CN111452058B - 一种无人机除爆装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机除爆装置及其使用方法，包括安装在所述无人机本体前部的云台摄像头，还包括射绳枪和排爆平台，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，所述滑行腔室内设有有滑轮、夹紧机构和绳索剪，所述夹紧机构包括一对夹体和安装在所述滑行腔室内侧的电动夹爪，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，排爆平台通过位于爆炸物的四周的支撑结构固定在设有爆炸物的物体表面，相比降落后排爆的无人机，占用空间较小，还能应用于斜面和竖直墙壁等情况。

Description

一种无人机除爆装置及其使用方法

技术领域

本发明属于警用设备领域，涉及一种无人机除爆装置及其使用方法。

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，而对于直立墙面、反斜面和极陡的斜面，由于无人机无法在其上降落，通常只能在空中悬停后保持与物体相对静止状态，同时进行爆炸物拆卸。但是由于无人机在空中容易受到大风影响，容易受到干扰，一旦无人机发生晃动就可能让机械手撞击到爆炸物造成爆炸，危险性较大，并且对操作者要求很高，在使用中有很大局限性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机除爆装置，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。

所述的无人机除爆装置，包括安装在无人机本体前部的云台摄像头，还包括射绳枪和排爆平台，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，所述滑行腔室内设有滑轮、夹紧机构和绳索剪，所述夹紧机构包括一对夹体和安装在所述滑行腔室内侧的电动夹爪，两个所述夹体中部相互铰接，所述夹体上端为相互对应的夹头，所述夹体下部内侧安装有合起后夹在所述绳索两侧的所述滑轮，所述电动夹爪的两个爪端分别通过拨杆连接到对应的夹体，所述滑行腔室的底部设有卡接门，所述卡接门通过所述夹体驱动开闭，所述滑行腔室下部开口与所述滑轮之间还设有绳索剪，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，所述夹体中部设有伸出的凸出部，两个夹体凸出部通过固定在所述滑行腔室中的铰轴连接，所述卡接门包括铰接在底部出口两侧的门板和连接板，所述门板彼此相对一侧设有能在闭合后卡紧所述长钉尾部的卡槽，所述卡接门设有向上伸出的凸板，所述连接板两端分别铰接到所述凸板的端部和对应夹体的下端。

优选的，一对所述夹体中至少有一个在侧面安装有滑轮电机，所述滑轮电机驱动所述滑轮转动，所述滑轮侧面设有容纳所述绳索的限位凹槽，所述限位凹槽内侧和滑轮侧面均为摩擦面，一对所述滑轮相互间通过摩擦传动。

优选的，所述平台框架包括平板和伸缩梁，所述伸缩梁包括矩形中空梁体和滑动连接在所述矩形中空梁体两端的可动梁柱，所述可动梁柱的伸出端固定在相应角上的滑行腔室另一端设有齿条和容纳槽，所述矩形中空梁体的中心安装有齿轮，两个可动梁柱以所述齿轮为中心对称设置，所述齿条同时与所述齿轮啮合，所述容纳槽容纳相对的可动梁柱上的齿条，所述中空梁体与所述平板之间固定连接。

优选的，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，所述射钉器云台包括L型安装板、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型安装板的顶板底部，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。

优选的，所述绳索箱为圆台状，安装在所述L型安装板的竖直部分，所述绳索箱内中心转动连接有绕绳轴，所述绳索箱上设有向下伸出的绳索出口，绳索箱的绳索出口设于所述绳索箱底部或侧面下部，初始状态下所述夹紧机构的夹头夹住所述绳索出口下端。

优选的，后部的射钉器安装板采用可开合结构，包括安装板一、安装板二和电动转轴，所述安装板一固定于水平转动电机的输出端，所述安装板二一端通过所述电动转轴连接到所述安装板一下段，所述安装板二向下打开后的前面安装有位于后部的射钉器，前部的绳索箱安装在前部的射钉器安装板的后侧，后部的绳索箱安装在安装板一的前侧。

本发明还提供了一种无人机除爆装置的使用方法，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长钉固定位置，并在图像上进行标记；

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，同时滑轮相对压在绳索表面，启动滑轮电机转动滑轮，所述排爆平台下滑；

步骤4、所述排爆平台被所述长钉末端阻碍时，启动电动夹爪，一方面通过夹头夹紧绳索，另一方面通过卡接门与长钉卡接固定；

步骤5、操控排爆机械手取下爆炸物放入防爆箱；

步骤6、防爆箱关闭后逆向启动滑轮电机将所述排爆平台收回，再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。

本发明具有如下优点：通过本申请提供的无人机除爆装置，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。长钉位于爆炸物的四周，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。

排爆平台下降时通过滑轮电机对滑轮的转速进行控制能保证平台的稳定性，对于各个长钉的绳索长度不等时也能通过对各个滑轮移动距离的独立调节实现排爆平台与设置爆炸物表面的平行，并能控制排爆平台的移速避免造成较大冲击。

当排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为本发明中排爆平台的结构示意图。

图3为另一视角下本发明中排爆平台的结构示意图。

图4为本发明中前部的射绳枪的结构示意图。

图5为本发明中后部的射绳枪的结构示意图。

图6为本发明中滑行腔室的剖视图。

图7为图6所示结构中夹紧机构和卡接门的结构示意图。

图8为本发明中伸缩梁的内部结构示意图。

图9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、滑轮，453、滑轮电机，454、电动夹爪，455、连接板，456、绳索剪，457、门板，46、排爆摄像头，47、伸缩梁，471、矩形中空梁体，472、可动梁柱，473、齿条，474、齿轮，475、容纳槽，5、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1-9所示，本发明提供了一种无人机除爆装置，包括安装在所述无人机本体1前部的云台摄像头2，还包括射绳枪3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内设有滑轮452、夹紧机构和绳索剪456，所述夹紧机构包括一对夹体451和安装在所述滑行腔室45内侧的电动夹爪454，两个所述夹体451中部相互铰接，所述夹体451上端为相互对应的夹头，所述夹体451下部内侧安装有合起后夹在所述绳索两侧的所述滑轮452，所述电动夹爪454的两个爪端分别通过拨杆连接到对应的夹体451，所述滑行腔室45的底部设有卡接门，所述卡接门通过所述夹体451驱动开闭，所述滑行腔室45下部开口与所述滑轮452之间还设有绳索剪456，所述绳索箱36中的绳索经所述夹紧机构的夹头、所述滑轮452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。

所述夹体451中部设有伸出的凸出部，两个夹体451凸出部通过固定在所述滑行腔室45中的铰轴连接，所述卡接门包括铰接在底部出口两侧的门板457和连接板455，所述门板457彼此相对一侧设有能在闭合后卡紧所述长钉34尾部的卡槽，所述卡接门设有向上伸出的凸板，所述连接板455两端分别铰接到所述凸板的端部和对应夹体451的下端。

凸出部的设置令夹体451中部的铰轴与夹体451侧壁之间有足够的空隙放绳索通过。卡槽具有径向向内凸出的凸出部分，所述长钉34上沿自身方向设有若干道环形凹陷，所述凸出部分卡入所述环形凹陷能更好得固定所述排爆框架，而当夹体451上端张开时又同时打开卡接门让排爆平台4能后升降移动。

一对所述夹体451中至少有一个在侧面安装有滑轮电机453，所述滑轮电机453驱动所述滑轮452转动，所述滑轮452侧面设有容纳所述绳索的限位凹槽，所述限位凹槽内侧和滑轮452侧面均为摩擦面，一对所述滑轮452相互间通过摩擦传动。

所述平台框架包括平板41和伸缩梁47，所述伸缩梁47包括矩形中空梁体471和滑动连接在所述矩形中空梁体471两端的可动梁柱472，所述可动梁柱472的伸出端固定在相应角上的滑行腔室45另一端设有齿条473和容纳槽475，所述矩形中空梁体471的中心安装有齿轮474，两个可动梁柱472以所述齿轮474为中心对称设置，所述齿条473同时与所述齿轮474啮合，所述容纳槽475容纳相对的可动梁柱472上的齿条473，所述中空梁体与所述平板41之间固定连接。

所述齿条473与所述容纳槽475之间设有防止齿条473脱出的限位结构，伸缩梁47的结构能保证即使各个长钉34之间的距离大于中空梁体的长度，也能让伸缩梁47在伸展时实现对称伸展保证平板41基本位于平台框架的中心处，方便平板41与爆炸物5的位置对应。所述滑行腔室45、防爆箱44和机械手轨道42安装在所述平板41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，所述平板41中部设有供所述排爆机械手43伸出的通槽。

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。

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，初始状态下所述夹紧机构的夹头夹住所述绳索出口38下端。

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。

所述射绳枪3、所述云台摄像头2均与所述与无人机的飞控系统相连，所述排爆平台4设有平台控制模块并通过有线或无线方式与所述飞控系统通信，所述机械手轨道42、所述排爆机械手43、所述防爆箱44的箱盖开合装置、所述排爆摄像头46、所述滑轮电机453和所述电动夹爪454均连接到所述平台控制模块并受其控制，四个滑轮电机453可以在平台控制模块的控制下分别运行，不同步运动。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。所述通槽为圆形，所述机械手轨道42为环形布置在通槽外。

本发明还提供了一种用于上述无人机除爆装置的使用方法，包括下列步骤：

步骤1、操控无人机到达接近爆炸物5位置，并通过云台摄像头2发现爆炸物5，无人机的飞控系统计算出长钉34固定位置，并在图像上进行标记。标记依据爆炸物5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，如果有必要也可以让长钉34之间间距稍大于初始状态的伸缩梁47，并要让爆炸物5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5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452相对压在绳索表面，启动滑轮电机453转动滑轮452，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。滑轮452在滑轮电机453驱动下转动时通过粗糙面使其在绳索上移动，滑轮452在夹紧绳索时相互间的轮面也压在一起，转动时通过摩擦面驱动另一个滑轮452同步转动。对于各个长钉的绳索长度不等时也能通过对各个滑轮452移动距离的独立调节实现排爆平台4与设置爆炸物5表面的平行。

步骤4、所述排爆平台4被所述长钉34末端阻碍时，启动电动夹爪454，一方面通过夹头夹紧绳索，另一方面通过卡接门与长钉34卡接固定。当接近爆炸物5时可以通过排爆摄像头46观察判断距离和平板41是否与爆炸物5的安装面平行，从而便于调节并方便将排爆平台4固定稳定。

步骤5、操控排爆机械手43取下爆炸物5放入防爆箱44。排爆摄像头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，滑台带动排爆摄像头46和排爆机械手43一同转动，由于排爆摄像头46和排爆机械手43位于滑台处，因此只要排爆摄像头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6、防爆箱44关闭后逆向启动滑轮电机453将所述排爆平台4收回，再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5运到安全区域。滑轮452运动方式与步骤3相似，此时排爆平台4对绳索产生的阻力较大，因此在设计时需保证此时滑轮452不会打滑，且滑轮电机453能承受此时的负载。同样，回收时也能通过对各个滑轮452移动距离的独立调节实现排爆平台与无人机主体1底部基本平行，提高无人机运输时的稳定性。

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)

1.一种无人机除爆装置，包括安装在无人机本体（1）前部的云台摄像头（2），其特征在于：还包括射绳枪（3）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）内设有滑轮（452）、夹紧机构和绳索剪（456），所述夹紧机构包括一对夹体（451）和安装在所述滑行腔室（45）内侧的电动夹爪（454），两个所述夹体（451）中部相互铰接，所述夹体（451）上端为相互对应的夹头，所述夹体（451）下部内侧安装有合起后夹在所述绳索两侧的所述滑轮（452），所述电动夹爪（454）的两个爪端分别通过拨杆连接到对应的夹体（451），所述滑行腔室（45）的底部设有卡接门，所述卡接门通过所述夹体（451）驱动开闭，所述滑行腔室（45）下部开口与所述滑轮（452）之间还设有绳索剪（456），所述绳索箱（36）中的绳索经所述夹紧机构的夹头、所述滑轮（452）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所述的一种无人机除爆装置，其特征在于：所述夹体（451）中部设有伸出的凸出部，两个夹体（451）凸出部通过固定在所述滑行腔室（45）中的铰轴连接，所述卡接门包括铰接在底部出口两侧的门板（457）和连接板（455），所述门板（457）彼此相对一侧设有能在闭合后卡紧所述长钉（34）尾部的卡槽，所述卡接门设有向上伸出的凸板，所述连接板（455）两端分别铰接到所述凸板的端部和对应夹体（451）的下端。

3.根据权利要求2所述的一种无人机除爆装置，其特征在于：一对所述夹体（451）中至少有一个在侧面安装有滑轮电机（453），所述滑轮电机（453）驱动所述滑轮（452）转动，所述滑轮（452）侧面设有容纳所述绳索的限位凹槽，所述限位凹槽内侧和滑轮（452）侧面均为摩擦面，一对所述滑轮（452）相互间通过摩擦传动。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种无人机除爆装置，其特征在于：所述平台框架包括平板（41）和伸缩梁（47），所述伸缩梁（47）包括矩形中空梁体（471）和滑动连接在所述矩形中空梁体（471）两端的可动梁柱（472），所述平台框架的四角位置各设有一个滑行腔室（45）,所述可动梁柱（472）的伸出端固定在相应角上的滑行腔室（45），另一端设有齿条（473）和容纳槽（475），所述矩形中空梁体（471）的中心安装有齿轮（474），两个可动梁柱（472）以所述齿轮（474）为中心对称设置，所述齿条（473）同时与所述齿轮（474）啮合，所述容纳槽（475）容纳相对的可动梁柱（472）上的齿条（473），所述中空梁体与所述平板（41）之间固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种无人机除爆装置，其特征在于：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所述的一种无人机除爆装置，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，初始状态下所述夹紧机构的夹头夹住所述绳索出口（38）下端。

7.根据权利要求6所述的一种无人机除爆装置，其特征在于：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。

8.一种根据权利要求1-7中任一所述的无人机除爆装置的使用方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤1、操控无人机到达接近爆炸物（5）位置，并通过云台摄像头（2）发现爆炸物（5），无人机的飞控系统计算出长钉（34）固定位置，并在图像上进行标记；

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（452）相对压在绳索表面，启动滑轮电机（453）转动滑轮（452），所述排爆平台（4）下滑；

步骤4、所述排爆平台（4）被所述长钉（34）末端阻碍时，启动电动夹爪（454），一方面通过夹头夹紧绳索，另一方面通过卡接门与长钉（34）卡接固定；

步骤5、操控排爆机械手（43）取下爆炸物（5）放入防爆箱（44）；

步骤6、防爆箱（44）关闭后逆向启动滑轮电机（453）将所述排爆平台（4）收回，再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（5）运到安全区域。

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