排爆机器人设计

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。