CN109341425A - 一种用于排雷的机械手及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于排雷的机械手，包括底座，还包括设置于底座上且可旋转的立柱、与立柱连接的可活动的机械臂、设置于机械臂前端的抓取装置；所述抓取装置包括铲斗、可伸缩的推爪，所述推爪伸长后可与铲斗合围形成抱合的且地雷无法脱出的空腔。本发明抓取装置的设计使得深埋的地雷可以被铲斗深挖出来，不同结构形式的地雷也可通过单独的铲斗或推爪与铲斗的配合完成抓取，可适应不同的工况。通过控制算法，发现地雷位置后，机械手可自动定点清除地雷，更加智能化。
Description
技术领域
本发明属于特种作业车辆，具体涉及一种用于排雷的机械手及其控制方法。
背景技术
目前地表及地下的地雷有1.1亿多枚，地雷每年让大约二万人受伤或死亡。因此，清除地雷对民众安全及军队作战安全具有重要的意义。清除地雷的方式分为人工和机械设备两种方式，采用人工方式危险性大且效率低，目前更趋向于通过机械设备完成排雷作业。
目前机械排雷装置有多种类型，例如扫雷滚、扫雷犁、扫雷链枷、推土装置、旋耕装置等。现有的排雷装置主要存在如下缺陷：
1.现有的器械大多都是采用爆破的方式直接破除地雷，但是地雷大小不同，形状结构不同，有些不适合采用引爆的方式，而是需要抓取，但现有技术中抓取地雷的装置，仅仅只能抓取，并不能深挖，使用并不方便。
2.抓取地雷的机械装置自动化程度差，不够智能，对工作人员的器械操作技术要求高。
本申请中所提到的“前端”一词，可以理解为机械臂上的零部件朝向展开或伸长趋势的一端。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种用于排雷的机械手及其控制方法，以解决不同地雷抓取难度大、以及自动化程度低的问题。
本发明解决问题的技术方案是：一种用于排雷的机械手，包括底座，还包括设置于底座上且可旋转的立柱、与立柱连接的可活动的机械臂、设置于机械臂前端的抓取装置；
所述抓取装置包括铲斗、可伸缩的推爪，所述推爪伸长后可与铲斗合围形成抱合的且地雷无法脱出的空腔。
上述方案中，在排雷作业领域，独创性的采用了机械手的形式抓取地雷，可有多种作业方式，一般情况下在明确地雷位置后，可采用铲斗刨出地雷，并兜住地雷于铲斗内，转运至其它地方。在地雷比较大的情况下，或者铲斗单独无法兜住转运地雷时，采用推爪配合的方式，将地雷包裹在合围的空腔内，而转运到其它地方。
进一步的，在机械臂上设有探雷器。通过探雷器获知地雷的确切位置。
具体的，所述机械臂包括动臂、折臂、变幅油缸、折臂油缸、伸缩油缸、铲斗油缸；
所述动臂一端与立柱铰接、另一端与折臂铰接；所述变幅油缸一端与立柱铰接、另一端与动臂铰接；所述折臂油缸一端与动臂铰接、另一端与折臂铰接；
折臂前端内腔套装有伸缩臂，所述铲斗铰接于伸缩臂前端；
所述伸缩油缸一端与折臂铰接、另一端与伸缩臂铰接；
所述铲斗油缸一端与伸缩臂铰接、另一端与铲斗铰接；
所述伸缩臂为中空臂，其中空腔内套装有可直线运动的推爪油缸，所述推爪与推爪油缸前端固定连接。
进一步的，在伸缩臂上设有导向滑槽，所述推爪上设有可与导向滑槽配合的滑块，滑块卡入导向滑槽中并可沿导向滑槽滑动。
进一步的，在立柱中心、动臂与立柱的铰接点a2处、动臂与折臂的铰接点a3处、以及伸缩臂与铲斗的铰接点a4处均设有角度编码器；
在伸缩油缸内集成有位移传感器；在动臂顶部设有探雷器；
还包括控制器和定位系统，所述角度编码器、位移传感器、探雷器及定位系统均与控制器电连接。
上述进一步改进的方案能够使得在确定好地雷的位置之后，机械手可以自动根据探测位置抓取地雷，实现全自动作业。
具体的，所述底座为可移动的底盘，所述定位系统设置于底盘上。
相应的，本发明还提供一种上述用于排雷的机械手的控制方法，包括如下步骤：
a）通过探雷器获知地雷所在的目标位置，并记录地雷相对于定位系统所确定的底盘位置坐标O，反馈至控制器；
b）通过立柱中心、以及铰接点a2、a3、 a4处的角度编码器采集获取各铰接点位置相对于底盘的姿态角度；通过位移传感器，获取伸缩臂推出或缩回的距离；将采集获取的数据反馈至控制器；
c）控制器结合姿态角度数据、伸缩臂的展开长度数据、以及其它各臂的已知长度，通过计算得到铲斗相对于立柱旋转中心的三维坐标M；
d）控制器将定位系统所确定的底盘坐标与三维坐标M结合计算得到铲斗的绝对空间坐标H；
e）控制器得到坐标H和坐标O 的数据后，发出命令，依次进行动臂、折臂、伸缩臂的调整，在调整的过程中控制器根据角度编码器和位移传感器实时反馈的数据进行判断，直到铲斗位置可以顺利到达地雷的上方，然后进行排雷作业。
优选的，步骤c）中，铲斗相对于立柱旋转中心的三维坐标M通过D-H法计算得到。
本发明的显著效果是：
1.抓取装置的设计使得深埋的地雷可以被铲斗深挖出来，不同结构形式的地雷也可通过单独的铲斗或推爪与铲斗的配合完成抓取，可适应不同的工况。
2.通过控制算法，发现地雷位置后，机械手可自动定点清除地雷，更加智能化。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为机械手结构示意图。
图2为机械手工作状态示意图。
图3为机械手自动控制逻辑框图。
图中：16-底座，19-立柱,20-机械臂,23-抓取装置，24-导向滑槽， 28-探雷器，201-动臂，202-折臂，204-变幅油缸，205-折臂油缸，206-伸缩油缸，207-铲斗油缸,208-伸缩臂, 231-铲斗,232-推爪。
具体实施方式
如图1～3所示，一种用于排雷的机械手，包括底座16、设置于底座16上且可旋转的立柱19、与立柱19连接的可活动的机械臂20、设置于机械臂20前端的抓取装置23。
所述机械臂20包括动臂201、折臂202、变幅油缸204、折臂油缸205、伸缩油缸206、铲斗油缸207。所述动臂201一端与立柱19铰接、另一端与折臂202铰接。所述变幅油缸204一端与立柱19铰接、另一端与动臂201铰接。所述折臂油缸205一端与动臂201铰接、另一端与折臂202铰接。
折臂202前端内腔套装有伸缩臂208。所述铲斗231铰接于伸缩臂208前端。
所述伸缩油缸206一端与折臂202铰接、另一端与伸缩臂208铰接。
所述铲斗油缸207一端与伸缩臂208铰接、另一端与铲斗231铰接。
所述伸缩臂208为中空臂，其中空腔内套装有可直线运动的推爪油缸。
所述抓取装置23包括铲斗231、可伸缩的推爪232。所述推爪232与推爪油缸前端固定连接。所述推爪232伸长后可与铲斗231合围形成抱合的且地雷无法脱出的空腔。所述铲斗231和推爪232均为格栅结构。
在伸缩臂208上设有导向滑槽24。所述推爪232上设有可与导向滑槽24配合的滑块。滑块卡入导向滑槽24中并可沿导向滑槽24滑动。
为了探测到地雷后可以让机械手自动进行抓取，在立柱19中心、动臂201与立柱19的铰接点a2处、动臂201与折臂202的铰接点a3处、以及伸缩臂208与铲斗231的铰接点a4处均设有角度编码器。
在伸缩油缸206内集成有位移传感器。在动臂201顶部设有探雷器28。
还包括控制器和定位系统。所述角度编码器、位移传感器、探雷器28及定位系统均与控制器电连接。
所述底座16为可移动的底盘。所述定位系统设置于底盘上。
本实施例还提供一种上述用于排雷的机械手的控制方法，包括如下步骤：
a）通过探雷器28获知地雷所在的目标位置，并记录地雷相对于定位系统所确定的底盘位置坐标O，反馈至控制器；
b）通过立柱19中心、以及铰接点a2、a3、 a4处的角度编码器采集获取各铰接点位置相对于底盘的姿态角度；通过位移传感器，获取伸缩臂208推出或缩回的距离；将采集获取的数据反馈至控制器；
c）控制器结合姿态角度数据、伸缩臂208的展开长度数据、以及其它各臂的已知长度，通过D-H法计算得到铲斗231相对于立柱19旋转中心的三维坐标M；
d）控制器将定位系统所确定的底盘坐标与三维坐标M结合计算得到铲斗231的绝对空间坐标H；
e）控制器得到坐标H和坐标O 的数据后，发出命令，依次进行动臂201、折臂202、伸缩臂208的调整，在调整的过程中控制器根据角度编码器和位移传感器实时反馈的数据进行判断，直到铲斗231位置可以顺利到达地雷的上方，然后进行排雷作业。
机械手展开抓取的工作过程为：通过变幅油缸204推动动臂201绕a2铰接点旋转，将动臂201推至一定高度后折臂油缸205动作，推动折臂202绕a3铰接点旋转展开。根据工作需要，伸缩油缸206推动伸缩臂208伸展至需要位置后由铲斗油缸207推动铲斗231绕a4铰接点旋转即可实现对地雷的挖掘工作。根据需要，可同时操作位于伸缩臂208内的推爪油缸，可推动推爪232沿导向滑槽24向前运动，配合铲斗231将抓取的地雷完全包裹住，作业范围广，提升了排雷效率，增加了排雷种类。
Claims (8)
1.一种用于排雷的机械手，包括底座（16），其特征在于：还包括设置于底座（16）上且可旋转的立柱（19）、与立柱（19）连接的可活动的机械臂（20）、设置于机械臂（20）前端的抓取装置（23）；
所述抓取装置（23）包括铲斗（231）、可伸缩的推爪（232），所述推爪（232）伸长后可与铲斗（231）合围形成抱合的且地雷无法脱出的空腔。
2.根据权利要求1所述的用于排雷的机械手，其特征在于：在机械臂（20）上设有探雷器（28）。
3.根据权利要求1所述的用于排雷的机械手，其特征在于：所述机械臂（20）包括动臂（201）、折臂（202）、变幅油缸（204）、折臂油缸（205）、伸缩油缸（206）、铲斗油缸（207）；
所述动臂（201）一端与立柱（19）铰接、另一端与折臂（202）铰接；所述变幅油缸（204）一端与立柱（19）铰接、另一端与动臂（201）铰接；所述折臂油缸（205）一端与动臂（201）铰接、另一端与折臂（202）铰接；
折臂（202）前端内腔套装有伸缩臂（208），所述铲斗（231）铰接于伸缩臂（208）前端；
所述伸缩油缸（206）一端与折臂（202）铰接、另一端与伸缩臂（208）铰接；
所述铲斗油缸（207）一端与伸缩臂（208）铰接、另一端与铲斗（231）铰接；
所述伸缩臂（208）为中空臂，其中空腔内套装有可直线运动的推爪油缸，所述推爪（232）与推爪油缸前端固定连接。
4.根据权利要求3所述的用于排雷的机械手，其特征在于：在伸缩臂（208）上设有导向滑槽（24），所述推爪（232）上设有可与导向滑槽（24）配合的滑块，滑块卡入导向滑槽（24）中并可沿导向滑槽（24）滑动。
5.根据权利要求3或4所述的用于排雷的机械手，其特征在于：在立柱（19）中心、动臂（201）与立柱（19）的铰接点a2处、动臂（201）与折臂（202）的铰接点a3处、以及伸缩臂（208）与铲斗（231）的铰接点a4处均设有角度编码器；
在伸缩油缸（206）内集成有位移传感器；在动臂（201）顶部设有探雷器（28）；
还包括控制器和定位系统，所述角度编码器、位移传感器、探雷器（28）及定位系统均与控制器电连接。
6.根据权利要求5所述的用于排雷的机械手，其特征在于：所述底座（16）为可移动的底盘，所述定位系统设置于底盘上。
7.一种如权利要求6所述的用于排雷的机械手的控制方法，其特征在于包括如下步骤：
a）通过探雷器（28）获知地雷所在的目标位置，并记录地雷相对于定位系统所确定的底盘位置坐标O，反馈至控制器；
b）通过立柱（19）中心、以及铰接点a2、a3、 a4处的角度编码器采集获取各铰接点位置相对于底盘的姿态角度；通过位移传感器，获取伸缩臂（208）推出或缩回的距离；将采集获取的数据反馈至控制器；
c）控制器结合姿态角度数据、伸缩臂（208）的展开长度数据、以及其它各臂的已知长度，通过计算得到铲斗（231）相对于立柱（19）旋转中心的三维坐标M；
d）控制器将定位系统所确定的底盘坐标与三维坐标M结合计算得到铲斗（231）的绝对空间坐标H；
e）控制器得到坐标H和坐标O 的数据后，发出命令，依次进行动臂（201）、折臂（202）、伸缩臂（208）的调整，在调整的过程中控制器根据角度编码器和位移传感器实时反馈的数据进行判断，直到铲斗（231）位置可以顺利到达地雷的上方，然后进行排雷作业。
8.根据权利要求7所述的用于排雷的机械手的控制方法，其特征在于：步骤c）中，铲斗（231）相对于立柱（19）旋转中心的三维坐标M通过D-H法计算得到。
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