CN111392040B - 一种排爆无人机及排爆方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种排爆无人机及排爆方法，包括无人机本体和安装在所述无人机本体前部的云台摄像头，此外还包括射绳枪、电动卷收器和排爆平台，所述射绳枪包括射钉器、射钉器云台和绳索箱，所述排爆平台包括平台框架、滑行腔室、机械手轨道、排爆机械手、排爆摄像头和防爆箱，所述滑行腔室内安装有滑轮、夹紧机构和绳索剪，所述平台框架中部设有供所述排爆机械手伸出的通槽，所述绳索箱中的绳索经所述夹紧机构的夹头、所述滑轮和所述绳索剪穿出后连接到所述射钉器的长钉尾端。本发明通过排爆平台排爆，排爆平台的支撑结构位于爆炸物的四周，其在与爆炸物相对静止状态下进行排爆，更加安全可靠。

Description

一种排爆无人机及排爆方法

技术领域

本发明属于警用设备领域，涉及一种排爆无人机及排爆方法。

背景技术

在爆炸物或疑似爆炸物的处理方面，一般地面上的静止物采用普通的排爆机器人进行排爆，而车辆等运动物体上的爆炸物以及高层建筑上安装的爆炸物则采用无人机除爆装置进行排爆。现有无人机或者是降落在运动物体或高层建筑上，再通过机械手取下爆炸物，置于防爆箱内运到安全区域处理，而对于缺少降落空间的则通常采用令无人机悬停或保持与运动物体相对静止的情况下直接通过机械手取下爆炸物，但是无人机很难准确保证与移动物体相对静止状态，悬停的无人机本身也很容易受到外界干扰发生摇晃或移动，这都大大增加了排爆时的危险性，一旦机械手撞击到爆炸物就可能造成爆炸，而且上述方法对无人机操控者以及飞控系统稳定性的要求都太高，现有人员和软件系统很难完全保证操控的可靠性，同时也需要较高的人员培养费用和设备成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种排爆无人机，以解决现有技术中在缺少降落点的情况下，对移动物体或高层建筑上的爆炸物在排爆过程中很难保证无人机及排爆机械手的稳定性，增加了碰撞爆炸物的可能，排爆成功了和安全性不足的问题。

所述的排爆无人机，包括无人机本体和安装在所述无人机本体前部的云台摄像头，此外还包括射绳枪、电动卷收器和排爆平台，所述射绳枪包括射钉器、射钉器云台和绳索箱，所述射钉器云台固定在所述无人机本体底部，所述射钉器安装在所述射钉器云台上，所述排爆平台包括平台框架、滑行腔室、机械手轨道、排爆机械手、排爆摄像头和防爆箱，所述滑行腔室内安装有滑轮、夹紧机构和绳索剪，所述滑行腔室、防爆箱和机械手轨道安装在所述平台框架上，所述排爆机械手安装在所述机械手轨道的滑台上，所述排爆摄像头设于所述平台框架下面并通过C型安装板与所述滑台连接，所述平台框架中部设有供所述排爆机械手伸出的通槽，所述绳索箱中的绳索经所述夹紧机构的夹头、所述滑轮和所述绳索剪穿出后连接到所述射钉器的长钉尾端。

优选的，所述平台框架的上设有滑行腔室，所述夹紧机构包括固定在所述滑行腔室内壁后侧的固定板、夹体和安装在所述滑行腔室内侧的夹紧电机，所述夹体中部设有伸出的凸出部，所述凸出部与所述固定板中部铰接，所述夹体上端和所述固定板上端为相互对应的夹头，所述夹体下部内侧安装有所述滑轮，夹紧电机的输出轴与所述夹体中部的铰轴共轴并固定有连接所述夹体的拨杆，所述绳索剪设在所述滑行腔室下部开口与所述滑轮之间。

优选的，所述滑轮的滑轮轴一端设有限速机构，所述限速机构包括限速壳体、弹性元件、摩擦块和摩擦环，所述限速壳体固定在所述夹体外侧，所述滑轮轴的端部伸入所述限速壳体所述摩擦块沿所述滑轮轴外侧周向布置，所述摩擦块一侧铰接在所述滑轮轴表面而另一侧通过弹性元件约束在所述滑轮轴上，所述摩擦环固定在所述限速壳体内套在所述滑轮轴外侧，所述摩擦块位于所述摩擦环内，所述摩擦块的摩擦面对着所述摩擦环内侧的摩擦面，所述弹性元件为弹性环带。

优选的，所述平台框架还安装有缓冲支腿，所述缓冲支腿包括固定在所述平台框架外侧的L形支柱、支腿件和固定在所述支腿件下端的粘接盘，所述L形支柱的下伸出端设有插孔，所述支腿件滑动插接在所述插孔中，所述粘接盘顶面通过弹簧与所述插孔底部相连。

优选的，所述射钉器云台包括L形安装板、射钉器安装板、水平转动电机、竖直转动电机、调节连杆一和调节连杆二，所述水平转动电机安装在所述L形安装板的顶板底部，所述射钉器安装板固定在所述水平转动电机向下伸出的输出轴上，所述射钉器后端铰接在所述射钉器安装板上，所述调节连杆一一端铰接在所述射钉器前端而另一端铰接所述调节连杆二一端，所述调节连杆二另一端固定在所述竖直转动电机的输出轴，所述竖直转动电机安装在所述射钉器安装板上，所述射钉器前端还设有瞄准器。

本发明还提供了一种排爆方法，采用上述的排爆无人机，包括下列步骤：

步骤1、操控无人机到达接近爆炸物位置，并通过云台摄像头发现爆炸物，无人机的飞控系统计算出与长钉固定位置在图像上进行标记；

步骤2、分别调节各个射绳枪，瞄准图像上标记的长钉固定位置，然后分别射出长钉将绳索一端固定在相应位置；

步骤3、绳索固定后打开夹头，同时滑轮与固定板相对压在绳索表面，滑轮沿绳索滑动，所述排爆平台下滑；

步骤4、所述排爆平台停在爆炸物安装的物体上，通过夹紧机构夹紧绳索，稳定后操控排爆机械手取下爆炸物放入防爆箱；

步骤5、防爆箱关闭后启动电动卷收器将所述防爆平台收回，通过夹紧机构夹紧绳索，启动绳索剪剪断绳索，所述无人机将爆炸物运到安全区域。

优选的，所述绳索出口具有向下伸出的管状结构，所述夹紧机构的夹头在初始状态下夹住所述管状结构固定所述排爆平台，步骤5中夹紧绳索的同时，所述电动卷收器的卷轴处于锁紧状态无法转动。

本发明具有如下优点：通过本申请提供的排爆无人机，现在爆炸物四周对爆炸物影响较小的位置射入长钉，绳索成为引导排爆平台的通路，再将排爆平台放下，排爆平台下降速度可控防止对爆炸物造成大的震动。排爆平台下降后通过粘接盘和夹紧机构保证平台的稳定性，然后通过排爆机械手将爆炸物装入防爆箱，再将排爆平台和爆炸物回收运到比较安全的地点。长钉、粘接盘位于爆炸物的四周，相比具有排爆箱的无人机，占用空间较小，而且还能应用与斜面和竖直墙壁等情况，因此受到空间约束较小。本发明可用于安装在强度和刚性比较可靠表面的爆炸物，比如混凝土表面的建筑物墙壁，刚性较好的金属车辆外壁等情况。

上述过程，由于长钉、排爆平台降落等可能产生撞击的过程都能控制在距离爆炸物一定距离处，从而能减少或避免对爆炸物的冲击，当防爆平台设置位置稳定后则能安全地将爆炸物拆除并运离，克服了无人机空中悬停或移动时拆除爆炸物可能产生的碰撞爆炸物的缺陷。而且使用时无需精确计算无人机在运动中与爆炸物的距离，以及如何调节速度姿势保证相对位置稳定，使用者只需要保证长钉钉入位置相对准确，之后等排爆平台降落后与爆炸物相对静止状态下操作排爆机械手，对飞控系统和人员操作水平的要求大大降低，保证了使用的可靠性和安全性，同时也降低了人员培训和系统设备的成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明除去排爆平台后的结构示意图。

图3为本发明中排爆平台的结构示意图(省略缓冲支腿)。

图4为另一视角下本发明中排爆平台的结构示意图。

图5为本发明中前部的射绳枪的结构示意图。

图6为本发明中后部的射绳枪的结构示意图。

图7为本发明中滑行腔室的剖视图。

图8为图7所示结构中夹紧机构的结构示意图。

图9为图8所示结构中限速机构的结构示意图。

图10为本发明在平台停下后的使用过程的示意图。

附图中的标记为：1、无人机本体，2、云台摄像头，3、射绳枪，31、L型安装板，32、水平转动电机，33、射钉器，34、长钉，35、射钉器安装板，351、安装板一，352、安装板二，353、电动转轴，36、绳索箱，37、竖直转动电机，38、绳索出口，4、排爆平台，41、平板，42、机械手轨道，43、排爆机械手，44、防爆箱，45、滑行腔室，451、夹体，452、固定板，453、滑轮，4531、滑轮轴，454、夹紧电机，455、限速机构，4551、限速壳体，4552、摩擦环，4553、摩擦块，4554、弹性环带，456、绳索剪，46、排爆摄像头，47、框架梁，48、缓冲支腿，5、电动卷收器，6、爆炸物。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-10所示，本发明提供了一种排爆无人机，包括无人机本体1和安装在所述无人机本体1前部的云台摄像头2，其特征在于：还包括射绳枪3、电动卷收器5和排爆平台4，所述射绳枪3包括射钉器33、射钉器云台和绳索箱36，所述射钉器云台固定在所述无人机本体1底部，所述射钉器33安装在所述射钉器云台上，所述排爆平台4包括平台框架、滑行腔室45、机械手轨道42、排爆机械手43、排爆摄像头46和防爆箱44，所述滑行腔室45内安装有滑轮453、夹紧机构和绳索剪456，所述滑行腔室45、防爆箱44和机械手轨道42安装在所述平台框架上，所述排爆机械手43安装在所述机械手轨道42的滑台上，所述排爆摄像头46设于所述平台框架下面并通过C型安装板与所述滑台连接，所述平台框架中部设有供所述排爆机械手43伸出的通槽，所述绳索箱36中的绳索经所述夹紧机构的夹头、所述滑轮453和所述绳索剪456穿出后连接到所述射钉器33的长钉34尾端。

射绳枪3有四个分别设在接近所述平台框架的边角位置，所述平台框架的四角位置各设有一个滑行腔室45。所述电动卷收器5上的回收绳连接在所述平台框架上，能卷起收回防爆平台。所述通槽为圆形，所述机械手轨道42为环形布置在通槽外。

飞控系统直接直接控制电动卷收器5、射绳枪3和云台摄像头，并以有线或无线方式与平台控制模块进行通信，平台控制模块则根据飞控系统的命令控制机械手轨道42、排爆机械手43、排爆摄像头46、夹紧电机454、绳索剪456和防爆箱44的箱盖开合装置。

所述平台框架的上设有滑行腔室45，所述夹紧机构包括固定在所述滑行腔室45内壁后侧的固定板452、夹体451和安装在所述滑行腔室45内侧的夹紧电机454，所述夹体451中部设有伸出的凸出部，所述凸出部与所述固定板452中部铰接，所述夹体451上端和所述固定板452上端为相互对应的夹头，所述夹体451下部内侧安装有所述滑轮453，夹紧电机454的输出轴与所述夹体451中部的铰轴共轴并固定有连接所述夹体451的拨杆，所述绳索剪456设在所述滑行腔室45下部开口与所述滑轮453之间。

所述滑轮453侧面设有容纳所述绳索的限位凹槽，所述固定板452设有与所述滑轮453对应的光滑面，所述限位凹槽内侧为摩擦面，限位凹槽和所述固定板452夹在所述绳索两侧。平台框架包括连接各个滑行腔室45并围成矩形的框架梁47以及固定在各个框架梁47顶部的十字形状的平板41，空槽、机械手轨道42和防爆箱44均设置在所述平板41上。

所述滑轮453的滑轮轴4531一端设有限速机构455，所述限速机构455包括限速壳体4551、弹性元件、摩擦块4553和摩擦环4552，所述限速壳体4551固定在所述夹体451外侧，所述滑轮轴4531的端部伸入所述限速壳体4551，所述摩擦块4553沿所述滑轮轴4531外侧周向布置，所述摩擦块4553一侧铰接在所述滑轮轴4531表面而另一侧通过弹性元件约束在所述滑轮轴4531上，所述摩擦环4552固定在所述限速壳体4551内套在所述滑轮轴4531外侧，所述摩擦块4553位于所述摩擦环4552内，所述摩擦块4553的摩擦面对着所述摩擦环4552内侧的摩擦面，所述弹性元件为弹性环带4554。

所述平台框架还安装有缓冲支腿48，所述缓冲支腿48包括固定在所述平台框架外侧的L形支柱、支腿件和固定在所述支腿件下端的粘接盘，所述L形支柱的下伸出端设有插孔，所述支腿件滑动插接在所述插孔中，所述粘接盘顶面通过弹簧与所述插孔底部相连。

所述射钉器云台包括L形安装板、射钉器安装板35、水平转动电机32、竖直转动电机37、调节连杆一和调节连杆二，所述水平转动电机32安装在所述L形安装板的顶板底部，所述射钉器安装板35固定在所述水平转动电机32向下伸出的输出轴上，所述射钉器33后端铰接在所述射钉器安装板35上，所述调节连杆一一端铰接在所述射钉器33前端而另一端铰接所述调节连杆二一端，所述调节连杆二另一端固定在所述竖直转动电机37的输出轴，所述竖直转动电机37安装在所述射钉器安装板35上，所述射钉器33前端还设有瞄准器。

所述绳索箱36为圆台状，安装在所述L型安装板31的竖直部分，所述绳索箱36内中心转动连接有绕绳轴，所述绳索箱36上设有向下伸出的绳索出口38，绳索箱36的绳索出口38设于所述绳索箱36底部或侧面下部。

后部的射钉器安装板35采用可开合结构，包括安装板一351、安装板二352和电动转轴353，所述安装板一351固定于水平转动电机32的输出端，所述安装板二352一端通过所述电动转轴353连接到所述安装板一351下段，所述安装板二352向下打开后的前面安装有位于后部的射钉器33，前部的绳索箱36安装在前部的射钉器安装板35的后侧，后部的绳索箱36安装在安装板一351的前侧。这样在不使用后部的射钉器33时可以将其收起，方便无人机起降，而绳索箱36的设置则方便排爆平台4与绳索出口38的连接。

基于上述的排爆无人机，本发明还提供了一种排爆方法，包括下列步骤：

步骤1、操控无人机到达接近爆炸物6位置，并通过云台摄像头2发现爆炸物6，无人机的飞控系统计算出与长钉34固定位置在图像上进行标记。标记依据爆炸物6之间的相对位置和距离在图像上进行标记。各个长钉34固定位置与所述排爆平台4的各个滑行腔室45对应，并要让爆炸物6靠近各长钉34固定位置构成图形的中心。

步骤2、分别调节各个射绳枪3，瞄准图像上标记的长钉34固定位置，然后分别射出长钉34将绳索一端固定在相应位置。射钉器33前端也有瞄准器，通过瞄准器采集的准星与爆炸物6之间的方位和距离判断瞄准的位置是否与长钉34固定位置的标记重合，如果重合即可发射长钉34。

步骤3、绳索固定后打开夹头，同时滑轮453与固定板452相对压在绳索表面，滑轮453沿绳索滑动，所述排爆平台4下滑。所述绳索出口38具有向下伸出的管状结构，所述夹紧机构的夹头在初始状态下夹住所述管状结构固定所述排爆平台4，打开夹头即松开绳索出口38，排爆平台4下滑，如果距离较远，高度差较大，滑轮453转速随下落速度加快，摩擦块4553受离心力作用克服弹性环带4554的压力向外甩出，当其被摩擦环4552阻碍减速时也会阻碍滑轮轴4531转动实现减速。

步骤4、所述排爆平台4停在爆炸物6安装的物体上，通过夹紧机构夹紧绳索，稳定后操控排爆机械手43取下爆炸物6放入防爆箱44。防爆摄像头46朝通槽中心的下方采集图像，如果爆炸物6不在采集范围内，滑台带动防爆摄像头46和排爆机械手43一同转动，由于防爆摄像头46和排爆机械手43位于滑台处，因此只要防爆摄像头46能拍摄到的范围，排爆机械手43基本都可以触及，便于排爆。而机械手轨道42为套在空槽外的环形轨道，因此能让滑台以通槽为中心360度转动，基本没有死角，保证排爆的可靠性。

步骤5、防爆箱44关闭后启动电动卷收器5将所述防爆平台收回，通过夹紧机构夹紧绳索，启动绳索剪456剪断绳索，所述无人机将爆炸物6运到安全区域。回收过程中通过绳索引导，在保持绳索一定张力的情况下基本能保证爆炸物6的移动稳定，而且在空中爆炸物6不易受到冲击，防爆箱44不仅本身结构稳定，而且具有大量缓冲结构防止爆炸物6受到太大冲击，夹紧绳索的同时，所述电动卷收器5的卷轴处于锁紧状态无法转动，有效保障了排爆的稳定性和安全性。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种排爆无人机，包括无人机本体（1）和安装在所述无人机本体（1）前部的云台摄像头（2），其特征在于：还包括射绳枪（3）、电动卷收器（5）和排爆平台（4），所述射绳枪（3）包括射钉器（33）、射钉器云台和绳索箱（36），所述射钉器云台固定在所述无人机本体（1）底部，所述射钉器（33）安装在所述射钉器云台上，所述排爆平台（4）包括平台框架、滑行腔室（45）、机械手轨道（42）、排爆机械手（43）、排爆摄像头（46）和防爆箱（44），所述滑行腔室（45）内安装有滑轮（453）、夹紧机构和绳索剪（456），所述滑行腔室（45）、防爆箱（44）和机械手轨道（42）安装在所述平台框架上，所述排爆机械手（43）安装在所述机械手轨道（42）的滑台上，所述排爆摄像头（46）设于所述平台框架下面并通过C型安装板与所述滑台连接，所述平台框架中部设有供所述排爆机械手（43）伸出的通槽，所述绳索箱（36）中的绳索经所述夹紧机构的夹头、所述滑轮（453）和所述绳索剪（456）穿出后连接到所述射钉器（33）的长钉（34）尾端。

2.根据权利要求1所述的一种排爆无人机，其特征在于：所述平台框架的上设有滑行腔室（45），所述夹紧机构包括固定在所述滑行腔室（45）内壁后侧的固定板（452）、夹体（451）和安装在所述滑行腔室（45）内侧的夹紧电机（454），所述夹体（451）中部设有伸出的凸出部，所述凸出部与所述固定板（452）中部铰接，所述夹体（451）上端和所述固定板（452）上端为相互对应的夹头，所述夹体（451）下部内侧安装有所述滑轮（453），夹紧电机（454）的输出轴与所述夹体（451）中部的铰轴共轴并固定有连接所述夹体（451）的拨杆，所述绳索剪（456）设在所述滑行腔室（45）下部开口与所述滑轮（453）之间。

3.根据权利要求2所述的一种排爆无人机，其特征在于：所述滑轮（453）的滑轮轴（4531）一端设有限速机构（455），所述限速机构（455）包括限速壳体（4551）、弹性元件、摩擦块（4553）和摩擦环（4552），所述限速壳体（4551）固定在所述夹体（451）外侧，所述滑轮轴（4531）的端部伸入所述限速壳体（4551），所述摩擦块（4553）沿所述滑轮轴（4531）外侧周向布置，所述摩擦块（4553）一侧铰接在所述滑轮轴（4531）表面而另一侧通过弹性元件约束在所述滑轮轴（4531）上，所述摩擦环（4552）固定在所述限速壳体（4551）内套在所述滑轮轴（4531）外侧，所述摩擦块（4553）位于所述摩擦环（4552）内，所述摩擦块（4553）的摩擦面对着所述摩擦环（4552）内侧的摩擦面，所述弹性元件为弹性环带（4554）。

4.根据权利要求1所述的一种排爆无人机，其特征在于：所述平台框架还安装有缓冲支腿（48），所述缓冲支腿（48）包括固定在所述平台框架外侧的L形支柱、支腿件和固定在所述支腿件下端的粘接盘，所述L形支柱的下伸出端设有插孔，所述支腿件滑动插接在所述插孔中，所述粘接盘顶面通过弹簧与所述插孔底部相连。

5.根据权利要求1所述的一种排爆无人机，其特征在于：所述射钉器云台包括L型安装板（31）、射钉器安装板（35）、水平转动电机（32）、竖直转动电机（37）、调节连杆一和调节连杆二，所述水平转动电机（32）安装在所述L型安装板（31）的顶板底部，所述射钉器安装板（35）固定在所述水平转动电机（32）向下伸出的输出轴上，所述射钉器（33）后端铰接在所述射钉器安装板（35）上，所述调节连杆一一端铰接在所述射钉器（33）前端而另一端铰接所述调节连杆二一端，所述调节连杆二另一端固定在所述竖直转动电机（37）的输出轴，所述竖直转动电机（37）安装在所述射钉器安装板（35）上，所述射钉器（33）前端还设有瞄准器。

6.根据权利要求5所述的一种排爆无人机，其特征在于：所述绳索箱（36）为圆台状，安装在所述L型安装板（31）的竖直部分，所述绳索箱（36）内中心转动连接有绕绳轴，所述绳索箱（36）上设有向下伸出的绳索出口（38），绳索箱（36）的绳索出口（38）设于所述绳索箱（36）底部或侧面下部，所述夹紧机构在初始状态下通过夹头夹住所述绳索出口（38）下端。

7.一种排爆方法，其特征在于：采用如权利要求1-6中任一所述的排爆无人机，包括下列步骤：

步骤1、操控无人机到达接近爆炸物（6）位置，并通过云台摄像头（2）发现爆炸物（6），无人机的飞控系统计算出与长钉（34）固定位置在图像上进行标记；

步骤2、分别调节各个射绳枪（3），瞄准图像上标记的长钉（34）固定位置，然后分别射出长钉（34）将绳索一端固定在相应位置；

步骤3、绳索固定后打开夹头，同时滑轮（453）与固定板（452）相对压在绳索表面，滑轮（453）沿绳索滑动，所述排爆平台（4）下滑；

步骤4、所述排爆平台（4）停在爆炸物（6）安装的物体上，通过夹紧机构夹紧绳索，稳定后操控排爆机械手（43）取下爆炸物（6）放入防爆箱（44）；

步骤5、防爆箱（44）关闭后启动电动卷收器（5）将所述排爆平台（4）收回，通过夹紧机构夹紧绳索，启动绳索剪（456）剪断绳索，所述无人机将爆炸物（6）运到安全区域；

各个长钉（34）固定位置与所述排爆平台（4）的各个滑行腔室（45）对应，并要让爆炸物（6）靠近各长钉（34）固定位置构成图形的中心。

8.根据权利要求7所述的一种排爆方法，其特征在于：所述绳索箱（36）上的绳索出口（38）具有向下伸出的管状结构，所述夹紧机构的夹头在初始状态下夹住所述管状结构固定所述排爆平台（4），步骤5中夹紧绳索的同时，所述电动卷收器（5）的卷轴处于锁紧状态无法转动。

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