专利名称：一种具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于反恐机器人技术领域，具体涉及一种具有多自由度大负荷机械手的反恐排
爆机器人，该反恐排爆机器人可面向地面较空旷作业环境，可夹持x光机对体积较大的可
疑物进行检査，也可对可疑物进行处理的大型反恐机器人。其多自由度大负荷机械手利用
激光定位可柔性靠近目标物体进行处理工作。
背景技术：
改革开放以来，我国社会生活发生前所未有的巨大变化，然而由于社会经济发展不平 衡，国际反华势力的影响，国内民族、宗教矛盾、治安事件以及民事纠纷的存在，当前影 响社会稳定的不安定因素仍然大量存在，我国反恐形势十分严峻。反恐排爆机器人可代替 人工，直接在案发现场进行侦察，排除和处理爆炸物以及其他危险品，也可以对一些持枪 的恐怖分子及犯罪分子实施有效攻击，是反恐专业队伍中必不可少的重要装备。目前国内 现有的反恐排爆机器人主要从适应复杂地形的需求考虑，设计的机器人体型较小，机械手
负荷量较轻，很难配置安装体积、重量较大的X光检查仪，也无法处理较大的爆炸物；同 时， 一般自由度往往也在4一5个左右，操作范围有限。为此，极需要一种可面向地面较 空旷作业环境，可夹持X光机对体积较大的可疑物进行检查，也可对可疑物进行处理的大 型反恐机器人。
发明内容
本发明的目的提供一种结构简单、作用广泛、价格便宜，能可面向地面较空旷作业环 境，可同时对体积较大的不明物体进行检查和处理的具有多自由度大负荷机械手的反恐排 爆机器人。
本发明提出的具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，由行走底盘1、机械手2、 控制系统3、发电机4、摄像系统5、外罩6组成，行走底盘l为履带结构，发电机4位于 行走底盘l尾部，机械手2—端固定于行走底盘1前端，控制系统3位于机械手2底座周 围，外罩6将行走底盘1、发电机4和机械手2底座包裹起来，摄像系统5由4个摄像头 组成，第一摄像头501位于外罩前端，用于观察前方情况，第二摄像头502位于机械手2 另一端上方，用于观察手爪动作，第三摄像头503和第四摄像头504分别位于机器人尾部 的外罩6上方，第三摄像头503观察机械臂2的操作情况，第四摄像头504观察机器人四
周的情况。
本发明中，机械手2有7个自由度，由回转盘底座201、回转盘202、第一机械臂203、 第二机械臂204、第三机械臂205、机械手爪206、第一机械臂俯仰推杆207、第二机械臂 俯仰推杆208、第三机械臂俯仰推杆209、机械手爪俯仰推杆210和机械手爪张合电机211 组成，回转盘底座201固定于行走地盘1前端上方，回转盘202位于回转盘底座201上方， 第一机械臂203 —端固定在回转盘202上，另一端连接第二机械臂204，第二机械臂204 另一端连接第三机械臂205，第三机械臂205另一端连接机械手爪206，第一机械臂俯仰 推杆207 —端固定在回转盘202上，另一端固定在第一机械臂201上，实现第一机械臂201 的俯仰功能，第二机械臂俯仰推杆208 —端固定在第一机械臂201上，另一端固定在第二 机械臂204上，实现第二机械臂204的俯仰功能，第三机械臂俯仰推杆209 —端固定在第 二机械臂204上，另一端固定在第三机械臂205上，实现第三机械臂205的俯仰功能，机 械手爪俯仰推杆210—端固定在第三机械臂205上，另一端固定在机械手爪206上，实现 机械手爪206的俯仰功能，机械手爪张合电机211固定在机械手爪206，用于控制机械手 爪206的手爪。
本发明中，行走底盘1由发动机101、底架102、驱动轮103、导轮104、支重轮105、 履带106、轮边减速马达107、液压油箱108、柴油箱109和液压油泵110组成，发动机101 位于底架102尾部，液压油箱108和柴油箱109分别位于底架102前端两边；底架两侧分 别安装有驱动轮103、导轮104和支重轮105，驱动轮103位于尾部，导轮104位于前端， 支重轮105位于驱动轮103和导轮104中间，履带106包裹在驱动轮103、导轮104和支 重轮105上；液压油泵110连接在发动机101上，轮边减速马达107在连接驱动轮103上； 发动机101直接驱动液压油泵110，液压传动驱动轮边减速马达107转动，从而带动驱动 轮103，通过履带106传动导轮104和支重轮105，实现行走底盘1的行走。
本发明中，控制系统3的数据部分由移动载体执行机构301、SPM2024型控制模块302、 机械臂执行机构303、多轴运动控制器304、第一无线数传电台315、第二无线数传电台 319、串口服务器312、 HUB313、第一 900M无线通信模块314、第二 900M无线通信模块 323、气体侦检仪316、气体侦检仪数据接收模块325、 PC机324组成，机械臂执行机构 303连接多轴运动控制器304， SPM2024型控制模块302 —路通过RS485总线依次连接串 口服务器312、HUB313，HUB313与第一 卯OM无线通信模块314通过网线连接，第一 900M 无线通信模块314通过无线通信与第二 900M无线通信模块323连接，第二 900M无线通 信模块323与PC机324连接；SPM2024型控制模块302另一路通过RS485连接第一无线 数传电台315，第一无线数传电台315通过无线通讯连接第二无线数传电台319，第二无
线数传电台319将数字信号传输给ARM控制模块320， ARM控制模块320进行信号转换 后连接入操作面板322; SPM2024型控制模块302、多轴运动控制器304与第一无线数传 电台315连接在同一 RS485总线上；气体侦检仪316通过无线通讯连接气体侦检仪数据接 收模块325,气体侦检仪数据接收模块325通过RS232方式连接入PC机324。
本发明中，控制系统3的视频部分由硬盘录像机305、画面分割器308、第一1.2G无 线通信模块309、视频服务器311、 HUB313、第一 900M无线通信模块314、第二 900M 无线通信模块323组成，第一摄像头501、第二摄像头502、第三摄像头503、第四摄像头 504分别将视频信号连接入硬盘录像机305和画面分割器308，画面分割器308将视频信 号分成2路，画面分割器308 —路连接第一1.2G无线通信模块309，第一1.2G无线通信 模块309通过无线信号连接第二 1.2G无线通信模块318，第二 1.2G无线通信模块318通 过视频线将视频信号连接LCD显示器321，另一路画面分割器308依次连接视频服务器 311和HUB313，视频服务器311将模拟视频信号进行数字化压縮后，经HUB313将数字 视频信号连接第一 900M无线通信模块314，第一 900M无线通信模块314与第二 900M无 线通信模块323通过无线方式连接，第二 900M无线通信模块323通过网线将数字视频信 号连接入PC机324。
本发明中，控制系统3的音频部分由第一 1.2G无线通信模块309、电子听音器306、 麦克风310、视频服务器311、 HUB313、耳机317、第一 900M无线通信模块314、第二 900M无线通信模块323组成，电子听音器306的声音信号由第一 1.2G无线通信链路309、 第二1.20无线通信链路318传输到耳机317;麦克风310采集的现场声音，依次经视频服 务器311和HUB313进行信号转换后由第一 卯OM无线通信模块314、第二 900M无线通 信模块323， 900M无线通信模块323连接PC机324。
本发明的工作过程如下机器人通过运载车到达事故现场，操作人员遥控机器人靠近 可疑物，机器人的机械手具有7自由度，可以灵活构建适合现场环境的位姿，夹持X光机 对体积较大的可疑物进行检査，也可通过手爪上的摄像头对可疑物近距离观察，还可通过 激光定位，准确的对可疑物进行夹持处理。
本发明的有益效果为
(1) 具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人相比其他的排爆机器人具有以
下特点-
(2) 作业范围广，7自由度的机械手可以灵活构建适合现场环境的位姿；
(3) 负荷量较大，可以夹持重量较大的X光机对可疑物进行检査，也可以对重量较 大的可疑物进行处理；
(4) 夹持动作灵活准确，通过激光定位可以实现可疑物的快速处理；
(5) 地形适应能力强，履带式底盘适用于多种作业环境。
图l为本发明的主视图。
图2为本发明的俯视图。
图3为本发明的行走底盘1主视图。
图4为本发明的行走底盘1俯视图。
图5为本发明的机械手2示意图。
图6为本发明的控制系统结构框图。
图中标号l为行走底盘，2为机械手，3为控制系统，4为发电机，5为摄像系统，6 为外罩，101为发动机，102为底架，103为驱动轮，104为导轮，105为支重轮，106为 履带，107为轮边减速马达，108为液压油箱，109为柴油箱，IIO为液压油泵，201为回 转盘底座，202为回转盘，203为第一机械臂，204为第二机械臂，205为第三机械臂，206 为机械手爪，207为第一机械臂俯仰推杆，208为第二机械臂俯仰推杆，209为第三机械臂 俯仰推杆，210为机械手爪俯仰推杆，211为机械手爪张合电机，301为移动载体执行机构， 302为SPM2024型控制模块，303为机械臂执行机构，304为多轴运动控制器，305为硬 盘录像机，306为电子听音器，308为画面分割器，309为第一 1.2G无线通信模块，310 为麦克风，311为视频服务器，312为串口服务器，313为HUB， 314为第一 900M无线通 信模块，315为第一无线数传电台，316为气体侦检仪，317为耳机，318为第二1.2G无线 通信模块，319为第二无线数传电台，320为ARM控制模块，321为LCD显示器，324为 操作面板，323为第二 900M无线通信模块，324为PC机，325为气体侦检仪数据接收模 块，501为第二摄像头，502为第二摄像头，503为第三摄像头，504为第四摄像头。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但不限于本实施例。
实施例l:将下列各部件按图1所示方式连接，该领域技术人员均能顺利实施。 行走底盘1采用履带结构，履带106为耐磨橡胶材质，发动机101采用BF3L柴油发动 机作为动力源，直接带动液压油泵iio，液压油泵110采用
LRR-025C-LS-26-20-NN-N-3-C2NG-A6N-KNB-NNN-NNN，液压油泵110驱动轮边减速马达107 转动，轮边减速马达107采用PHV-10-37-l-8502A轮边减速器，轮边减速马达107带动驱 动轮103行走，驱动轮103为铸件，材质为Q235，通过履带106带动导轮104和支重轮 105转动，实现行走，导轮104和支重轮105也为Q235材质。
机械手材质为Q235，整体采用箱体框架结构，刚性较好，重量较轻，共有7个自由度， 利用电动推杆实现机械臂各部件的俯仰、回转和张合等动作。机械手2由回转盘底座201、 回转盘202、第一机械臂203、第二机械臂204、第三机械臂205、机械手爪206、第一机 械臂俯仰推杆207、第二机械臂俯仰推杆208、第三机械臂俯仰推杆209、机械手爪俯仰推 杆210和机械手爪张合电机211组成，回转盘底座201位于行走地盘1前端，回转盘202 位于回转盘底座201上方，第一机械臂203 —端固定在回转盘202上，另一端连接第二机 械臂204，第二机械臂204另一端连接第三机械臂205，第三机械臂205另一端连接机械 手爪206，第一机械臂俯仰推杆207 —端固定在回转盘202上，另一端固定在第一机械臂 201上，实现第一机械臂201的俯仰功能，第二机械臂俯仰推杆208 —端固定在第一机械 臂201上，另一端固定在第二机械臂204上，实现第二机械臂204的俯仰功能，第三机械 臂俯仰推杆209—端固定在第二机械臂204上，另一端固定在第三机械臂205上，实现第 三机械臂205的俯仰功能，机械手爪俯仰推杆210—端固定在第三机械臂205上，另一端 固定在机械手爪206上，实现机械手爪206的俯仰功能，机械手爪张合电机211固定在机 械手爪206，用于控制机械手爪206的手爪。
将下列各部件按图6所示方式连接，即得所需的控制系统。SPM2024型控制模块302 为SPM2024型嵌入式控制器，多轴运动控制器304采用固高GU400-ESV-101/128-A，硬 盘录像机305采用KL-J20，电子听音器306采用HY，画面分割器308采用ADT401-CH， 第一 1.2G无线通信模块309和第二 1.2G无线通信模块318分别采用CYTIOI，视频服务 器311采用ETIOOI，串口服务器312采用MOXANPort DE-311，HUB313采用WD-H8004， 第一 900M无线通信模块314和第二 900M无线通信模块323分别采用AirSpan WipLL900， 第一无线数传电台315和第二无线数传电台319分别采用捷麦F49DL，气体侦检仪316采 用PGM-5020, ARM控制模块320采用LPC2131， LCD显示器321采用PHILIPS 150S8, PC机324采用研华工控机，第一摄像头501、第二摄像头502、第三摄像头503和第四摄 像头504分别采用ADT399。
权利要求
1、一种具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，其特征在于由行走底盘(1)、机械手(2)、控制系统(3)、发电机(4)、摄像系统(5)、外罩(6)组成，行走底盘(1)为履带结构，发电机(4)位于行走底盘(1)尾部，机械手(2)一端固定于行走底盘(1)前端上方，控制系统(3)位于机械手(2)底座周围，外罩(6)将行走底盘(1)、发电机(4)和机械手(2)的底座包裹起来，摄像系统(5)由4个摄像头组成，第一摄像头(501)位于外罩(6)前端，第二摄像头(502)位于机械手(2)另一端上方，第三摄像头(503)和第四摄像头(504)分别位于外罩(6)上方。
2、 根据权利要求l所述的具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，其特征在于 机械手(2)具有7个自由度，由回转盘底座(201)、回转盘(202)、第一机械臂(203)、第二机 械臂(204)、第三机械臂(205)、机械手爪(206)、第一机械臂俯仰推杆(207)、第二机械臂俯 仰推杆(208)、第三机械臂俯仰推杆(209)、机械手爪俯仰推杆(210)和机械手爪张合电机(211) 组成，回转盘底座(201)固定于行走地盘(1)前端上方，回转盘(202)位于回转盘底座(201)上 方，第一机械臂(203)—端固定于回转盘(202)上，另一端连接第二机械臂(204)，第二机械 臂(204)另一端连接第三机械臂(205)，第三机械臂(205)另一端连接机械手爪(206)，第一机 械臂俯仰推杆(207)—端固定于回转盘(202)上，另一端固定于第一机械臂(203)上，第二机 械臂俯仰推杆(208)—端固定于第一机械臂(201)上，另一端固定于第二机械臂(204)上，第 三机械臂俯仰推杆(209)—端固定于第二机械臂(204)上，另一端固定于第三机械臂(205)上， 机械手爪俯仰推杆(210)—端固定于第三机械臂(205)上，另一端固定于机械手爪(206)上， 机械手爪张合电机(211)固定于机械手爪(206)上方。
3、 根据权利要求l所述的具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，其特征在于 行走底盘(1)由发动机(101)、底架(102)、驱动轮(103)、导轮(104)、支重轮(105)、履带(106)、 轮边减速马达(107)、液压油箱(108)、柴油箱(109)和液压油泵(110)组成，发动机(101)位于 底架(102)尾部，液压油箱(108)和柴油箱(109)分别位于底架(102)前端两边；底架两侧分别 安装有驱动轮(103)、导轮(104)和支重轮(105)，驱动轮(103)位于尾部，导轮(104)位于前端， 支重轮(105)位于驱动轮(103)和导轮(104)中间，履带(106)包裹在驱动轮(103)、导轮(104)和 支重轮(105)上；液压油泵(IIO)固定于发动机(101)上，轮边减速马达(107)连接驱动轮(103)。
4、 根据权利要求l所述的具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，其特征在于 控制系统(3)的数据部分由移动载体执行机构(301)、 SPM2024型控制模块(302)、机械臂 执行机构(303)、多轴运动控制器(304)、第一无线数传电台(315)、第二无线数传电台(319)、 串口服务器(312)、 HUB (313)、第一900M无线通信模块(314)、气体侦检仪(316)、第二900M无线通信模块(323)、气体侦检仪数据接收模块(325)、 PC机(324)组成，机 械臂执行机构(303)连接多轴运动控制器(304), SPM2024型控制模块(302) —路通过 RS485总线依次连接串口服务器(312)、 HUB (313)， HUB (313)与第一 900M无线通 信模块(314)通过网线连接，第一900M无线通信模块(314)通过无线通信与第二 900M 无线通信模块(323)连接，第二 900M无线通信模块(323)与PC机(324)连接；SPM2024 型控制模块(302)另一路通过RS485连接第一无线数传电台(315)，第一无线数传电台 (315)通过无线通讯连接第二无线数传电台(319)，第二无线数传电台(319)将数字信号传输 给ARM控制模块(320)， ARM控制模块(320)进行信号转换后连接入操作面板(322); SPM2024型控制模块(302)、多轴运动控制器(304)与第一无线数传电台(315)连接在 同一RS485总线上；气体侦检仪(316)通过无线通讯连接气体侦检仪数据接收模块(325)， 气体侦检仪数据接收模块(325)通过RS232方式连接PC机(324)。
5、 根据权利要求l所述的具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，其特征在于 控制系统(3)的视频部分由硬盘录像机(305)、画面分割器(308)、第一 1.2G无线通信模 块(309)、视频服务器(311)、 HUB (313)、第一900M无线通信模块(314)、第二 900M 无线通信模块(323)组成，第一摄像头(501)、第二摄像头(502)、第三摄像头(503)、 第四摄像头(504)分别通过视频信号连接硬盘录像机(305)和画面分割器(308),画面 分割器(308)将视频信号分成2路，画面分割器(308) —路连接第一 1.2G无线通信模块(309)，第一 1.2G无线通信模块(309)通过无线信号连接第二 1.2G无线通信模块(318)， 第二 1.2G无线通信模块(318)通过视频线将视频信号连接到LCD显示器(321),另一路 画面分割器(308)依次连接视频服务器(311)和HUB (313)，视频服务器(311)将模 拟视频信号压縮成数字视频信号后，通过HUB (313)将数字视频信号连接第一 900M无 线通信模块(314)，第一 900M无线通信模块(314)与第二 900M无线通信模块(323) 通过无线连接，第二 900M无线通信模块(323)通过网线将数字视频信号连接入PC机(324)。
6、 根据权利要求l所述的具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，其特征在于 控制系统(3)的音频部分由第一1.20无线通信模块(309)、电子听音器(306)、麦克风(310)、 视频服务器(311)、 HUB (313)、第一卯OM无线通信模块(314)、第二 900M无线通信 模块(323)组成，电子听音器(306)的声音信号依次由第一1.20无线通信链路(309)、 第二 1.2G无线通信链路(318)传输到耳机(317);麦克风(310)采集的现场声音，依次 经视频服务器(311)和HUB(313)进行数字信号转换后由第一 900M无线通信模块(314)、 第二900M无线通信模块(323)， 900M无线通信模块(323)连接PC机(324)。
全文摘要
本发明属于反恐装备领域，具体涉及一种具有多自由度大负荷机械手的反恐排爆机器人，由行走底盘、机械手、控制系统、发电机、摄像系统、外罩等组成。行走底盘为履带结构，发电机放置在行走底盘的尾部，机械手放置在行走底盘的前端，控制系统布置在机械手底座的周围，外罩将行走底盘、发电机和机械手底座包裹起来，摄像系统共有4个摄像头，第一摄像头布置在机器人的前端，观察前方情况，第二摄像头布置在机械手上，观察手爪动作，第三和第四摄像头布置在机器人尾部的外罩上方，第三摄像头观察机械臂的操作情况，第四摄像头观察机器人四周的情况。在地面较空旷的作业环境，机器人可在操作人员的远距离控制下，利用机械臂夹持X光机对体积较大的可疑物进行检查，也可对可疑物进行处理。有效保障了排爆人员在处理可疑物时面临的危险。
文档编号B62D57/02GK101362330SQ200810200780
公开日2009年2月11日 申请日期2008年9月27日 优先权日2008年9月27日
发明者琰 徐, 李建中, 斌 胡, 胡传平, 蒋海平, 林 薛, 赵美玲, 陈引初 申请人:公安部上海消防研究所;上海倍安实业有限公司