排爆机器人设计
机械系统设计 反恐防爆机器人 华北电力大学 戴庆辉
反恐防爆机器人设计说明书spongeyi二〇一三年五月前言目前，世界上有案可查的恐怖组织有一千多个。
随着高科技的发展运用，恐怖分子也采用高科技手段为其恐怖活动服务，制造并使用具有大规模杀伤力武器的危险性进一步增大，各式各样的炸弹袭击更是层出不穷。
各国政府迫切需要一种能对抗武装分子、拆除炸弹、保护人员财产的机器人，反恐防爆机器人于是应运而生。
本文按照先进系统设计的理论，提供了一种反恐防爆机器人的设计方案，从产品规划、概念设计、工业设计、工艺设计、试验、试制、使用、改进设计、产品报废、成本价格等方面进行全面考虑，以期达到设计方案和全程优化目标。
本设计方案参阅了国内外诸多学者和专家的文献，正是由于他们的潜心研究与实践，才构筑了本方案丰富的内容基础，作者在此特别感谢文献作者的学术贡献。
同时也要感谢指导老师戴庆辉教授对于方案的指导！限于时间和水平，设计方案难免有不妥之处，欢迎读者批评指正。
作者2013年5月目录第1章反恐防爆机器人的需求设计 (1)1.1 调查研究及产品规划.....................................................................................错误！未定义书签。
1.2 需求识别及建立产品规格.............................................................................错误！未定义书签。
第2章反恐防爆机器人的概念设计 (2)2.1 功能设计 (2)2.1.1 总功能设计 (2)2.1.2 分功能设计 (2)2.1.3 “黑箱法”表示功能 (2)2.2 原理设计 (3)2.2.1功能分解 (3)2.2.2形态学矩阵求解方案 (3)第3章反恐防爆机器人的方案评价 (4)3.1 评分法评价 (4)3.2 技术经济法评价 (5)3.3 模糊综合评价法评价 (6)第4章反恐防爆机器人的总体方案........................................................................错误！未定义书签。
基于单片机自动排爆机器人研究设计
基于单片机自动排爆机器人的研究与设计摘要：该文以mcs-51单片机为控制核心设计了一个能够完成自动排除可疑爆炸物的机器人装置，该设计结构简单，采用模块化的设计方法，像搭积木一样完成了机器人的硬件制作，同时应用顺序控制方法实现了在规定区域内寻找可疑物品并将其带离危险区，设计构思新颖，具有较强的实际应用价值。
关键词：自动控制循迹单片机中图分类号：tp242 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2012）12（a）-00-02电子技术的发展为人类活动开辟了广阔的空间，使人们可以探索许多未知的领域，未知领域的危险性是不可预料的，应用电子技术研究制造某些使之具有人类的某些感觉和知觉功能的机器人，可以为人类活动的安全提供保障。
该文设计并制作了一个能自动进入危险现场排除危险品的简易排爆机器人，能够在感全区检测机器人的活动，找到可疑的危险物品，并带离危险区。
1 设计要求（1）机器人从安全区域启动，按指定路线运行，自动区分直线轨道和弯路轨道，在指定弯路处拐弯，实现灵活前进、转弯、倒退等功能。
进入直径为1 m的圆形危险区找到任意放置的可疑铁磁材料薄片。
整个搜索和转移过程中机器人除探头和机械手外均不得接触边线和可疑铁磁材料薄片。
（2）机器人完成运行任务后，将其搬移自动返回出发起点。
整个过程不超过5 min。
搜索路线如图1所示。
（3）具有声、光报讯功能，用以区分运行状态。
（4）具有无线数据传送功能，将机器人运行状态及计时数据传送到自制的接受显示装置放置在现场便于观察处。
图1 现场示意图2 可疑物品搜寻的算法研究通过对设计题目的分析，要求排爆机器人能够在直径为1 m的圆内搜寻可疑物品，这对机器人的搜寻路线提出了要求，即能够在规定的时间内完成整个危险区的搜寻，不能有死角，找到可疑物品，并且把它拾起来送到起点。
由于对机器人的尺寸限制，在圆内又无轨迹可循，因此要求对机器人行走的路径进行分析运算，以便按要求完成任务。
雪豹20排爆机器人
雪豹20
新一代排爆机器人，用于代替人工在危险区域进行危险物搜索和排除，减少人员伤亡。
机器人能适应野外恶劣环境，能够抓取15公斤可疑物，放置带线引爆装置；能通过更换专用手抓实现不同形状目标的抓取。
技术指标
全重：200kg
连续工作时间:>2h
最大行驶速度：3km/h
越障能力：0.15m
爬坡能力：30
最大遥控距离：1000m
最大抓取重量:15kg
机械臂最大展长:1.8m,
摄像头方向视界：360℃
工作温度：-20℃—50℃
体积：1.75m*0.72m*0.7m
主要特点：
四自由度手臂关节，操纵更简单。
越野性能强，能够适应草原、戈壁、碎石地、水泥地等多种地形环境
防尘防水等级达到IP53；可在-20℃～+50℃的温度、湿度≤80%的环境中正常工作。
具备手臂末端控制、手臂自动折叠
防车体倾斜、防误操作、导航修正、自动避障等功能。
采用模块化设计，手臂等关键部件可快速更换。
机械臂末端具有可更换接口，可根据要求安装相应的作业器械或辅助工具。
遥控终端人机界面友好，具有触摸屏、控制面板按钮两套输入模式，操控方便。
博创排爆机器人Raptor
排爆机器人Raptor-EOD
排爆机器人的介绍：Raptor-eod机器人是北京博创集团开发的一款中型特种排爆排险机器人，用于处置各种突发涉爆、涉险事件。
代替以往人工排出可疑爆炸物及在危险品搬运过程中对操作者带来的危险，该机器人具备大型排爆机器人的基本功能，体积小、重量轻，便于更快的在突发事件中部署与执行任务。
相对大型排爆机器人具有更广阔的适应性，已装备全国多地公安武警部队。
详细说明:
● 外形紧凑，长约0.8米，宽约0.5米，可以在会场过道、飞机机舱中自如活动，在各种大型机器人
无法进入的狭窄环境中执行任务
长宽高：820X480X650mm
重量： 38kg(底盘) / 57kg(全配置)
最大负载：不低于20kg
最大爬坡角度：不小于30度
最大越沟宽度：不小于200毫米
机械手最大夹持宽度：200毫米
机械手最大抓持重量：收起时不小于5kg 平伸不小于1.5kg
运动灵活,最高速度30米/分钟
3台CCD摄像机，其中一台具有10倍光学变焦
满负荷连续工作2小时以上
有线/无线控制自由切换
可以在各种地形环境工作，包括楼宇、户外、建筑工地，会场内，机舱内、甚至坑道、废墟。
灵活的4关节机械手可以轻松处置藏于汽车底部的可疑物品。
自带照明，在黑暗中操作时可以准确分辨物体颜色及位置。
●丰富的选配件
可附加摄像机，喊话器，放射线探测器，毒品探测器，散弹枪，各种水炮枪，探照灯等。
模块化设计，电池可在2分钟内快速更换
遥控/线控可选。
遥控距离100-300米，线控距离50-100米。
排爆机器人
排爆机器人
品牌：浦喆
指标：
一、行走装置
1．仰角履带式行走，仰角33°
2．四轮双驱动
3．具有前进、后退、转弯、爬坡、爬楼梯等功能，可以在各种地形环境中工作，包括楼宇、户外、建筑工地，会场内、机舱内、甚至坑道、废墟。
4．运动灵活，行走速度：37米/分钟
二、工作装置
1．二臂杆4+1自由度
2．机械手360°无卡阻旋转，开合距离 230毫米
3．腰转（水平旋转）±120°
4．手臂伸展长度1.1米，最大抓重10公斤以轻松处置藏于汽车底部的可疑物品。
机械手上直接架设水炮枪，任务处置更灵活。
三、视频系统
1．一个两自由度（水平360°无卡阻，上下-45°~+120°）云台彩色调焦摄像机，二个低光（彩转黑）定焦摄像机
2．12.1″彩色液晶显视器
3．单画面切换
四、控制系统
1．上位机控制箱面板操作
2．无线和有线控制，两种方式可选。
3．操控距离100米，有线电缆卷筒手动收放线
五、水炮枪（选配）
1．口径38毫米
2．双路激光瞄准
3．双路减震器
4．电起火操控
六、外形尺寸：长1050毫米×宽520毫米×高720毫米
七、电源：DC24V、锂电池、配充电器。
微小型无线排爆救援机器人系统设计
２ 微小型无线排爆救援机器人Fra bibliotek制 系统分析
微小型排爆救援机器人控制系统结构主要分为三部分 ． 即机械臂 控制 系统 、 行走 机构控制系统及无线 收发控制系统 ． 以下分 别从这 三 方面进行分析 。 机器手臂使用 ３ 路控制器来控制机器手臂 的运行动作 ．控制器 ２ 采用 ａ ｇ １８ＭＣ ｔ ａ６ Ｕ和 电脑 Ｒ ２ ２串 口通 讯 ． 同 时 控 制 ３ ｍｅ Ｓ３ 可 ２个伺 服 电机 ． 双电源供电（ ～ ２ ６ １ｖ单 片机供 电 ．盘～ ｖ伺 服电机供电 ． ４ ６ 伺服 电 机供 电分别设有 １ １ — ６路和 ｌ— ２路供电端 口） ７３ ．同时还设有 ｗ —ｉ ｉｆ无 线控制模块 ． 留 ［Ｐ下载 口． Ｓ Ｋ ０ Ｓ 预 Ｓ 用 Ｔ ５０ＩＰ下载线便 可以 Ｆ载 ＭＣ Ｕ 控制 程序． ． 电路板正面有 个 电源输人 口． 中间为单 片机 电源输入端 ． 电压 稳定在 ５ 因此输入的电压在 ６ ｖ． ｖ到 １Ｖ之间即可 ２ 、两侧分别供 应１ ６路伺 服电机 ． 输入电压在 ４８ ６ ． Ｖ～ Ｖ之间 上位机操作界 面友好 ． 使用方便 ， 控制手臂操作过程主要分 为五个 步骤 ：１ 端 口的连接 和设 （） 置 ；２ 通道 的控制 ；３ 操作选项 ；４ 指令库 ；５ 速度调节 和间隔时 （） （） （） （） 间调节 ． 同时 ． 也可 以用 串Ｅ精灵进行调试 ｌ 伺服 电机 的规格 、 参数说 明如下 ： １ 电机为 １ｋ （） ２ ｇ金属齿轮伺 服 电 机 。 尺 寸 ：０４ ｌ ． ３ ｍ 重 量 ：８ ； 度 ： ２ｅ／０ ； 出 力矩 ： ４ ． ９８ ６ ｍ； ｘ ｘ ４ｇ速 ０２ ｓｃ６ 。输 １ ｋ ・ｍ；２ ３２ｇ伺 服 电 机 （ 端 执 行 器 ， 械 手 电机 ） 尺 寸 ：９５ ３ ｇｃ （ ） ． ｋ 末 机 ： ３ ．×
大型排爆机器人技术分析
2 大型排爆机器人结构设计
（1）机械系统。①车体结构。车体是保障排爆机器人能 够完成行走功能的重要部分，车体能够根据大型排爆机器人的 工作环境与地形，改变前臂、后臂的形态，避免在越障、过沟 时对手臂造成破坏，影响正常使用。同时，车体还能根据地形 的倾角测量车体仰俯幅度，并向远程操作人员提供相应提示， 避免对系统造成损坏[1]。②机械手结构。机械手是排爆机器人 进行作业的主要部位，在垂直方向上具有较大的力量，使得系 统具有较强的适应性。腰、大臂、小臂是为机械手提供力量的 主要部位，提供垂直、平行、摆动方向的力量。在设计时，主 要是对大、中、小臂以及手爪进行设计，由腰部提供主要力量 来源，其中，大臂与中臂采用的是电动推杆进行连接，可有效 减少推程，并保证排爆机器人能够抓取重量较大的目标物体。 当机械手在抓住目标物体后，手腕便不动了，并在推杆的作用 下，将物体抛出，极大地减少电机能耗。手爪部位采用的是四连 杆机构，该机构可保证机械手在断电后不会松手，且保证手爪末 端在抓取物体时始终保持平行状态，当遇到圆形物体时，又会抓 换成菱形结构，增强机械手的适应性，有利于提升排爆机器人的 整体性能。
前言
恐怖活动成为制约现今世界和平与经济发展的关键因素， 在西方发达国家，排爆机器人技术已经趋于成熟，而我国对于 该设备的研制与投入较少。在反恐形势逐渐严峻的背景下，大 型排爆机器人成为科研领域的重点内容。因此，加强对大型排 爆机器人技术的研究与应用，对增强我国反恐能力、保障人民 生命财产安全，具有十分重要的现实意义。
排爆机器人控制系统设计及其网络化
・
１ ６－ ６
《 机床 与液压》２ ０ Ｎｏ ３ ０６ ．
．
排爆机器人控制 系统设计及其网络化
袁彬悠 ，肖炎
（ 南理 工 大学机械 工程 学院 ，广 东广 州 ５ ０４ ） 华 １６０
小 车的行走 控制需 要 进行 “ 路径规划” 以实现小车避 障和向 目标 物 （ 可疑爆 炸物 ） 靠近 ，而机械 手的运 动控制需 要进行 ‘ ‘ 轨迹规划 ， ，以避 开
。
摘要 ：介绍 了排爆机器人控制系统 ，该系统可分为小车 的行走控制和 机械手 的运动控制 两部分
障碍物实现避碰 ，顺利抓取 、搬 运 目标 物。此 机器 人控 制系统是开放式 系统 可以显示现场机器人手爪 、目标 物 、障碍 物。 关键词 ：排爆 机器 人 ；控制 系统 ；网络化 中圈分类号 ：Ｔ ２４ Ｐ ２ 文献标识码 ：Ｂ
，
实现 了智能化和 网络化 。远程管理 机房 电脑
文章编号 ：１０ ３ ８ ２ ０ ）３—１６— ０ １— ８ １（ ０６ ６ ２
．
０ 引言 排爆机器人属于搬运机器人的一种类型 ，很多搬
运机器人是模仿人类的动作 ，用来帮助或部分 代替人
的空Ｉ 姿态从 而达到整机平衡 而不至于倒覆 。例 如当
能 （ 模式识别 、路径规划 、轨迹 避碰 等 ） ；机器人 手 臂补间器生成与解析 ； 自动运行控制 。
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小 车在斜坡作上升运 动时 ，机器人手臂往前靠 以保持 整机 的平衡 。小车在运动过程 中需要避开可能遇到 的
排爆机器人机械臂控制系统设计
排爆机器人机械臂控制系统设计摘要：如何处理战场上散落的未爆炸的弹药、战争中遗留的弹药以及恐怖分子放置的遥控炸弹和实验靶场上的未爆炮弹，一直是非常棘手的问题。
排爆机器人的研制与开发可以使人员在安全距离内不直接接触爆炸物，从而安全排除炸弹隐患。
基于此，本文主要对排爆机器人机械臂控制系统设计进行分析探讨。
关键词：排爆机器人；机械臂；控制系统设计1、前言排爆机器人是指能代替人到不能去或不适宜去的有爆炸危险的环境中，直接在事发现场进行侦察、搬运和处理爆炸物及其他危险品的机器人。
当排爆机器人移动到距离爆炸物较近距离时，后方操作人员控制机械臂接近爆炸物。
当排爆机器人进入最佳工作位置时，用机械臂接近爆炸物，根据现场情况决定是利用水炮枪将爆炸物击毁，还是利用机械臂手爪将爆炸物搬离现场后再处理。
2、排爆机器人机械臂控制系统硬件设计依据图1设计方案，机械臂控制系统包含三大模块：电源模块、主控制器模块、协处理器模块。
图 1排爆机器人机械臂控制系统原理图2．1电源模块设计电源模块在整个控制系统中的作用非常重要，它直接决定整个系统的可靠性。
在整个控制系统中，CPU板、接插件板、协处理板、电机驱动器、数传及视频无线台等的供电都来自锂电池+40V直流电压输入，经稳压递减得到24V、12V、5V、3．3V等所需电压。
笔者在第一级稳压电路输入插座后增加了1个稳压管进行过压保护，1个瞬态抑制二极管用以防止外部电源串扰。
24V电压一路供机械臂驱动器、底盘驱动器、云台驱动器等需要24V的电路，另一路经DCDC稳压模块转换为12V电压。
12V电压一路供传感器接口电路、视频接口电路、视频无线台、数传无线台等电路，另一路经DC-DC稳压模块转换输出5V电压供需要的芯片。
主控制器与协处理器绝大部分的芯片需要3．3V电压，该电压由相关DC-DC稳压模块转换获得。
由于电源系统是采用递减稳压，前级工作时产生的干扰信号很有可能通过电源对下级产生干扰。
为保证各级电源可靠工作，必须强化各级的前后滤波，使干扰降到最小。
机器人控制系统设计
机器人控制系统设计机器人控制系统设计是机器人研发的关键环节之一。
一个优秀的控制系统可以确保机器人能够准确地感知环境、自主决策、有效地执行任务，提高机器人的整体性能和智能化水平。
本文将从以下几个方面探讨机器人控制系统设计。
一、引言随着人工智能技术的不断发展，机器人已经广泛应用于生产、生活、医疗等诸多领域。
机器人控制系统是机器人的核心部分，它负责接收传感器输入的信息，根据预设的程序或算法进行处理，并产生相应的控制信号，以控制机器人的行动。
因此，设计一个性能优良的机器人控制系统，对于提高机器人的智能化水平和工作效率具有至关重要的意义。
二、系统架构机器人控制系统的架构通常包括以下几个主要组成部分：1、传感器接口：用于接收来自传感器的信息，包括环境感知、自身状态等传感器数据。
2、信息处理单元：对接收到的传感器数据进行处理和分析，提取有用的信息以供控制系统使用。
3、决策单元：根据信息处理单元输出的信息，做出相应的决策和控制指令。
4、执行器：接收决策单元发出的控制信号，驱动机器人执行相应的动作。
5、电源管理单元：负责整个控制系统的电源供应，确保系统的稳定运行。
这些组成部分通过一定的通信协议和接口相互连接，形成一个完整的控制系统架构。
三、算法设计机器人控制系统的算法设计是实现系统功能的核心环节。
根据不同的控制需求，需要选择和设计合适的算法。
以下是一些常用的算法：1、决策算法：根据机器人的感知数据和预设规则，做出相应的决策和控制指令。
常见的决策算法包括基于规则的推理、模糊逻辑等。
2、路径规划算法：在给定起点和终点的情况下，计算出机器人从起点到终点的最优路径。
常用的路径规划算法包括基于搜索的方法（如A*算法）、基于网格的方法（如Dijkstra算法）和基于启发式的方法（如遗传算法）等。
3、运动控制算法：根据机器人的运动学模型和动力学模型，控制机器人的运动轨迹和姿态。
常用的运动控制算法包括PID控制、鲁棒控制、自适应控制等。
一种排爆作战一体化机器人的设计
一种排爆作战一体化机器人的设计仲隆健;赵宇萌;刁振霖;张国恒【摘要】设计了以履带式移动平台作为载体基础的机器人，通过搭载作业手臂和子弹发射平台，该机器人可以在完成排爆任务的同时拥有作战能力。
通过对机器人系统总体构架、硬件组成、软件设计三个方面进行分析和设计，使机器人能够达到协调、快速、准确地完成指定设计要求。
实验数据表明，该机器人能够完全实现设计要求。
%Design of the tracked mobile platform as basis vectors of the robot,powered by working arm and bullet launch platform,the robot can be in complete EOD tasks at the same time and have combat capability.By analyzing and researching on the overall design,hardware composition and soft-ware design of the robot system,the robot can achieve the purpose of coordination,rapid and accurate work.Experimental and data results showed that the robot could achieve the design requirements completely.【期刊名称】《西北民族大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(036)004【总页数】5页(P10-13,41)【关键词】排爆作战机器人;作业手臂;发射平台【作者】仲隆健;赵宇萌;刁振霖;张国恒【作者单位】西北民族大学电气工程学院，甘肃兰州 730030;西北民族大学电气工程学院，甘肃兰州 730030;西北民族大学电气工程学院，甘肃兰州 730030;西北民族大学电气工程学院，甘肃兰州 730030【正文语种】中文【中图分类】O411.3;TP242排爆兼作战功能的机器人是一种从事排爆、防爆、安全等工作的综合性机器人，所以对其各方面改善与创新都是极具研究和应用价值的.对于排爆作战一体化机器人而言，随着科学技术的不断进步与发展，对它的研究与应用也会更广泛化、智能化、多功能化，在未来的反恐安全等方面将会起到越来越重要的作用.目前，对于排爆机器人的研究，不仅创新上有突破，而且在整体结构的设计及优化方面也取得很大进展[1～2].随着机器人技术发展，经研究发现，履带式机器人能够更好地适应地面的变化，具有良好的自复位和越障能力，所以采用履带式移动平台作为排爆机器人作业手臂和作战器械的载体[3～4].机器人的作业手臂和作战器械的协调工作也是很重要的，不仅要考虑作业手臂和作战器械结构上的合理度、协调度，更要考虑人与机器人之间正确无误的通信.通过通信控制机器人的各种动作，特别是由排爆机器人的作业环境和作业特点决定的准确的、远距离无线通信的成功实现便成为排爆机器人研制中尤为重要的一部分[5～8].本文以履带式移动平台为基础，对兼具排爆和作战功能的机器人进行总体设计研究.1.1 设计要求排爆作战一体化机器人的基本设计要求是能够实现上位机的远程实时控制、无线通信技术以及系统的集成.采用远程控制和无线通信等技术可以使机器人能够自动避开障碍物，加上履带式移动平台作为机器人的载体基础可以使机器人能够更好地适应山地等复杂环境.通过搭载作业手臂灵敏的动作，可以对危险物进行及时排除，从而完成排爆任务.增加的子弹发射平台则可以在必要时通过发射子弹，实现作战的目的.1.2 实现功能排爆作战一体化机器人的工作过程为从上位机端通过控制按钮发送命令给路由端串口转发软件，由此串口转发软件发送TTL信号给单片机.单片机会有两个控制方向：一是进入自动运行状态，同时舵机带动超声波模块旋转测距，这样在行驶过程中进行避障行驶；二是远程控制开关车灯，同时可以控制前进、后退、左转、右转、停止功能.整个过程中，摄像头将实时环境画面传回到上位机端，供操作者操纵机器人的动作.2.1 机械部分设计与实现本设计机械部分主要由履带式移动平台、作业手臂和作战器械三部分组成.履带式移动平台能够更好地适应地面的变化，具有良好的自复位和越障能力.同时，履带式移动平台增加了自身的稳定性，在作业手臂和作战器械动作时，可以保证自身的稳定，减少不良影响.作业手臂是排爆机器人最关键的部位.作业手臂由肩关节、大臂、肘关节、小臂、腕关节、手腕、手抓几部分组成，以舵机作为关键节点，可以实现较大空间自由度，并且容易控制，使作业手臂更加灵活，作业更加准确，从而达到整个作业手臂的灵敏性、准确性，使得各部分达到协调工作的目的.作战器械部分采用双管弹射装置发射子弹，此装置利用大扭矩电机获得较大弹性势能后通过特定装置释放势能将子弹打出，发射距离在10 m以上，在云台上搭载发射枪架和摄像头.通过枪架作为发射炮弹的载体.用到的枪架可以随着云台进行180度的旋转，同时枪架也可以从水平射击方向变为垂直射击方向.以便应对各个方向的情况.而摄像头则会通过无线传输随时把机器人所处的环境情况传回上位机，给操作人员提供有效的数据，以便决定作战计划.在性能上，此作战器械能够实现远程控制打击和快速的反应能力.2.2 硬件电路设计与实现硬件电路包括控制电路、检测与传感电路和通信电路三大部分组成，其电路原理如图1所示.控制器核心采用STC11F32EX单片机[9] 实现，用舵机模块实现机械臂的转动，WiFi模块实现数据通信功能，摄像头采集信号，还需要有左右轮电机驱动装置、发射装置电机、车灯模块.其中，舵机模块、WiFi模块、驱动装置以及车灯模块都是直接与单片机通信.摄像头的USB口与WiFi模块的USB口连接，通过控制伺服驱动带动左轮、右轮电机和发射装置电机，实现控制功能.微控制器STC11F32XE单片机自带32 K Flash、1280字节SRAM，与传统51单片机相比，具有低功耗、强抗干扰、超强加密的特点，支持1T模式和IAP技术，29 K EEPROM空间可用于保存用户数据；具有独立的波特率发生器，内部集成高可靠复位电路，特别适合高速通信、智能控制、强干扰场合并且成本较低.综合排爆机器人可能要适应各种环境等因素后，决定以此作为机器人的主控制器.数据通信采用WiFi模块，作为控制端和被控对象的桥梁，它有两个功能；一是把摄像头采集的视频数据帧发到上位机；二是接收上位机的控制命令，通过TTL串口将数据给下位机.电路中测距采用HC-SR04超声波模块，能够感测距离在2 cm～400 cm间的障碍物，精度能达到3 mm.机器人通过搭载此模块随时返回与障碍物的距离，在非自动运行状态下，当距离达到机器人原地转向的半径50 cm时，开启自动避障.整个软件系统主要分为下位机动作控制部分和上位机用户界面两个部分.上位机控制端目前成熟的产品比较多，在此不做过多讨论.下位机动作控制程序主要是通过预定协议协调各个模块，最终完成动作要求.控制端由上位机(PC或者手机)控制.上位机通过无线传输把控制协议发送到路由端，将路由器的TTL口接到单片机上对应的串口上，单片机就可以把上位机发过来的指令进行解析，通过判断指令，然后将自身的某些引脚电平以拉高或拉低方式告知各执行模块.程序设计流程图如图2所示.排爆作战一体化机器人实物如图3所示.通过对上述设计的搭建，最终使机器人在工作性能上达到了预想的效果.该机器人关键性能实验数据有两个，即命中率和成功率.射击的准确度，用命中率表示：命中率=(命中数量)/(射击总发数).实验是在距目标距离为10 m处的一个固定位置、实验电压为12 V、同一弹种，每组射击数量为10发.排爆的成功率定义为：排爆成功率=(成功次数)/(总测试次数).每次从机械手动开始计时，到完全夹住爆炸物离开地面为止，时间超过两分钟即为不成功.实验是在爆炸物位置不变、实验电压为12 V、操作人不变、模拟爆炸物为同一个物体，每组测试次数为10次，从机械手运动开始计算，时间超过40 s为排爆不成功.在草坪和山地环境条件下命中率实验和排爆成功率实验数据分别如表1和表2所示.经实地测量验证表明，该机器人在草坪和山地两种环境下命中率及排爆成功率相差不大，且命中率和排爆成功率较高，这表明机器人在较好完成作业性能的同时，对环境的适应能力也较强.设计的这种以履带式移动平台作为载体基础的机器人，通过搭载作业手臂和子弹发射平台，该机器人可以在完成排爆任务的同时拥有作战能力.该机器人能够达到协调、快速、准确地完成指定设计要求.实验数据表明，该机器人在草地和山地环境中都能够很好地完成排爆作战任务.[1] 刘强，张铁，李琳等. 排爆机器人结构设计及其优化[J].机电工程技术,2004,33(3):61-62.[2] 袁彬悠，肖炎. 排爆机器人控制系统设计及其网络化[J].机床与液压, 2006，(3)：166-167.[3] 陈淑艳，陈文家. 履带式移动机器人研究综述[J].机电工程,2007,24(12):109-112.[4] 莫海军，朱文坚.履带式移动机器人越障稳定性分析[J].机械科学与技术,2007,26(1):65-67.[5] 张洁，孟浩，王杰.排爆机器人机械臂运动控制研究[J].滁州学院学报,2014,16(2):39-42.[6] 李健、许旻、杨杰.排爆机器人手臂的研制及运动学分析[J].机械与电子,2009，(3):66-68.[7] 王星，向立莉，梁杰申.排爆机器人中的通信实现[J].微计算机信息,2007，23(4-2):270-272.[8] 王春宝，蒋梁中，林焯华.排爆机器人控制与无线通信系统[J].微计算机信息,2007,23(3-2):240-243.[9] 宋戈，黄鹤松，员玉良等. 51单片机应用开发范例大全[M].北京：人民邮电出版社， 2012.06.。
基于计算机视觉的排爆机器人设计
Ｍａ ．，２ １ ｒ ０２
文章编号 ：６ ２— ５ ８ ２ １ ） １ ０ ５ ０ １７ ２ ５ （０ ２ Ｏ — ０ ８— ５
基 于计 算 机视 觉 的排 爆 机器 人设 计
吴 杰 ， 尔文 ， 凤 唐 伟
２ １６ ） １１７ （ 南京工程 学 院 自动化 学 院 ， 苏 南京 江
摘
ｔａ ｋｎ ｆ ｔｅ ｃ ｍｅ ａ ｈ ａ ｓ ｎ ｒ ｎ ｍｉ ｔ ｅ ｍａ ｅ ｉ ｆｒ ａｉｎ ｏ ｈ ｅ ｄ ｄ ｅ ｐ ｏ ｉｅ ． Ｔ ｉ ｅ ｈ ｏ ｏ ｎ ｂ ｅ ｒ ｃ ｉ ｇ ｏ ｈ ａ ｒ ｅ ｄ ａ ｄ ｔａ ｓ ｔ ｈ ｉ ｇ ｎ ｏ ｔ ｆ ｔ ｅ ｎ ｅ ｅ ｘ ｌ ｓｖ ｓ ｍ ｏ ｈｓ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ａ ｌｓ ｔ ｙ ｏ ｅ ａｏｓ ｔ ａ ｉ ｎ ａ ｉ ｌ ｅ ｖ ｘ ｌｓｖ ｓ ｐ ｒ ｔ ｒ ｅ ｓｌ ａ ｄ ｒ ｐ ｄｙ ｒ ｍｏ ｅ ｅ ｐ ｏ ｉｅ ． ｏ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｍｉ ｍｃ ｎ ｒｌ ｒ ｃ ｍｐ ｔ ｒｖｓｏ ； Ｅ ｏ ｔ ｃ ｏ ｔｏｌ ； ｏ ｕ ｅ ｉ ｎ ｅ ｉ ＯＤ ｒｂ ｏ
１ 整 体 结构 设 计
排 爆机 器人 完成工 作需 要机 器人机 械平 台 、 件控 制 电路 及 Ｐ 硬 Ｃ端 上 位机 的协 同工作 ． 总体 结 构示 意
图如 图 ｌ 示． 所
收稿 日期 ： ０ １—１ ２１ ２—０ ； 回日期 ： ０ ２— １ ０ ５修 ２ １ ０ —２
基金项 目： 江苏省大学生实践创新训 练计划项 目（６ ２ １０ ０ ７ １６ ０ １０ １ ） 作者简介 ： 吴 杰， 本科生 ， 研究方向为 自 动化控制技术．
中型排 爆机器 人 等． 排爆 机器人 的排 爆工 作需要 专业 的排爆 人 员操作 ， 排爆 人员 通过排 爆机 器人 实 时传 回 的现场 图像进 行排 爆作 业 ， 以对 采集 图像 的实时性 要 求很 高 ． 所 由于排 爆机 器 人一 直 在 运动 ， 作 人 员很 操 难 不断 调整摄 像 头角度 来跟踪 目标 ， 于是 笔者借 助 于最新 的计算 机视 觉技 术辅 助摄像 头 实时跟 踪 目标物 ， 从 而减 轻 了操作 者 的操 作难 度．
排爆机器人设计项目说明书
排爆设计项目说明书排爆设计项目说明书项目背景：随着恐怖主义威胁的不断加剧，排爆工作的重要性日益凸显。
此项目旨在设计一款能够准确、快速、安全地排除爆炸物的，以保障公众的安全。
目标：本项目的目标是设计一个功能强大的排爆，具备以下特点：1. 可以实时获取并分析附近的环境数据，包括气体浓度、温度等，以提供工作人员准确的信息；2. 具备高精度的移动能力，可以在狭窄的环境中穿行；3. 能够远程操控，避免工作人员直接接触危险区域；4. 整合多种传感器，能够检测并排除各种类型的爆炸物。
主要章节1. 引言1.1 项目背景1.2 项目目标1.3 项目范围2. 需求分析2.1 功能需求2.2 性能需求2.3 可靠性需求2.4 安全需求3. 系统架构设计3.1 软件架构设计 3.2 硬件架构设计3.3 通信设计4. 传感器选择与集成 4.1 气体浓度传感器 4.2 温度传感器4.3 视觉传感器4.4 碰撞传感器4.5 其他传感器5. 机械设计5.1 底盘设计5.2 机械臂设计5.3 结构设计6. 控制系统设计6.1 控制算法选择 6.2 动力系统设计6.3 控制器设计7. 用户界面设计7.1 远程操控界面7.2 数据显示界面8. 测试与验证8.1 功能测试8.2 性能测试8.3 安全性测试9. 项目进度计划9.1 里程碑9.2 任务分工9.3 时间安排附件：1. 技术规格书2. 机械设计图纸3. 控制系统电路图法律名词及注释：1. ：指能够自主执行任务的自动化装置。
2. 爆炸物：指能够产生破坏性冲击波、热能、毒气或碎片的物质，具有爆炸威力。
3. 排爆：指通过技术手段将爆炸物安全地处理或移除的过程。
《德国排爆机器人》课件
04
德国排爆机器人的未来发展
技术创新与升级
自主导航技术
提高机器人的自主导航能 力，使其能够在复杂环境 中独立完成任务。
多模态感知技术
整合多种传感器，提高机 器人对环境信息的感知能 力，增强排爆作业的安全 性。
人工智能技术
应用深度学习、机器视觉 等技术，提高机器人的智 能水平，使其具备更强的 决策和学习能力。
《德国排爆机器人》ppt课件
目录
• 德国排爆机器人简介 • 德国排爆机器人的技术特点 • 德国排爆机器人的使用案例 • 德国排爆机器人的未来发展 • 结论
01
德国排爆机器人简介
定义与功能
定义
德国排爆机器人是一种专门用于 处理爆炸物和危险品的技术设备 。
功能
具备远程操控、自动或半自动排 爆、爆炸物运输和处理等功能。
在跨国联合执法中，德国排爆机器人能够快速、准确地识别和处理可疑物品，提高 行动效率，降低人员风险。
重大赛事安保中的应用
在重大赛事的安保工作中，德 国排爆机器人承担着重要的任 务，确保比赛场地和周边区域 的安全。
在赛前和赛后，德国排爆机器 人对场地进行全面检查，及时 发现和排除潜在的安全隐患。
在比赛过程中，德国排爆机器 人随时待命，应对可能出现的 突发情况，保障赛事的顺利进 行。
通过无线电或有线连接进行远 程遥控，操作简单、响应速度
快。
实时图像传输
配备高清摄像机和实时图像传 输系统，使操作员能够远程监
控现场情况。
自主导航
具备自主导航功能，能够在无 人干预的情况下进行路径规划
和避障。
控制系统安全性
采用加密通信和多级授权访问 机制，确保控制系统安全可靠
。
探测与识别技术
地面排爆排险小型机器人的结构设计
１ 性 ／ 丁 标 分 析 爿４ ａｒ ｌｌ 匕日 ａ： ￣
要使 小型 地 面排 爆 排 险 机器 人 达 到 接近 大型 机
决 定 机 器人 作 业 能 力 的重 要 因素 。 良好 的机 械 手应 能够 完成 抓 取 和 搬运 ，甚 至 开 门 、扭 动开 关 等 多种 任 务 ；其 次 是 侦 查 性 能 ，包括 摄 像 机 数 目、是 否有 变 焦 功 能 、是 否 带 照 明光 源 、是 否 有 夜视 能 力 等 ，
底 部 、铁轨 、废 墟 、建 筑 物 的楼 层 内、城 市 草 地 、 会 场 座 椅 下 、 飞机机 舱 等 非 结构 化 地 形 ， 因此 ， 需 要 小型 排爆 排 险机 器人 具 备 较 强 的地 面适 应 性 能 ， 以顺 利越 过各 种 崎 岖地 形 和 各种 障 碍 物 。所 以，地
运 动 速度 ； 因为 在接 近 爆 炸 物和 转 移 爆炸 物 的 时候 要 尽 可 能 的平 缓 运动 ，所 以还 需 要 有 较好 的低速 性 能 。最 后 是运 动 灵活 性 ，机 器 人在 各 种狭 窄 地 形 的 运 动灵 活性直 接决 定 了其运 动性 能 。
２作业 性能 指标 ． 包括机 械手 性 能、侦查 性能 、 负载 能 力 、连 续 工 作 时 问等 。首 先 ，机械 手 性 能 是
它 决 定着 机 器 人 的观 察 、判 断能 力 ； 再 次是 负 载 能
器 人 的机 械 手作 业 能 力和 地 形 适应 性 ，首 先 需要 分 析 影 响机 器 人性 能 的几个 关 键 指 标和 机 器 人必 须 具
备 的 几项 特 征 ， 因为 指标 数 据 是衡 量 机 器 人性 能 的
置 、作业装 置和其它装置分别进行分析与结构设计 ，完 成一 种具有部分大型 同类机器人性 能指标 、具 备较好地形
简易排爆机器人小车的实现
个 字 符 及 ６ ＊５ ４ ２ ６点 阵 显 示 ＲＡ Ｍ。 可 与 Ｃ Ｕ 直 接 接 口 ， 供 两 种 界 面 Ｐ 提 小 车 由 三 轮 支 撑 。 部 只 采 用 一 个 轮 子 ， 小 了摩 擦 ， 对 来 说 转 来 连 接 微 处 理 机 。本 系 统 利 用 串 行 连 接 方 式 ， 大 量 节 省 Ｉ 口 ， 系 前 减 相 可 ／ Ｏ 使 向更易实现。系统控制容易 ， 于编程操作。 利 统组成相对简单。并且可以同时显示多个数据 ， 足本设计的要求。 满 ２１ ．． 统 原 理 分 析 ２系 ２ ． 磁 材 料 探 测 与 搬 移 模 块 ．４铁 ２ 系 统 主要 分 为控 制 部分 和 信 号 检 测部 分 。 其 中前 者 包 括 ： 疑 磁 可 采 用 电 感 式接 近 开关 检 测 可 疑 铁磁 薄 薄 片 。 金 属 目标接 近 振荡 当
科技信息
０科教前沿 ０
Ｓ ＩＮ Ｅ＆Ｔ Ｃ Ｏ ＯＧ Ｆ Ｒ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ ＹＩ Ｏ ＭＡＴＯＮ Ｎ Ｉ
２０ ０ ９年
第３ ５期
简易排爆机器人小车的实现
刘
星
（ 白城 师 范学 院计 算机 系 吉 林
白城
１７ ０ ） ３ ０ ０
１设 计 任 务 及 要 求 ．
１１基 本 任 务 ．
图 １ 示 意 图
高 ， 时其 尺 寸 小 、 量 轻 、 格 也 低 廉 。 外 围 电 路 简 单 ， 装 起 来 方 同 质 价 安 便 ． 源要求不高 。 电 本方 案 采用 的 是边 线 循 迹 方 式 。 小 车 前 方 两 端 各 在
放 置 两ห้องสมุดไป่ตู้个 红 外 对 管 ，在 进 入 检 测 区 域 后 用 左 边 的两 个 对 管 进 行 检 测 ，
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传感器排爆机器人设计
摘要: 通过各类传感器控制设计了排爆机器人机械臂精确定位并完成排爆任务。
对角度传感器，压敏传感器，红外测距传感器等多种传感器进行了设计分析。
关键词: 排爆机器人; 机械臂; 传感器信息融合
本次设计提出如下机械臂设计任务:可以用轮子在平整的道路上以较高的速度行驶，其可伸缩手臂的活动半径为 4m ，最大仰角 87 °，肘能弯曲 90 °，腕部活动范围 160 °，手爪可旋转 360 °，手爪抓握力可达 54kg ；另外，手臂上装有一支半自动猎枪，可与激光指示器配合使用，能在 45m 远处发射，使弹丸命中直径为 2.5cm 的目标。
1 排爆机器人机械臂控制系统设计图
本次设计的机械臂是一个相对独立的机构，它由肩关节、大臂关节、肘关节、腕关节、爪关节等组成，排爆机器人机械臂装配图如图1 所示。
图1 排爆机器人机械臂装配图
2 排爆机器人机械臂所使用到的传感器
对排爆机器人而言，机械臂的手爪坐标中心能与爆炸物坐标中心对齐才是设计的主要目标。
如图1 所示，机器人的臂、肘、腕及手爪的角度均由角度传感器测量得出。
手爪上安装了测量抓举力的压敏传感器、测量手爪张开距离的红外测距传感器、测量手爪坐标中心与目标物体前
后距离的激光测距传感器以及安装在手爪上下的2 个摄像头。
当这些传感器信息经过协处理器融合到视频图像中，系统依照图像上的坐标值就能正确定位当前手爪坐标中心与目标物中心坐标位置，操控手爪使其正确定位。
在图1的手爪上的传感器安装可以看出，手爪上装有摄像头，激光测距传感器，力敏传感器，红外测距传感器。
排爆时，需要有良好的工作视野，应对突发武装威胁的能力，对排爆物的精准定位以及控制好排爆机器人的抓举力度。
摄像头保证了排爆机器人在工作时能为工作人员提供周围环境的视野。
半自动猎枪则可以应对突发的武装威胁。
激光测距传感器有助于定位物体的距离与位置。
力敏传感器，则保证了排爆机器人在排爆时能把握好力度顺利完成排爆工作。
排爆机器人装有半自动猎枪，装配的激光指示器起到了精准打击目标的作用。
激光目标指示器工作原理
激光发射装置、激光接收装置和光学观瞄装置的光轴是平行的,以保证所观察目标就是激光照射目标。
光学观瞄装置是用于初始捕获目标的,当观察员从光学观瞄装置中发现目标并将目标锁定到视场中心时,由于观瞄装置的光轴与激光发射光轴和激光接收光轴是平行的,或者说光轴的偏差量非常小,为零点几毫狐度,因此由激光发射装置发射的激光将照射到观瞄装置中心所对应的位置。
为了保证制导炮弹能够探测到目标反射的激光信号,激光目标指示器的工作距离约7、8km。
激光束以一定的频率照射目标,为了避免敌方的干扰,要对激光脉冲进行编码,常用的编码方式有脉冲调制码,变间隔码和精确频率码。
脉冲调制码是对一定重复频率的脉冲激光信号进行调制的编码,调制的目的是让某个应该产生激光的脉冲不发射激光。
变间隔码的激光脉冲间隔是按规律周期变化的。
结语
通过这次传感器排爆机器人设计，我了解到了人工排爆工作的艰难与危险，因此，传感器技术在排爆机器人上的应用有着非常重要的意义及价值。