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。
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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。