CN110315548A - 一种排爆机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种排爆机器人，包括主体、控制器、L形X光射线探测架以及气味探测器，主体的底部设置有伺服驱动系统，所述伺服驱动系统的两侧连接有行走轮，所述主体的一端设置有抓取臂底座，与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：包括X光射线图像处理与识别、电子鼻气味数据分析与识别，机器人结构紧凑，自带可伸缩机械手臂和L形线阵列X光探测架，同时具有机器视觉和嗅觉系统。可对可疑箱包包裹进行平面立体多维度扫描，分析内部分子与原子序列数据，从面准确判断定时器、TNT危化品、爆炸物、毒品、大规模杀伤性武器和违禁品等威胁。

Description

一种排爆机器人

技术领域

本发明是一种排爆机器人，属于排爆设备领域。

背景技术

美国KEJO公司2000年研发一款排爆服，可以对TNT等小当量的炸药现场由人员穿上排爆服进行排爆操作，减轻炸药对人身的危害。此产品提供对人体最高等级的全身防护，不同部位的材料和防弹等级经相关政府机构检测认证。能够为使用者提供最高等级的爆炸冲击保护，包括以下常见爆炸伤害：超压、冲击波、直接杀伤和二次杀伤、错位应力、灼热、燃烧、无需辅助快速穿着，集成了快速脱卸系统。衣服采用杜邦公司最新的Aramid技术，性能最佳的柔性防弹材料，轻便、防护能力高。头盔采用杜邦公司最新的Aramid技术和多层通透系统，重量最轻、最舒适。内置麦克风系统，有线通信等功能。

德国tEODor公司研发了一款“金刚力士”全地形排爆机器人是一种用于代替人员在危险区域执行多项任务的智能远程操作装置。这是德国的 Telerob公司为了解决危险作业人员伤害问题，与警察、军队专家协作开发出来的一款坚固灵活、功能强大的尖端产品。从线性轴、弹药工具库到诊断系统，它都可以满足排爆专家的关键需求。开放的接口，可以随时进行功能扩展及修改，以符合最新的技术标准。通过遥控操作，排爆机器人可以执行排爆专家的各种标准任务，包括：打开门、窗、移除障碍；在内置摄像机、特种照相机和X射线装置的辅助下，进行侦察、监测和调查任务；用弹道手段销毁可疑物体；利用水切割技术打开可疑物体；利用结冰系统暂时中和可疑物体；将可疑物转移到防爆罐中；检测并破坏陷阱和隐藏的爆炸装置；运输、放置和远程操作测量设备及传感器。

目前，国际安全需求不断提高，愈来愈要求快速、精确化、自动化、多目标检查。无论哪种单一技术，都有其局限性，难以满足这些综合性需求。因此，集成了两种或两种以上安检排爆技术的融合设备和综合解决方案是未来安检排爆技术应用发展的趋势。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种排爆机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种排爆机器人，包括主体、控制器、L形X光射线探测架以及气味探测器，所述主体的底部设置有伺服驱动系统，所述伺服驱动系统的两侧连接有行走轮，所述主体的一端设置有抓取臂底座，所述抓取臂底座上安装有关节一，所述关节一通过转轴一连接关节二，所述关节二通过转轴二连接关节三，所述关节三上设置有夹爪，所述关节一内部设有关节控制器一，所述关节二内部设有关节控制器二，所述关节三内部设有关节控制器三，所述主体的顶部设置有转杆，所述转杆上连接有L形X光射线探测架，所述主体的侧面设置有气味探测器，所述主体的内部设置有控制器以及储存器。

进一步地，还包括一控制终端，所述控制终端的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与伺服驱动系统的输入端连接，所述伺服驱动系统的输出端与行走轮的输入端连接，所述控制器的输出端与L形X光射线探测架的输入端连接，所述控制器的输出端与气味探测器的输入端连接，所述控制器的输出端与关节一控制器的输入端连接，所述关节一控制器的输出端与关节一的输入端连接，所述控制器的输出端与关节二控制器的输入端连接，所述关节二控制器的输出端与关节二的输入端连接，所述控制器的输出端与关节三控制器的输入端连接，所述关节三控制器的输出端与关节三的输入端连接，所述控制器的输出端与夹爪控制器的输入端连接，所述夹爪控制器的输出端与夹爪的输入端连接。

进一步地，所述控制器为一种51单片机，所述单片机与储存器双向数据连接。

本发明的有益效果：本发明的一种排爆机器人，包括X光射线图像处理与识别、电子鼻气味数据分析与识别，机器人结构紧凑，自带可伸缩机械手臂和L形线阵列X光探测架，同时具有机器视觉和嗅觉系统。可对可疑箱包包裹进行平面立体多维度扫描，分析内部分子与原子序列数据，从面准确判断定时器、TNT危化品、爆炸物、毒品、大规模杀伤性武器和违禁品等威胁。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一种排爆机器人的结构示意图；

图2为本发明一种排爆机器人的系统控制框图；

图中：1-主体、2-控制器、11-行走轮、12-转杆、13-L形X光射线探测架、14-抓取臂底座、15-关节一、16-关节二、17-关节三、18-夹爪、19- 气味探测器、21-储存器、22-控制终端、111-伺服驱动系统、151-关节一控制器、161-关节二控制器、171-关节三控制器、181-夹爪控制器。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：一种排爆机器人，包括主体1、控制器2、L形X光射线探测架13以及气味探测器19，主体1的底部设置有伺服驱动系统111，伺服驱动系统111的两侧连接有行走轮11，主体1 的一端设置有抓取臂底座14，抓取臂底座14上安装有关节一15，关节一15 通过转轴一连接关节二16，关节二16通过转轴二连接关节三17，关节三17 上设置有夹爪18，关节一15内部设有关节控制器一151，关节二16内部设有关节控制器二161，关节三17内部设有关节控制器三171，主体1的顶部设置有转杆12，转杆12上连接有L形X光射线探测架13，主体1的侧面设置有气味探测器19，主体1的内部设置有控制器2以及储存器21。

作为本发明的一个实施例：还包括一控制终端22，控制终端22的输出端与控制器2的输入端连接，控制器2的输出端与伺服驱动系统111的输入端连接，伺服驱动系统111的输出端与行走轮11的输入端连接，控制器2的输出端与L形X光射线探测架13的输入端连接，控制器2的输出端与气味探测器19的输入端连接，控制器2的输出端与关节一15控制器2的输入端连接，关节一15控制器2的输出端与关节一15的输入端连接，控制器2的输出端与关节二16控制器2的输入端连接，关节二16控制器2的输出端与关节二 16的输入端连接，控制器2的输出端与关节三17控制器2的输入端连接，关节三17控制器2的输出端与关节三17的输入端连接，控制器2的输出端与夹爪18控制器2的输入端连接，夹爪18控制器2的输出端与夹爪18的输入端连接。控制器2为一种51单片机，单片机与储存器21双向数据连接。

关节一15、关节二16、关节三17以及夹爪18构成一机械手臂。

1)通过视频监控管理平台对疑似爆炸物包裹位置确认，利用控制终端22 (无线WIFI)把疑似爆炸物包裹位置信息数据传输给排爆机器人。

2)待机状态下的排爆机器人接收到工作指今，启动排爆程序。

3)机器人通过预值的运行轨迹行进到疑似爆炸物包裹旁边，用机器手臂抓取包裹自行走到排爆罐旁，将包裹放入罐中。

4)通过机器人顶上的L形X光射线探测架13展开90度，对排爆罐内包裹来回进行X光透视扫描，分析包裹内装填物原子序数，识别物质成份、爆炸物等可疑物体现场由机器人执行排爆程序。整个排爆远程监视操作，爆炸物杀伤范围内全部由排爆机器人预值的场景指令自动执行排爆过程。

作为本发明的一个实施例：

1)X光射线图像处理与识别

基于X光射线测量物体密度的方法来识别爆炸物和违禁品的研究，采用 90KV射线源，穿透力可达10mm的钢板，在扫描模式中每小时可对100个柔性排爆罐进行安检排爆扫描。

2)电子鼻气味数据分析与识别

基于气味探测器19阵列来识别判断疑似爆炸物包裹的研究，利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，其识别气味的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度，以及不同的响应曲线。

3)机器人行走工作区域数字化地图

基于激光雷达测绘测量数字化地图与伺服驱动系统111的研究，采用创新的激光阵列技术，适用于自主导航，移动测量，测量，安防及监控等领域。

4)远程排爆监控管理软件

基于数字化视频监控疑似爆炸物包裹识别与位置指令控制的研究，采用 TCP/IP协议设计和实现了上位机为主导、下位机实时响应和反馈的通信机制, 制定了各子系统之间的通信协议，从而实现机器人远程排爆监控。

1)本项目充足整合了市场现有的安检排爆技术，运用软件将各个探测器传回来的数据进行分析处理和深度学习，让排爆机器人更加智慧，完全替代人工排爆过程，减少了排爆事故发生机率。

2)排爆机器人外观结构设计小型化，具有独创性。L型X光线阵列探测架、电子鼻探测器、机器视觉、激光雷达测绘等整合到一块控制单元电路板上，故障率低结构安装方便功能拓展强。

3)X光线阵列图像探测成像系统具有最高可达0.8O米每秒的高速图像数据采集电路，数据经过电脑软件图像处理后箱包包裹内部结构细节之间不同密度与形状按伪彩灰度等级层层显示出来。操作员可通过高分辨率LCD液晶监视器快速和可靠的检查分析图像。

4)自带大容量电瓶和无线WIFI数据天线，底盘可按需求设计应对不同排爆场景，可以满足最苛刻的，国际安检排爆标准。

作为本发明的一个实施例：L形X光射线探测架13的射线源

射线功率：90KV；

照射方向：侧照式；

穿透钢板：10mm厚钢板；

散热方式：通风管道式和油浸式；

散射角度：90度；

控制方式：WIFI控制；

准直器：超窄缝出束；

探测系统

结构设计：轻量化模块化；

色彩涂装：镜面蓝灰色或者军用迷彩色；

外观尺寸：1.60m(L)x 0.8m(W)x 1.6m(H)；

通道尺寸：1m(W)x 2m(H)；

设备重量：0.2KG；

探测晶体：GOS；

光电转换：CMOS；

像素数量：500；

像素排列：L形线阵列；

级联方式：网口RJ45通迅模式；

转动角度：90度

旋转方式：右侧展开探测架扫描，行进中收回至主体1后侧。

图像处理

图像工作站：I5/4G/4TB硬盘/19寸20000：1/LCD液晶显示器；

软件功能：边缘增强锐化，图像反相，直方图均衡，存储图像回查，彩色/黑白，局增，超增，有机物剔除/无机物剔除，加亮/减暗，放大/缩小，实时视频；

图片格式：JPG、图像按扫描时间命名；

物质识别：复合探测，危化品数据库深度学习记忆识别；

数据通信：无线；

机器视觉：自行路径计算分析，自动避障；

集控方式；智慧大脑视频监控平台集中控制，兼容多厂家PTZ协议；

设备性能

被检箱包：小于2m(长)X 1m(宽)X 1.5m(高)；

底盘：四轮伺服电机驱动，无极变速行进方式；

扫描方式：纵向与横向多维度自行移动式扫描；

空间丝分辨力：小于0.5mm直径的钢丝；

穿透丝分辨力：4mm钢板后可见小于0.3mm钢丝；

反差灵敏度：4mm钢板后可见小于0.1mm钢片；

工作场地：2m(长)X 2m(宽)；

工作温度：-20℃ to+43℃(-25℃ to 50 ℃ in option)；

储存温度：-30℃ to+55℃；

相对湿度：Up to 95％；

防水等级：IP45；

功耗：平均0.2千瓦；

监控：摄像机(包括一个PTZ)+无线扩音喊话器；

警示：三色安全灯+警笛；

标准：符合世界卫生组织，ICRP 103-2007，中国，欧盟和美国法规。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种排爆机器人，包括主体、控制器、L形X光射线探测架以及气味探测器，其特征在于：所述主体的底部设置有伺服驱动系统，所述伺服驱动系统的两侧连接有行走轮，所述主体的一端设置有抓取臂底座，所述抓取臂底座上安装有关节一，所述关节一通过转轴一连接关节二，所述关节二通过转轴二连接关节三，所述关节三上设置有夹爪，所述关节一内部设有关节控制器一，所述关节二内部设有关节控制器二，所述关节三内部设有关节控制器三，所述主体的顶部设置有转杆，所述转杆上连接有L形X光射线探测架，所述主体的侧面设置有气味探测器，所述主体的内部设置有控制器以及储存器。

2.根据权利要求1所述的一种排爆机器人，其特征在于：还包括一控制终端，所述控制终端的输出端与控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与伺服驱动系统的输入端连接，所述伺服驱动系统的输出端与行走轮的输入端连接，所述控制器的输出端与L形X光射线探测架的输入端连接，所述控制器的输出端与气味探测器的输入端连接，所述控制器的输出端与关节一控制器的输入端连接，所述关节一控制器的输出端与关节一的输入端连接，所述控制器的输出端与关节二控制器的输入端连接，所述关节二控制器的输出端与关节二的输入端连接，所述控制器的输出端与关节三控制器的输入端连接，所述关节三控制器的输出端与关节三的输入端连接，所述控制器的输出端与夹爪控制器的输入端连接，所述夹爪控制器的输出端与夹爪的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的一种排爆机器人，其特征在于：所述控制器为一种51单片机，所述单片机与储存器双向数据连接。