控制模块、无人机摄像模块、GPS模块、第二数据收发模块、充电模块，所述无人机控制模块分别与所述无人机摄像模块、GPS模块和充电模块相连，所述第二数据收发模块与所述第一数据收发模块无线通讯相连；
所述双手臂安装平台固定在所述底盘的顶面前半部，所述无人机停机坪固定在所述底盘的顶面后半部；所述第一六自由度手臂机构和第二六自由度手臂机构分别通过所述减速机构固定在所述双手臂安装平台上。
还包括升降云台系统，所述升降云台系统包括升降组件、云台摄像模块；所述主控制器还包括分别与所述微处理器和升降组件相连的云台升降控制模块；所述云台摄像模块与所述图像识别处理模块相连；所述升降组件固定在所述底盘上，所述云台摄像模块位于所述升降组件的顶部。
所述升降组件包括底座、电动推杆、升降连接夹、内升降杆、外升降杆、滑动轴承、云台座，所述电动推杆的底部和外升降杆的底部分别固定在所述底座上，所述内升降杆位于所述外升降杆内部并通过所述滑动轴承与所述外升降杆相连，所述内升降杆的上端通过所述升降连接夹与所述电动推杆的上端相连，所述电动推杆带动所述内升降杆沿所述外升降杆上下移动，所述云台座固定在所述内升降杆的顶部，所述云台摄像模块固定在所述云台座上。
所述无人机停机坪上设有用于夹持无人机的无人机夹持机构、用于检测无人机是否停靠在无人机停机坪上的无人机感应器、以及分别与无人机夹持机构、无人机感应器相连的信号处理器，所述信号处理器还与所述微处理器相连，所述无人机夹持机构或无人机停机坪上设有与所述充电电路相连的充电输出端口，所述无人机上设有与所述充电输出端口相配合的充电输入端口，所述充电输入端口与所述充电模块相连；所述无人机的底部设有与所述夹持机构相配合的起落架。
所述无人机夹持机构包括与所述信号处理器相连的夹持驱动电机，所述夹持驱动电机的两端分别设有动力输出端，所述动力输出端上设有一对可沿所述动力输出端的轴线相向收紧或相背分开的固定夹。
所述固定夹上固定有所述充电输出端口，所述充电输入端口固定在所述起落架上。
所述第二六自由度手臂的前端设有减震支架，所述减震支架上设有激光瞄准器和与激光瞄准器相连的激发器。
所述第一六自由度手臂机构为负重10kg~50 kg的大型机械臂，所述第二六自由度手臂为负重3 kg~8kg的小型机械臂。
所述底盘的前端设有清铲。
所述减速机构包括行星减速电机、蜗轮蜗杆减速机、绝对编码器、连接法兰，所述行星减速电机的输入端与所述手臂动力控制模块相连，所述行星减速电机的输出端与所述蜗轮蜗杆减速机的蜗杆的后端相连，所述蜗轮蜗杆减速机的蜗杆的前端与所述绝对编码器相连，所述蜗轮蜗杆减速机的蜗轮端与所述连接法兰相连，所述连接法兰与所述第一六自由度手臂机构或第二六自由度手臂机构相连。
所述绝对编码器通过控制所述蜗轮蜗杆减速机的蜗杆转动角度，进一步控制所述第一六自由度手臂机构、第二六自由度手臂机构的手臂关节角度，实现双手臂运动的相对协调。
本发明的有益效果是：1、无人机在空中警视的运用，可减少传统排爆时发生的机器人误压排爆物而引发的爆炸。
2、运用无人机可安全快速全面巡视，而且，无人机可回传准确GPS位置和图片信息，解决传统排爆机器人视野小，不能准确排爆范围的缺点。
3 、通过无人机的GPS模块和主控制器的GPS数据处理模块，可快速指引机器人到达指定地点实行排爆任务。
4、无人机可停靠在无人机停机坪上时，通过无人机感应器的信号，触发无人机夹持机构将无人机夹持，防止车体行进中对无人机的振动。同时，夹持装置两个侧面为正负两极电源的充电输出端口。可通过无人机上起落架上的充电输入端口对无人机进行进行充电，大大延长无人机目前的使用时间。
5 、传统排爆中，因炸弹或可疑物会扎在土里，一个手臂时会因力量不足或是往返更换手爪和激发器而延误战机。通过主要由第一六自由度手臂机构和第二六自由度手臂机构组成的双手臂系统，第二六自由度手臂机构上设有激发器，第一六自由度手臂机构可配合激发器移动炸弹或可疑物，能更方便快速销毁炸弹或可疑物。
6、双手臂安装平台位于机器人正前方中心位置，通过行星减速电机，再通过蜗轮蜗杆减速机的蜗轮蜗杆进行传递扭矩，通过蜗杆前端设置的绝对编码器进行信号控制两个连接法兰的相对位置，避免双手臂在使用进程中出现相互碰撞情况发生。而且双手臂安装平台，可更换不同的安装法兰来更换安装不同平台，实现可拆分化，方便更换不同手臂以及其它武器安装平台。
7 、所述升降云台系统让视眼更开扩，排爆更安全。
8、所述升降云台系统，通过升降组件可实现1-3米升降，使用红外云台摄像头能观测到更远位置。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明控制部分的方框结构示意图。
图3是本发明第一六自由度手臂机构的结构示意图。
图4是本发明第二六自由度手臂机构的结构示意图。
图5是本发明无人机的结构示意图。
图6是本发明减速机构的主要结构示意图。
图7是本发明实施例一的整体结构示意图。
图8是本发明实施例一的无人机夹持机构的结构示意图。
图9是本发明实施例一的升降云台系统的结构示意图。
图10是本发明实施例一的控制部分的方框结构示意图。
其中：1、行进系统；
2、无人机；21、无人机夹持机构；22、无人机感应器；23、信号处理器；24、充电输出端口；25、充电输入端口；26、起落架；211、夹持驱动电机；
3、第一六自由度手臂机构；31、第一爪张合关节；32、第一爪旋转关节；33、第一摆头；34、第一小臂摆动关节；35、第一小臂；36、第一大臂摆动关节；37、第一大臂；38、第一肩摆动关节；39、第一肩旋转关节；
4、第二六自由度手臂机构；41、第二爪张合关节；42、第二爪旋转关节；43、第二摆头；44、第二小臂摆动关节；45、第二小臂；46、第二大臂摆动关节；47、第二大臂；48、第二肩摆动关节；49、第二肩旋转关节；410、减震支架；411、激光瞄准器；412、激发器；
5、底盘；6、主控制器；7、双手臂安装平台；71、减速机构；711、行星减速电机；712、蜗轮蜗杆减速机；713、绝对编码器；714、连接法兰；7121、蜗杆；7122、蜗轮端；
8、无人机停机坪；81、停机坪顶面；82、固定架位移孔；
9、清铲；
10、升降云台系统；101、云台摄像模块；102、底座；103、电动推杆；104、升降连接夹；105、内升降杆；106、外升降杆；107、滑动轴承；108、云台座。
具体实施方式
根据图1~图10，本发明包括行进系统1、无人机2、车体、机械臂系统；所述机械臂系统包括第一六自由度手臂机构3、第二六自由度手臂机构4。
所述车体包括底盘5、主控制器6、双手臂安装平台7、用于停靠无人机2的无人机停机坪8，所述主控制器6固定在所述底盘5内，所述主控制器6包括第一数据收发模块、微处理器、分别与所述微处理器相连的数据处理器、图像识别处理模块、GPS数据处理模块、手臂动力控制模块、车体动力控制模块和电源控制模块，所述电源控制模块上设有充电电路；所述数据处理器分别与所述图像识别处理模块、GPS数据处理模块和第一数据收发模块相连；所述手臂动力控制模块通过分别设置在所述双手臂安装平台7内的2个减速机构71与所述第一六自由度手臂机构3、第二六自由度手臂机构4相连；所述车体动力控制模块与所述行进系统1相连；所述底盘5的前端设有清铲9。
所述无人机2包括无人机控制模块、无人机摄像模块、GPS模块、第二数据收发模块、充电模块，所述无人机控制模块分别与所述无人机摄像模块、GPS模块和充电模块相连，所述第二数据收发模块与所述第一数据收发模块无线通讯相连。
所述双手臂安装平台7固定在所述底盘5的顶面前半部，所述无人机停机坪8固定在所述底盘5的顶面后半部；所述第一六自由度手臂机构3和第二六自由度手臂机构4分别固定在所述双手臂安装平台7上。
所述第一六自由度手臂机构3包括依次相连的第一爪张合关节31、第一爪旋转关节32、第一摆头33、第一小臂摆动关节34、第一小臂35、第一大臂摆动关节36、第一大臂37、第一肩摆动关节38、第一肩旋转关节39，所述第一肩旋转关节39通过1个减速机构与所述双手臂安装平台7 相连。
所述第二六自由度手臂机构4包括依次相连的第二爪张合关节41、第二爪旋转关节42、第二摆头43、第二小臂摆动关节44、第二小臂45、第二大臂摆动关节46、第二大臂47、第二肩摆动关节48、第二肩旋转关节49，所述第二肩旋转关节49通过另1个减速机构71与所述双手臂安装平台相连；所述第二六自由度手臂4的前端设有减震支架410，所述减震支架410上设有激光瞄准器411和与激光瞄准器相连的激发器412。
所述第一六自由度手臂机构3负重10kg~50 kg的大型机械臂，所述第二六自由度手臂4负重3 kg~8kg的小型机械臂。
所述减速机71构包括行星减速电机711、蜗轮蜗杆减速机712、绝对编码器713、连接法兰714，所述行星减速电机711的输入端与所述手臂动力控制模块相连，所述行星减速电机711的输出端通过联轴器与所述蜗轮蜗杆减速机712的蜗杆7121的后端相连，所述蜗轮蜗杆减速机712的蜗杆7121的前端与所述绝对编码器713相连，所述蜗轮蜗杆减速机712的蜗轮端7122与所述连接法兰714相连，所述连接法兰714与所述第一六自由度手臂机构3或第二六自由度手臂机构4相连。
所述绝对编码器714通过控制所述蜗轮蜗杆减速机712的蜗杆转动角度，进一步控制所述第一六自由度手臂机构3、第二六自由度手臂机构4的手臂关节角度，实现双手臂运动的相对协调。
实施例一：
根据图7-10，结合图1-5，本实施例还包括升降云台系统10，所述升降云台系统10包括云台摄像模块101、升降组件；所述主控制器6还包括分别与所述微处理器和升降组件相连的云台升降控制模块；所述云台摄像模块101与所述图像识别处理模块相连；所述升降组件固定在所述底盘5上，所述云台摄像模块101位于所述升降组件的顶部。
所述升降组件包括底座102、电动推杆103、升降连接夹104、内升降杆105、外升降杆106、滑动轴承107、云台座108，所述电动推杆103的底部和外升降杆106的底部分别固定在所述底座102上，所述内升降杆105位于所述外升降杆106内部并通过所述滑动轴承107与所述外升降杆106相连，所述内升降杆105的上端通过所述升降连接夹104与所述电动推杆103的上端相连，所述电动推杆103带动所述内升降杆105沿所述外升降杆106上下移动，所述云台座108固定在所述内升降杆105的顶部，所述云台摄像模块101固定在所述云台座108上。
所述无人机停机坪8上设有用于夹持无人机2的无人机夹持机构21、用于检测无人机2是否停靠在无人机停机坪8上的无人机感应器22、以及分别与无人机夹持机构21、无人机感应器22相连的信号处理器23，所述信号处理器23还与所述微处理器相连，所述无人机夹持机构21或无人机停机坪8上设有与所述充电电路相连的充电输出端口24，优选充电输出端口24位于所述无人机夹持机构21上，所述无人机上2设有与所述充电输出端口24相配合的充电输入端口25，所述充电输入端口25与所述充电模块相连；所述无人机2的底部设有与所述夹持机构21相配合的起落架26。
优选的，所述无人机夹持机构21包括与所述信号处理器23相连的夹持驱动电机211，所述夹持驱动电机211的两端分别设有动力输出端212，所述动力输出端212上设有一对可沿所述动力输出端212的轴线收紧或分开的固定夹213；为了使固定夹213的收紧或分开更加顺畅，防止位移，可在固定夹213之间设置与所述动力输出端212的轴线相平行的导向轨道214，使固定夹213沿导向轨道214和动力输出端212的轴线滑动。所述固定夹213上固定有所述充电输出端口24，所述充电输入端口25固定在所述起落架26上。所述无人机感应器22、信号处理器23和所述无人机夹持机构21的下部固定在所述无人机停机坪8的内部，所述无人机停机坪8的停机坪顶面81上设有固定架位移孔82，所述固定架213的上端通过所述固定架位移孔82伸出所述无人机停机坪8的停机坪顶面81。
本发明工作时，所述微处理器将工作信号指令发送给数据处理器，通过第一数据收发模块与所述无人机进行数据通讯；无人机上的第二数据收发模块将收到来自第一数据收发模块的指令并将接收到的指令发送给无人机控制模块控制无人机起飞侦查；无人机通过无人机摄像头模块实时拍摄图像用于发现可疑物，并将实时拍摄的图像通过第二数据收发模块和第一数据收发模块发送到微处理器内；GPS模块实时记录无人机位置信息，并将无人机位置信息信息通过第二数据收发模块和第一数据收发模块回传到微处理器内，之后无人机将继续侦查。当无人机反馈电量不足时，微处理器向无人回发出回停机坪的命令，无人机回到无人机停机坪激发无人机感应器，无人机感应器将停机信号发送给信号处理器，信号处理器控制无人机夹持机构动作，从而使无人机夹持机构将无人机夹持，充电输出端口自动对无人机充电输入端口进行充电。
当微处理器收到的无人机摄像头模块拍摄的图像和GPS模块的无人机位置信息时，与主控制器的GPS数据处理模块发送给数据处理器的车体位置信息进行对比分析，数据处理器分析过后，将对比结果回传到微处理器，微处理器控制车体动力控制模块指挥车体向无人机GPS模块回传的的无人机位置行进。
当到达无人机位置点时，通过云台升降控制模块控制升降云台观察周边环境以及无人机识别的可疑物，云台摄像模块将拍摄到的图像信息发送给图像识别处理模块，主控制器通过图像识别处理模块在发现可疑物后，通过微处理器控制手臂动力控制模块使第一六自由度手臂机构对可疑物进行拉拽，使可疑物放到安全位置后，利用第二六自由度手臂机构的激光瞄准器对准，之后激发器销毁可疑物。循环执行任务。其余结构如上述。

Claims (10)

1.一种机场排爆机器人，包括车体、行进系统、机械臂系统、无人机；其特征在于：所述机械臂系统包括第一六自由度手臂机构、第二六自由度手臂机构；
所述车体包括底盘、主控制器、双手臂安装平台、用于停靠无人机的无人机停机坪，所述主控制器固定在所述底盘内，所述主控制器包括第一数据收发模块、微处理器、分别与所述微处理器相连的数据处理器、图像识别处理模块、GPS数据处理模块、手臂动力控制模块、车体动力控制模块和电源控制模块，所述电源控制模块上设有充电电路；所述数据处理器分别与所述图像识别处理模块、GPS数据处理模块和第一数据收发模块相连；所述手臂动力控制模块通过分别设置在所述双手臂安装平台内的减速机构与所述第一六自由度手臂机构、第二六自由度手臂机构相连；所述车体动力控制模块与所述行进系统相连；
所述无人机包括无人机控制模块、无人机摄像模块、GPS模块、第二数据收发模块、充电模块，所述无人机控制模块分别与所述无人机摄像模块、GPS模块和充电模块相连，所述第二数据收发模块与所述第一数据收发模块无线通讯相连；
所述双手臂安装平台固定在所述底盘的顶面前半部，所述无人机停机坪固定在所述底盘的顶面后半部；所述第一六自由度手臂机构和第二六自由度手臂机构分别通过所述减速机构固定在所述双手臂安装平台上。
2.根据权利要求 1 所述的机场排爆机器人，其特征在于：还包括升降云台系统，所述升降云台系统包括升降组件、云台摄像模块；所述主控制器还包括分别与所述微处理器和升降组件相连的云台升降控制模块；所述云台摄像模块与所述图像识别处理模块相连；所述升降组件固定在所述底盘上，所述云台摄像模块位于所述升降组件的顶部。
3.根据权利要求2所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述升降组件包括底座、电动推杆、升降连接夹、内升降杆、外升降杆、滑动轴承、云台座，所述电动推杆的底部和外升降杆的底部分别固定在所述底座上，所述内升降杆位于所述外升降杆内部并通过所述滑动轴承与所述外升降杆相连，所述内升降杆的上端通过所述升降连接夹与所述电动推杆的上端相连，所述电动推杆带动所述内升降杆沿所述外升降杆上下移动，所述云台座固定在所述内升降杆的顶部，所述云台摄像模块固定在所述云台座上。
4.根据权利要求 1 所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述无人机停机坪上设有用于夹持无人机的无人机夹持机构、用于检测无人机是否停靠在无人机停机坪上的无人机感应器、以及分别与无人机夹持机构、无人机感应器相连的信号处理器，所述信号处理器还与所述微处理器相连，所述无人机夹持机构或无人机停机坪上设有与所述充电电路相连的充电输出端口，所述无人机上设有与所述充电输出端口相配合的充电输入端口，所述充电输入端口与所述充电模块相连；所述无人机的底部设有与所述夹持机构相配合的起落架。
5.根据权利要求4所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述无人机夹持机构包括与所述信号处理器相连的夹持驱动电机，所述夹持驱动电机的两端分别设有动力输出端，所述动力输出端上设有一对可沿所述动力输出端的轴线相向收紧或相背分开的固定夹。
6.根据权利要求5所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述固定夹上固定有所述充电输出端口，所述充电输入端口固定在所述起落架上。
7.根据权利要求 1 所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述第二六自由度手臂的前端设有减震支架，所述减震支架上设有激光瞄准器和与激光瞄准器相连的激发器。
8.根据权利要求 1或7所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述第一六自由度手臂机构为负重10 kg~50kg的大型机械臂，所述第二六自由度手臂为负重3kg~8kg的小型机械臂。
9.根据权利要求 1 所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述底盘的前端设有清铲。
10.根据权利要求 1 所述的机场排爆机器人，其特征在于：所述减速机构包括行星减速电机、蜗轮蜗杆减速机、绝对编码器、连接法兰，所述行星减速电机的输入端与所述手臂动力控制模块相连，所述行星减速电机的输出端与所述蜗轮蜗杆减速机的蜗杆的后端相连，所述蜗轮蜗杆减速机的蜗杆的前端与所述绝对编码器相连，所述蜗轮蜗杆减速机的蜗轮端与所述连接法兰相连，所述连接法兰与所述第一六自由度手臂机构或第二六自由度手臂机构相连。
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