CN108058180A - 一种高稳定性精巧作业排爆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高稳定性精巧作业排爆机器人，包括移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置；移动平台包括外箱体、机械臂固定座、移动滑台、支撑装置和走行装置，走行装置设于外箱体的底部，移动滑台可滑动地设于外箱体内，机械臂固定座固定于移动滑台上，支撑装置设于外箱体的内部的四角；机械臂的下端连接于机械臂固定座，机械手则设于机械臂的上端；支撑装置包括伸缩支撑臂以及驱动伸缩支撑臂上下伸缩的伸缩驱动装置，外箱体的底部设有供伸缩支撑臂伸缩进出的通孔；还设有用于测量可疑爆炸物的距离的激光测距仪；还包括有远程控制端。本发明具有高通过性、高稳定性、易操作性、精巧作业能力和精确定位的优势。

Description

一种高稳定性精巧作业排爆机器人

技术领域

本发明涉及排爆机器人技术领域，具体涉及一种高稳定性精巧作业排爆机器人。

背景技术

排爆机器人能够协助武警、公安执行反恐排除爆炸物、危险品销毁等任务。在智能辅助或人工控制下，能够通过一般的地面到达可疑爆炸物所在的地点完成对可疑物的侦察、转移或排除任务，排爆效率高，大大降低了人员的伤亡。

近年来，国际上反恐形势越来越严峻，越来越多的违法犯罪分子持有爆炸物，各种手段的恐怖袭击事件常有发生，带来了严重的危害后果，造成了恶劣的影响。

国外发达国家为了维护社会稳定，对反恐防爆的技术和装备的研发给予了极大的重视和较大的投入，早在20世纪60年代就研制出排爆机器人，尤其是“9.11事件”以后，各国更加强了对反恐排爆机器人的研究。近些年，针对反恐排爆机器人的研究和应用又达到了一个新的阶段，发展迅速，在可靠性和智能性等方面又有了很大程度上的提高。美、德、英、法等国均已研制出多种型号的反恐排爆机器人，已广泛在军警部门装备使用。

与国外相比，我国在排爆机器人方面研究起步比较晚，排爆机器人类型也很有限，虽然20世纪80年代末，我国把排爆机器人列入863计划，经过20年的发展，已研究并开发出多种排爆机器人，它们具有探测及多种作业功能，但是不可否认与国外仍存在不少差距。

目前，排爆机器人移动平台主要有轮式、履带式和轮履结合式等。由于排爆现场作业环境复杂多变，为了具有较好的环境适应能力，获得较强的越障和爬坡能力，所以市场上排爆机器人移动平台大多以履带底盘为主。

无论轮式、履带式还是轮履结合的排爆机器人，驱动系统原理大多类似，都是减速驱动电机正反转，通过连接轴带动驱动轮转动或驱动轮带动履带来实现排爆机器人移动平台的前进和后退。在排爆机器人执行排爆作业时，机械臂重心变化和部件装配间隙等原因会造成排爆机器人晃动，增加作业难度，甚至可能提前引爆可疑爆炸物。当调节机械臂无法接近到可疑爆炸物时，需要通过移动排爆机器人位置补偿机械手与可疑爆炸物的距离，同样会造成排爆机器人晃动，增加作业难度，同时延长作业时间，效率低下。

CN105758271A(公开日：2016-07-13)公开了一种轮腿臂罐结合的排爆机器人机器人。该机器人的移动平台采用轮腿结合的方式，极大的提高了排爆机器人在复杂地形下快速抵达可疑爆炸物的能力。同时机械腿与地面的接触位置是离散的，可以通过腿的伸缩调整机器人的姿态，使车体保持正直，为机械臂提供良好的工作条件。但是其结构复杂，成本和操作难度高。

CN104669275A(公开日：2015-06-03)公开了一种智能排爆机器人。该机器人的机械臂是目前典型的一种机械臂，通过可旋转底座固定在移动平台上，其底座的位置不可变动。机械臂由一级主臂、二级次臂和排爆机械手组成，作业时通过不断调节一级主臂位、二级次臂和机械手达到预期位置，作业时间长，效率低，不符合快速排爆的要求。此外，当调节机械臂的位置无法达到预期作业位置时，还需要通过移动排爆机器人的整体位置来补偿作业距离，不仅操作复杂，耗费时间长，还会造成排爆机器人晃动，不利于安全作业。

综上，现有的排爆机器人主要具有如下缺陷：

1、目前大多排爆机器人在作业时其稳定性差，由于重心变化和部件结构间隙等原因，易造成排爆机器人晃动，增加作业难度，甚至可能提前引爆可疑爆炸物。部分解决方案有一定效果但是不明显，且结构复杂，成本高和操作难度高；

2、目前排爆机器人的机械臂精度低，操作不灵活，作业时间长，不易达到预定作业位置，往往需要通过移动排爆机器人位置补偿作业距离，造成排爆机器人晃动，增加作业难度，延长作业时间，效率低下。

3、现有排爆机器人大多是利用操作者的经验或摄像头传回的图像，判断排爆机器人与可疑爆炸物的距离、机械爪与可疑爆炸物的距离和识别可疑爆炸物的位置，耗费时间长，效率低，精确作业能力差；

4、现有排爆机器人远程控制端按键多，操作复杂，不利于训练以及快速、精准和安全的处置可疑爆炸物的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种高稳定性精巧作业排爆机器人，具有高通过性、高稳定性、易操作性、精巧作业能力和精确定位的优势。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高稳定性精巧作业排爆机器人，包括移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置；所述移动平台包括外箱体、机械臂固定座、移动滑台、支撑装置和走行装置，所述走行装置设于所述外箱体的底部，所述移动滑台可滑动地设于所述外箱体内，所述机械臂固定座固定于所述移动滑台上，所述支撑装置设于所述外箱体的内部的四角；所述机械臂的下端连接于所述机械臂固定座，所述机械手则设于所述机械臂的上端；所述支撑装置包括伸缩支撑臂以及驱动所述伸缩支撑臂上下伸缩的伸缩驱动装置，所述外箱体的底部设有供所述伸缩支撑臂伸缩进出的通孔；还设有用于测量可疑爆炸物的距离的激光测距仪；还包括有电性连接于所述激光测距仪、移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置的远程控制端。

进一步地，所述伸缩驱动装置包括驱动电机、两个相互啮合的减速齿轮、丝杆，所述驱动电机的输出轴传动连接其中一个减速齿轮，所述丝杆的上端则传动连接于另外一个减速齿轮，所述伸缩支撑臂螺纹套接于所述丝杆。

更进一步地，所述伸缩支撑臂的下端为尖锥形，并且外表面设有外螺纹。

更进一步地，所述丝杆和伸缩支撑臂均设于固定臂内，所述固定臂的内壁设有滑动轨道，所述伸缩支撑臂可滑动地装配于所述滑动轨道。

进一步地，所述走行装置包括两组，并分设于所述外箱体的两侧；每组走行装置均包括主驱动电机、主动走行轮、从动走行轮、驱动履带和导向板，所述驱动履带的两端分别套设于所述主动走行轮和从动走行轮，中间部分则套设于所述导向板；所述主动走行轮传动连接于主驱动电机的输出轴。

更进一步地，所述走行装置还包括有摆臂，分别对称设置在箱体两侧的前端和后端并传动连接于所述摆臂驱动电机。

进一步地，所述移动滑台包括移动滑块、移动滑轨、滑台、固定底座、移动丝杆，所述移动滑块可滑动地装配于所述移动滑轨并螺纹套接于所述移动丝杆；所述固定底座固定在所述滑台上并与所述移动滑块固定，所述机械臂固定座固定于所述固定底座上；所述移动丝杆传动连接于移动减速电机。

进一步地，所述机械臂包括有主臂、次臂和小臂，所述机械手固定于所述小臂的前端，所述主臂、次臂和小臂依次可转动连接，所述主臂的下端可转动地连接于所述机械臂固定座。

进一步地，所述外箱体的内部的中部设置有智能斜角测试仪。

进一步地，所述视觉监视装置包括双目摄像头和全景摄像头，其中所述双目摄像头固定于所述机械手的后方，所述全景摄像头通过升降云台固定于所述外箱体。

本发明的有益效果在于：

1)排爆机器人移动平台四周设置支撑装置，底部设置智能斜角测试仪。排爆作业时，支撑装置伸出支撑臂稳定支撑起机器人，保证排爆机器人整体正直，大大增加其作业稳定性和安全性，支撑臂下端可安装不同附件适应不同地面；

2)排爆机器人移动平台内部设置移动滑台，机械臂通过旋转底座固定移动滑台上，机械臂可沿移动滑台前后移动用于补偿作业距离，与机械臂互相配合，提高排爆机器人作业稳定性和机械臂精巧作业能力，提高工作效率，增加平稳性；

3)排爆机器人移动平台前端设置激光测距仪，机械手上设置双目摄像头，可精确定位可疑爆炸物的位置和判断作业距离，减少作业时间，提高工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例的总体结构示意图；

图2为本发明实施例在伸缩支撑臂伸出时的状态示意图；

图3为本发明实施例的支撑装置结构示意图；

图4为本发明实施例中走行装置的驱动结构示意图；

图5为本发明实施例的移动滑台的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1-5所示，一种高稳定性精巧作业排爆机器人包括移动平台、机械手1、机械臂5和视觉监视装置；所述移动平台包括外箱体12、机械臂固定座3、移动滑台7、支撑装置8和走行装置，所述走行装置设于所述外箱体12的底部，所述移动滑台7可滑动地设于所述外箱体12内，所述机械臂固定座3固定于所述移动滑台7上，所述支撑装置8设于所述外箱体12的内部的四角；所述机械臂5的下端连接于所述机械臂固定座3，所述机械手1则设于所述机械臂5的上端；所述支撑装置8包括伸缩支撑臂806以及驱动所述伸缩支撑臂806上下伸缩的伸缩驱动装置，所述外箱体12的底部设有供所述伸缩支撑臂伸缩进出的通孔；还设有用于测量可疑爆炸物的距离的激光测距仪；还包括有电性连接于所述激光测距仪、移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置的远程控制端。

上述高稳定性精巧作业排爆机器人的工作原理在于：通过远程控制端控制走行装置启动，走行装置带动移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置整体移动，直至移动到排爆作业点。此时，远程控制端控制伸缩驱动装置驱动所述伸缩支撑臂向下运动伸出通孔，支撑起整个移动平台，保证移动平台在排爆作业中的稳定。排爆作业中通过远程控制端控制移动滑台运动，实现机械臂及机械手的前后移动，并且通过远程控制端控制机械臂和机械手的运动实现可疑爆炸物的处理。激光测距仪用于测量可疑爆炸物的距离并传输至远程控制端，所述视觉监视装置则用于获取排爆作业点现场的图像或音像数据传输至远程控制端，作为操作人员控制机器人的判断依据。

进一步地，如图3所示，所述伸缩驱动装置包括驱动电机802、两个相互啮合的减速齿轮801、丝杆803，所述驱动电机802的输出轴传动连接其中一个减速齿轮801，所述丝杆803的上端则传动连接于另外一个减速齿轮801，所述伸缩支撑臂806螺纹套接于所述丝杆803。

需要支撑起移动平台进行排爆作业时，驱动电机802驱动与之连接的减速齿轮801转动，所述减速齿轮801带动另一个减速齿轮801转动，从而带动丝杆803转动。螺纹套接于所述丝杆803的伸缩支撑臂806沿着丝杆803向下伸展，通过通孔伸出外箱体的底部，支撑起移动平台。不需要支撑移动平台时，驱动伸缩支撑臂向上收缩即可。

进一步地，所述伸缩支撑臂806的下端为尖锥形，并且外表面设有外螺纹。通过外螺纹的设置可根据不同地形安装对应支撑附件，以适应不同的地面，实现更好的支撑。

更进一步地，所述丝杆803和伸缩支撑臂806均设于固定臂804内，所述固定臂804的内壁设有滑动轨道805，所述伸缩支撑臂806可滑动地装配于所述滑动轨道805。所述伸缩支撑臂沿着所述滑动轨道上下运动。

进一步地，如图4所示，所述走行装置包括两组，并分设于所述外箱体的两侧；每组走行装置均包括主驱动电机16、主动走行轮13、从动走行轮14、驱动履带10和导向板11，所述驱动履带10的两端分别套设于所述主动走行轮13和从动走行轮14，中间部分则套设于所述导向板11；所述主动走行轮13传动连接于主驱动电机16的输出轴。在本实施例中，所述主动驱动电机16通过传动轮17传动连接于走行轮轮轴15，所述走行轮轮轴15传动连接于所述主动走行轮13。走行轮轮轴15的端部装配于安装座18上。

工作时，所述主驱动电机16、传动轮17、走行轮轮轴15逐级传动，带动所述主动走行轮13转动，所述主动走行轮13通过驱动履带10带动从动走行轮14转动，从而实现移动平台整体的前进和后退。

在本实施例中，如图1、图4所示，所述走行装置还包括有摆臂9(本实施例中有四个)，分别对称设置在箱体两侧的前端和后端并传动连接于所述摆臂驱动电机19。在本实施例中，如图4所示，所述摆臂9通过摆臂传动轮20传动连接于摆臂控制轴21，所述摆臂控制轴21传动连接于所述摆臂9。在本实施例中，所述摆臂控制轴21为中空管状结构并可转动地套在所述走行轮轮轴15外。

工作时，摆臂驱动电机19、摆臂传动轮20、摆臂控制轴21逐级传动，控制摆臂9前后旋转。摆臂的作用在于稳定移动平台前进或后退的方向。

进一步地，如图5所示，所述移动滑台7包括移动滑块706、移动滑轨703、滑台705、固定底座702、移动丝杆704，所述移动滑块706可滑动地装配于所述移动滑轨705并螺纹套接于所述移动丝杆704；所述固定底座702固定在所述滑台705上并与所述移动滑块706固定，所述机械臂固定座3固定于所述固定底座702上；所述移动丝杆704传动连接于移动减速电机(图中未示)。工作时，所述移动减速电机驱动移动丝杆转动，所述移动滑块沿着所述移动丝杆前后移动，移动滑轨对移动滑块的移动起到导向作用。固定底座连同滑台和机械臂固定座随着所述移动滑块一并滑动，实现机械臂和机械手的前后滑动。

在本实施例中，所述移动滑台7还包括横板701，所述横板701所述横板701穿过所述固定底座702，其两端固定在外箱体12上，与外箱体12表面水平。

进一步地，如图1所示，所述机械臂5包括有主臂51、次臂52和小臂53，所述机械手1固定于所述小臂53的前端，所述主臂51、次臂52和小臂53依次可转动连接，所述主臂51的下端可转动地连接于所述机械臂固定座3。

在本实施例中，所述主臂51由主臂马达(图中未示)驱动旋转，次臂52由次臂马达(图中未示)驱动旋转，所述小臂53由小臂马达(图中未示)驱动旋转。所述机械手包括驱动机械手转动的旋转马达、丝杆和机械爪，所述激光测距仪设于所述机械手的前端。

进一步地，所述外箱体12的内部的中部设置有智能斜角测试仪。智能斜角测试仪的作用在于测试移动平台是否有倾侧(例如由于地形等原因)，以供操作人员控制的参考，以控制四个角的支撑装置中伸缩支撑臂的伸出长度，保证移动平台整体平直作业。

进一步地，所述视觉监视装置包括双目摄像头2和全景摄像头4，其中所述双目摄像头4固定于所述机械手1的后方，所述全景摄像头4通过升降云台6固定于所述外箱体12。

在机械臂的前端固定的双目摄像头2用于精确定位目标物的位置，监测车体前方路况。

所述升降云台6可以由旋转底座和能够伸缩的升降臂组成，升降臂的下端通过轴与旋转底座连接并可沿轴竖直旋转，升降臂的上端固定能够水平旋转的全景摄像头4，用于检测移动平台四周、机械臂和移动滑台运行情况。所述升降臂的上端还可以安装强光源以在光线不足时提供光线。

所述远程控制端可以包括摇杆、按键、显示屏、集成系统和电源；所述集成系统包括数据接收传输模块和控制集成模块；所述数据接收传输模块用于接收视觉监视装置、激光测距仪获得的数据以及将控制集成模块的控制信号传输至激光测距仪、移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置，在本实施例中数据接收传输模块主要通讯连接于激光测距仪、驱动电机802、主驱动电机16、摆臂驱动电机19、移动减速电机、主臂马达、次臂马达、小臂马达、旋转马达、智能斜角测试仪、双目摄像头2、全景摄像头4、升降云台6等。控制集成模块可以通过命令切换模块对上述对应区域模块进行精确控制，控制信号可以通过摇杆和按键手动输出，所述摇杆和按键电性连接于所述控制集成模块；所述显示屏也电性连接于所述控制集成模块；所述电源为整个远程控制端提供电能。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，包括移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置；所述移动平台包括外箱体、机械臂固定座、移动滑台、支撑装置和走行装置，所述走行装置设于所述外箱体的底部，所述移动滑台可滑动地设于所述外箱体内，所述机械臂固定座固定于所述移动滑台上，所述支撑装置设于所述外箱体的内部的四角；所述机械臂的下端连接于所述机械臂固定座，所述机械手则设于所述机械臂的上端；所述支撑装置包括伸缩支撑臂以及驱动所述伸缩支撑臂上下伸缩的伸缩驱动装置，所述外箱体的底部设有供所述伸缩支撑臂伸缩进出的通孔；还设有用于测量可疑爆炸物的距离的激光测距仪；还包括有电性连接于所述激光测距仪、移动平台、机械手、机械臂和视觉监视装置的远程控制端。

2.根据权利要求1所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述伸缩驱动装置包括驱动电机、两个相互啮合的减速齿轮、丝杆，所述驱动电机的输出轴传动连接其中一个减速齿轮，所述丝杆的上端则传动连接于另外一个减速齿轮，所述伸缩支撑臂螺纹套接于所述丝杆。

3.根据权利要求2所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述伸缩支撑臂的下端为尖锥形，并且外表面设有外螺纹。

4.根据权利要求2所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述丝杆和伸缩支撑臂均设于固定臂内，所述固定臂的内壁设有滑动轨道，所述伸缩支撑臂可滑动地装配于所述滑动轨道。

5.根据权利要求1所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述走行装置包括两组，并分设于所述外箱体的两侧；每组走行装置均包括主驱动电机、主动走行轮、从动走行轮、驱动履带和导向板，所述驱动履带的两端分别套设于所述主动走行轮和从动走行轮，中间部分则套设于所述导向板；所述主动走行轮传动连接于主驱动电机的输出轴。

6.根据权利要求5所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述走行装置还包括有摆臂，分别对称设置在箱体两侧的前端和后端并传动连接于所述摆臂驱动电机。

7.根据权利要求1所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述移动滑台包括移动滑块、移动滑轨、滑台、固定底座、移动丝杆，所述移动滑块可滑动地装配于所述移动滑轨并螺纹套接于所述移动丝杆；所述固定底座固定在所述滑台上并与所述移动滑块固定，所述机械臂固定座固定于所述固定底座上；所述移动丝杆传动连接于移动减速电机。

8.根据权利要求1所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述机械臂包括有主臂、次臂和小臂，所述机械手固定于所述小臂的前端，所述主臂、次臂和小臂依次可转动连接，所述主臂的下端可转动地连接于所述机械臂固定座。

9.根据权利要求1所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述外箱体的内部的中部设置有智能斜角测试仪。

10.根据权利要求1所述的高稳定性精巧作业排爆机器人，其特征在于，所述视觉监视装置包括双目摄像头和全景摄像头，其中所述双目摄像头固定于所述机械手的后方，所述全景摄像头通过升降云台固定于所述外箱体。