CN205272038U - 可视化排爆机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可视化排爆机器人,包括：底盘，置于底盘上的排爆机械手臂，置于底盘上的视频采集装置，连接底盘、排爆机械手臂、视频采集装置的控制装置。本实用新型提供一种可视化排爆机器人，本实用新型通过视频采集装置能及时将现场情况传输到控制装置，再通过控制装置和人机交互模块实现对排爆机器人的无线控制；排爆机械手臂可以确保爆炸物的抓起和运送，也可以根据实际需要对机械手种类进行更换；可调整外形的底盘更加适应复杂的地形，行驶稳定可靠。

Description

可视化排爆机器人

技术领域

一种机器人，特别是一种可视化排爆机器人。

背景技术

随着国际恐怖分子的增加和日益激烈的反恐斗争，排爆机器人的研究逐渐深入，技术日益进步。在国外，适用于多种情况的排爆机器人的研究起步早，目前已进入实用阶段发达国家已广泛应用在国防部门。目前我国对排爆机器人的技术研究仍处于起步阶段，排爆机器人相关的传感器系统、导航定位系统、控制系统及其机械结构设计的技术等远远落后于发达国家。排爆机器人可代替军人到达有危险的环境中，进行现场救援、勘察、搜寻，如探测爆炸物并立即报警、实时传输现场图像、排除和处理爆炸物，它具有小型化、轻量化、适应多种地形、可远程监控、远程遥控等特点，在军事应用领域以及特殊的危险环境中具有广泛和深层的意义。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可视化排爆机器人，本发明通过视频采集装置能及时将现场情况传输到控制装置，再通过控制装置和人机交互模块实现对排爆机器人的无线控制；排爆机械手臂可以确保爆炸物的抓起和运送，也可以根据实际需要对机械手种类进行更换；可调整外形的底盘更加适应复杂的地形，行驶稳定可靠。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

可视化排爆机器人,包括：底盘，置于底盘上的排爆机械手臂，置于底盘上的视频采集装置，连接底盘、排爆机械手臂、视频采集装置的控制装置。

前述的可视化排爆机器人,底盘包括：双层钢化车架，置于双层钢化车架两端的并可调整外形以便适应路面的行走组件，连接于行走组件的电机，连接于电机并根据闭环的PID控制算法控制上述电机的转速相同的编码器，安装于双层钢化车架上并带动排爆机械手臂进行360度旋转的云台。

前述的可视化排爆机器人,行走组件组成有：履带，支撑履带并可调整径向距离的驱动轮、承载轮。

前述的可视化排爆机器人,排爆机械手臂包括：机械臂架，连接于机械臂架的排爆机械手，连接于机械臂架和排爆机械手运动的舵机组件。

前述的可视化排爆机器人,舵机组件组成有：控制排爆机械手夹持、松开物体的第一舵机组，控制排爆机械手进行360度旋转的第二舵机组，驱动机械臂架伸缩和270度回转的第三舵机组。

前述的可视化排爆机器人,视频采集模块包括：设于双层钢化车架上的摄像头托架，设于摄像头托架上的摄像头，驱动摄像头在垂直于双层钢化车架的平面上做270度旋转的舵机。

前述的可视化排爆机器人,控制装置包括：电源，电脑，控制底盘、排爆机械手臂、视频采集装置运行的驱动模块，连接于电源、电脑并驱动驱动模块的Arduino处理器，交互电脑与底盘、排爆机械手臂、视频采集装置之间信息的WIFI接收与发射模块。

前述的可视化排爆机器人,还包括：连接于控制装置的人机交互模块。

前述的可视化排爆机器人,人机交互模块包括：显示视频采集装置实时获得的彩色二维图像的视频通讯窗口，显示WIFI接收与发射模块传回的电机的转速的仪表盘，控制排爆机械手臂和视频采集装置的操控界面。

本发明的有益之处在于：本发明提供一种可视化排爆机器人，本发明通过视频采集装置能及时将现场情况传输到控制装置，再通过控制装置和人机交互模块实现对排爆机器人的无线控制；排爆机械手臂可以确保爆炸物的抓起和运送，也可以根据实际需要对机械手种类进行更换；可调整外形的底盘更加适应复杂的地形，行驶稳定可靠。

附图说明

图1是本发明的底盘的一种实施例的结构示意图；

图2是本发明的排爆机械手臂的一种实施例的结构示意图；

图3是本发明的视频采集装置的一种实施例的结构示意图；

图4是本发明的控制装置的一种实施例的结构示意图；

图5是本发明的PID算法原理示意图；

图6是本发明控制装置的工作流程示意图；

图中附图标记的含义：

1底盘，2排爆机械手臂，3视频采集装置，4控制装置，5电源，6双层钢化车架，7云台，8履带，9驱动轮，10承载轮，11编码器，12电机，13排爆机械手，14机械臂架，15第一舵机组，16第二舵机组，17、18、19第三舵机组，20摄像头，21摄像头托架，22舵机，23Arduino处理器，24WIFI接收与发射模块，25驱动模块。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

可视化排爆机器人,包括：底盘1，置于底盘1上的排爆机械手臂2，置于底盘1上的视频采集装置3，连接底盘1、排爆机械手臂2、视频采集装置3的控制装置4。

底盘1包括：双层钢化车架6，置于双层钢化车架6两端的并可调整外形以便适应路面的行走组件，连接于行走组件的电机12，连接于电机12并根据闭环的PID控制算法控制上述电机12的转速相同的编码器11，安装于双层钢化车架6上并带动排爆机械手臂2进行360度旋转的云台7，作为一种优选，云台7为二自由度云台7，二自由度云台7由舵机、亚克力极和轴承构成，有较大的承载力，很小的转动摩擦力；作为一种优选，电机12为直流电机。

行走组件组成有：履带8，支撑履带8并可调整径向距离的驱动轮9、承载轮10。需要说明的是，履带8由底盘1两端的承重轮和驱动轮9支撑，摩擦力大，有良好的越障性和行驶稳定性，底盘1一端承重轮和驱动轮9总数为6个，适当调整承重轮和驱动轮9的径向位置可改变特种履带8的外形，以适应不同地形。

排爆机械手臂2包括：机械臂架14，连接于机械臂架14的排爆机械手13，连接于机械臂架14和排爆机械手13运动的舵机组件。舵机组件组成有：控制排爆机械手13夹持、松开物体的第一舵机组15，控制排爆机械手13进行360度旋转的第二舵机组16，驱动机械臂架14伸缩和270度回转的第三舵机组（17、18、19）。需要说明的是：第一舵机组15，第二舵机组16，第三舵机组（17、18、19）包括:至少一个舵机；舵机数目根据需要添加。

视频采集模块包括：设于双层钢化车架6上的摄像头托架21，设于摄像头托架21上的摄像头20，驱动摄像头20在垂直于双层钢化车架6的平面上做270度旋转的舵机22。

控制装置4包括：电源5，电脑，控制底盘1、排爆机械手臂2、视频采集装置3运行的驱动模块25，连接于电源5、电脑并驱动驱动模块25的Arduino处理器23，交互电脑与底盘1、排爆机械手臂2、视频采集装置3之间信息的WIFI接收与发射模块24。电脑内设有通讯程序、PC机监控程序、PID算法程序这类内置软件程序。双层钢化车架6上层中部或后方设置视频采集模块，下层放置Arduino处理器23、WIFI接收与发射模块24、驱动模块25和直流电源5。视频采集模块获取的数据和排爆机器人的相关运动参数直接通过Arduino处理器23发出WIFI信号传送给电脑，电脑通过WIFI信号向排爆机器人的Arduino处理器23发送行动指令和接收Arduino处理器23实时传输的视频或底盘1两端的电机12通过解码后获得的转速。Arduino处理器23通过驱动模块25控制排爆机器人，与WIFI接收与发射模块24通过串口连接，在WIFI网络的覆盖范围内接收远程遥控的指令，控制第一舵机组15，第二舵机组16，第三舵机组（17、18、19），以及视频采集模块的舵机。

PID控制算法程序保持双层钢化车架6的两端直流电机12转速相同：具体方法包括：编码器11安装在直流电机12后方，测量转速和转角,把左右直流电机12中编码器11反馈的转速送入Arduino处理器23中，处理器获得直流电机12后方编码器11的电脉冲信号，将其处理成直流电机12的转速信息，计算出两端直流电机12的转速差，根据转速差，进行PID比例调节以增大或减小右直流电机12的功率值，从而达到左右驱动轮9转速一致，并且把两驱动轮9转速值上传给人机交互界面显示。设立一个闭环的PID控制算法，消除两侧特种履带8的转速差。PID算法的指令是：val_you=(float)val_you+(rpm1-rpm2)*0.4;式子中rpm1是左直流电机12的转速；rpm2是右直流电机12的转速；val_you是有直流电机12的PWM功率值。左右直流电机12的转速差乘以比例因子0.4叠加到上一次PID计算得到的val_you，得到当前右直流电机12PWM功率值val_you。若左直流电机12转速rpm1比右直流电机12转速rpm2要低，则从算式中可知，会自动减小右电机12功率值val_you，通过循环执行PID控制程序，以达到两直流电机12转速一致的目的。图3中R(T)为系统指定值即左右直流电机12的转速，当编码器11将直流电机12的电脉冲信号输入PID控制系统，通过系统指定值R(T)，计算出系统偏差E(T)，再通过比例(P)环节、积分(I)环节、微分(D)环节的计算，在短时间内输出实际输出量C(T)，即需增加或减小的右电机12的功率值。

可视化排爆机器人,还包括：连接于控制装置4的人机交互模块。人机交互模块包括：显示视频采集装置3实时获得的彩色二维图像的视频通讯窗口，显示WIFI接收与发射模块24传回的电机12的转速的仪表盘，控制排爆机械手臂2和视频采集装置3的操控界面。操作界面可操控第一舵机组15，第二舵机组16，第三舵机组（17、18、19），以及视频采集模块的舵机22的旋转角度，进而操控排爆机械手臂2和摄像头20，同时使排爆机械手13、机械臂架14归位。

本发明提供一种可视化排爆机器人，本发明通过视频采集装置3能及时将现场情况传输到控制装置4，再通过控制装置4和人机交互模块实现对排爆机器人的无线控制；排爆机械手臂2可以确保爆炸物的抓起和运送，也可以根据实际需要对机械手种类进行更换；可调整外形的底盘1更加适应复杂的地形，行驶稳定可靠。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.可视化排爆机器人,其特征在于，包括：底盘，置于上述底盘上的排爆机械手臂，置于上述底盘上的视频采集装置，连接上述底盘、排爆机械手臂、视频采集装置的控制装置。

2.根据权利要求1所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述底盘包括：双层钢化车架，置于上述双层钢化车架两端的并可调整外形以便适应路面的行走组件，连接于上述行走组件的电机，连接于上述电机并根据闭环的PID控制算法控制上述电机的转速相同的编码器，安装于上述双层钢化车架上并带动上述排爆机械手臂进行360度旋转的云台。

3.根据权利要求2所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述行走组件组成有：履带，支撑上述履带并可调整径向距离的驱动轮、承载轮。

4.根据权利要求1所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述排爆机械手臂包括：机械臂架，连接于上述机械臂架的排爆机械手，连接于上述机械臂架和排爆机械手运动的舵机组件。

5.根据权利要求4所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述舵机组件组成有：控制上述排爆机械手夹持、松开物体的第一舵机组，控制上述排爆机械手进行360度旋转的第二舵机组，驱动上述机械臂架伸缩和270度回转的第三舵机组。

6.根据权利要求2所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述视频采集模块包括：设于上述双层钢化车架上的摄像头托架，设于上述摄像头托架上的摄像头，驱动上述摄像头在垂直于上述双层钢化车架的平面上做270度旋转的舵机。

7.根据权利要求1所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述控制装置包括：电源，电脑，控制上述底盘、排爆机械手臂、视频采集装置运行的驱动模块，连接于上述电源、电脑并驱动上述驱动模块的Arduino处理器，交互电脑与底盘、排爆机械手臂、视频采集装置之间信息的WIFI接收与发射模块。

8.根据权利要求7所述的可视化排爆机器人,其特征在于，还包括：连接于上述控制装置的人机交互模块。

9.根据权利要求8所述的可视化排爆机器人,其特征在于，上述人机交互模块包括：显示上述视频采集装置实时获得的彩色二维图像的视频通讯窗口，显示上述WIFI接收与发射模块传回的电机的转速的仪表盘，控制上述排爆机械手臂和视频采集装置的操控界面。