一种智能无人机排爆设备的制作方法

本发明属于智能排爆技术领域，特别涉及一种智能无人机排爆设备。

背景技术：

排爆工作作为打击恐怖主义，维护社会安定和谐的重要工作，其存在的意义和重要性不言而喻。在排爆过程中，人工排爆极其危险繁重，伤亡事故频发。排爆工作被公认为世界上最危险职业之一，排爆人员是刀尖上的舞者。

在科技的不断进步中，各种各样的智能机械设备在逐渐进入排爆领域，用机械设备代替人员进入排爆第一现场、以设备保护人员的排爆方式已经是排爆工作必然的趋势。而在智能排爆领域，现有市面上排爆设备均为行走型机器人，其受地形环境干扰，使用环境及运行速度有限，不能快速有效的进行全地形排爆。行走排爆机器人操作流程基本都是在发现疑似爆炸物后，先使用行走排爆机器人移动到疑似爆炸物品可操作范围内，再使用行走排爆机器人将疑似爆炸物移动到安全环境后再进行排爆或拆除。但是在这个过程中对疑似爆炸物没有任何防护，无法控制爆炸风险，不能将爆炸带来的伤害降到最小范围。行走机器人均采用机械臂进行疑似爆炸物的处理，由于力矩的作用使其所应对的疑似爆炸物的重量被大大限制，使其很难应对大重量物品。疑似爆炸物的形状也会影响机械手的操作，例如球状物体、没有任何抓手的筒状物体等。

为了克服上述行走机器人排爆设备的技术缺陷，现阶段已研发出无人机排爆设备，但是其对于危险物的防护仍然较弱，不能够保证全过程的安全排爆。

例如中国专利cn201710026716.2公开的一种排爆无人机，该排爆无人机设有一钟形罩防护，该钟形罩的形状固定，且底部开敞，采用刚性材料，一旦钟形罩在防护过程中发生炸裂其粉碎物对周围环境造成的危害无法预估，因此该排爆无人机并不能起到很好的防护作用。此外，该排爆无人机必须通过人工遥控才能够对疑似爆炸物进行处理，而人工遥控设备很难快速准确地定位可疑目标，并且由于受物理环境的限制遥控距离无法保证操作人员的绝对安全。

又如中国专利cn201820416284.6的一种基于无人机的排爆及转移系统，该系统通过专利描述可知其主要通过伸缩杆、套锁对疑似爆炸物进行固定并转移，但在伸缩杆、套锁外未设置任何防爆装置，因此在转移危险品的过程中并不能第一时间全过程进行安全防护，在转移过程中仍然存在较大风险。同上述排爆无人机，该排爆及转移系统也存在以下问题：必须通过人工遥控才能够对疑似爆炸物进行处理，而人工遥控设备很难快速准确地定位可疑目标，并且由于受物理环境的限制遥控距离无法保证操作人员的绝对安全。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服行走机器人在复杂地形环境下不能很好的进行排爆，且不能实现第一时间全过程的安全排爆而设计的一种智能无人机排爆设备。本设备具有操作简单灵活，适应全地形环境；载重大，能够轻松应对10公斤以内疑似爆炸物，并且自身携带防爆桶，能够第一时间对疑似爆炸物进行防护，保证排爆全过程的安全。该设备还携带有高清摄像机，能够实时回传视频图像及相关数据，为下一步的工作提供精确数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提出的一种智能无人机排爆设备，包括无人机、与无人机的机身转动连接的高清摄像机、与无人机的机身固定连接的机械臂、以及安装于无人机机身底部的防爆桶；其特征在于，

所述防爆桶包括防爆桶本体及收口装置，所述防爆桶本体为采用柔性防爆材料制成的顶部封闭底部开敞结构，在所述防爆桶本体的底部开敞端设有所述收口装置，且该收口装置处于收口状态时其中部留有一孔洞作为排气口；

所述无人机采用旋翼无人机，该旋翼无人机的机身内设有控制器，该控制器包括微控制单元以及分别与该微控制单元相连的图像识别模块、航迹规划模块和无线通讯模块；所述微控制单元还分别与所述收口装置、高清摄像机和机械臂相连；所述微控制单元用于控制所述高清摄像机采集实时的图像信息，通过所述图像识别模块根据该图像信息识别疑似爆炸物，并协调所述航线规划模块根据识别疑似爆炸物的位置信息进行航行路线规划及导航，控制所述无线通讯模块向外部控制端实时回传现场图像信息；所述微控制单元还用于控制所述机械臂夹持疑似爆炸物至便于无人机悬停的位置，通过控制所述收口装置的开口和收口将疑似爆炸物容纳于所述防爆桶内。

进一步地，所述防爆桶本体包括外层凯夫拉防爆布和内层凯夫拉柔性防爆网。

进一步地，在所述防爆桶本体底端两侧分别固定一个铁片，在所述防爆桶本体顶端对应两侧分别固定一个微型电磁铁，各微型电磁铁均通过电磁继电器与所述控制器内的微控制单元相连，由所述微控制单元通过电磁继电器控制所述微型电磁铁断电与所述铁片分离，实现上述防爆桶本体的展开。

进一步地，所述防爆桶本体通过长度可调的支撑杆安装于无人机机身底部；所述支撑杆为电动推杆式结构，包括长度可调的杆体和电机，所述电机通过第一电磁阀与控制器内的微控制单元相连。

进一步地，本智能无人机排爆设备还包括一固定于无人机机身顶部的降落伞，该降落伞通过第二电子阀受所述控制器内的微控制单元的控制。

本发明的特点及有益效果是：

1、本多旋翼无人机排爆设备可以适用全地形环境，受环境影响小。

2、可以在第一时间内对疑似爆炸物进行安全防护，并进行全过程安全转移及销毁。

3、智能无人机可以实现智能飞行导航及目标定位，可以快速定位疑似爆炸物并迅速到达指定位置。

4、软性防爆桶由于其柔软性可以适应各种形状物体，有利于收起减少整体体积；此外，柔性防爆桶可有效避免因防爆桶炸裂对周围环境造成的损害。

5、载重大，可以应对10公斤左右重量范围的疑似爆炸物。

综上，本智能无人机排爆设备能快速准确的对危险物品进行处置，且操作简单灵活，续航时间长，能够适应几乎所有室外环境的排爆工作，并且确保对疑似爆炸物处理全过程的绝对安全。

附图说明

图1为本发明实施例的智能无人机排爆设备的整体结构示意图；

图2为图1中防爆桶处于工作状态时的示意图；

图3为设置于防爆桶本体上的铁片和微型电磁铁的结构示意图；

图4为设有长度可调节支撑杆的智能无人机排爆设备(防爆桶本体处于收缩状态)的整体结构示意图；

图5为图1或图4中降落伞处于工作状态时的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明技术方案作进一步详细说明。

参见图1、2，本发明实施例的一种智能无人机排爆设备，包括无人机、与无人机的机身转动连接的高清摄像机2、与无人机的机身固定连接的机械臂3、安装于无人机机身底部的防爆桶4。防爆桶4包括防爆桶本体及收口装置41，防爆桶本体为采用柔性防爆材料制成的顶部封闭底部开敞结构，在防爆桶本体的底部开敞端设有一收口装置41，且该收口装置处于收口状态时其中部留有一孔洞作为排气口42。无人机采用旋翼无人机，该旋翼无人机的机身内设有控制器5，该控制器5包括微控制单元mcu以及分别与该微控制单元相连的图像识别模块、航迹规划模块和无线通讯模块，微控制单元mcu通过有线方式分别与收口装置41、高清摄像机2和机械臂3相连；微控制单元mcu用于控制高清摄像机2采集实时的图像信息，通过图像识别模块根据该图像信息识别疑似爆炸物，并协调航线规划模块根据识别疑似爆炸物的位置信息进行航行路线规划及导航，控制无线通讯模块向外部控制端实时回传现场图像信息；微控制单元mcu还用于控制机械臂3夹持疑似爆炸物至便于无人机悬停的下方位置，通过控制收口装置11的开口和收口将疑似爆炸物容纳于防爆桶4内。

本实施例各部件的具体实施方式及功能分别描述如下：

防爆桶4是进行爆炸物防护的主要部件，防爆桶本体采用凯夫拉柔性防爆材料制成，本实施例采用内外两层柔性防爆材料，外层为高强度(凯夫拉强度：3.6gpa，伸长模量：131gpa，断裂伸长率：2.8％)的凯夫拉防爆布，内层采用凯夫拉柔性防爆网，通过双层结构的设计以保证防爆安全，且由于采用柔性防爆材料，防爆桶本体可适应不同形状的疑似爆炸物。本实施例防爆桶本体底部的收口装置41采用中国专利cn201720968377.5公开的一种电动旋转开口装置，该电动旋转开口装置内的减速电机受控制器内微控制单元mcu的控制，该电动旋转开口装置内的底部固定盘二与防爆桶本体的底部开敞端牢固连接。当发现疑似爆炸物且无人机悬停至合适位置后，微控制单元mcu控制减速电机使电动旋转开口装置的扇叶完全开启，待防爆桶套本体住疑似爆炸物后，微控制单元mcu再控制减速电机使电动旋转开口装置的扇叶完全关闭，此时，电动旋转开口装置的底部中心形成一个排气口42，当疑似爆炸物在防爆桶本体内发生爆炸时，通过该排气口42将防爆桶内的压力排出，以保护防爆桶本体不被损毁。通过防爆桶本体和收口装置，在防爆桶将爆炸物完全隔离后，可以实现对疑似爆炸物处理的全过程防护。除本实施例所述电动旋转开口装置外，采用其他结构的收口装置不影响本发明排爆设备的实施。

进一步地，参见图3、4，防爆桶本体在底端两侧分别固定一个圆形铁片43，在防爆桶本体顶端对应两侧分别固定一个微型电磁铁44，在无人机放飞前圆形铁片43为固定保持吸附于微型电磁铁44的状态下，使得防爆桶本体处于收缩状态，该微型电磁铁44通过电磁继电器(该电磁继电器在图中未示意出，对该电磁继电器的安装位置无特殊要求，可选择设置在无人机机身内)与控制器5内的微控制单元mcu相连。当无人机悬停于疑似爆炸物上方准确位置后由微控制单元mcu通过电磁继电器控制微型电磁铁44断电与铁片43分离以放下防爆桶本体，使防爆桶本体由收缩状态转变为展开状态。通过设置的铁片、微型电磁铁和电磁继电器可避免本无人机排爆设备在飞行过程中因防爆桶的摆动对无人机造成的不利影响，且可减小本无人机排爆设备处于非工作状态的体积，便于收纳。

进一步地，参见图4，无人机机身和防爆桶本体之间还设有一个长度可调的支撑杆6，该支撑杆的两端分别与无人机机身的底部和防爆桶本体的顶部固定连接，支撑杆采用电动推杆式结构，由长度可调的杆体和一电机61构成，本实施例采用型号为jetg-a02的电动推杆，该电动推杆的电机通过一电磁阀(该电磁阀在图中未示意出)与控制器5内的微控制单元mcu相连，微控制单元mcu通过电磁阀控制电机61通断电调节支撑杆杆体的长度方便无人机对于处于特殊环境(如当紧邻疑似爆炸物无人机不便悬停时，可通过电动推杆调节疑似爆炸物与无人机之间的相对距离)疑似爆炸物的处理。

无人机作为本排爆设备的移动主体及承载部件，采用旋翼无人机(例如：型号为bqx-4a10的四旋翼无人机，还可根据载重要求选择其他型号的旋翼无人机)，其材料采用碳纤维复合材料制成，以减少无人机重量(碳纤维复合材料比铝合金材料减重30％)，使其可以实现载重20公斤。

布设于无人机机身内的控制器作为本本排爆设备的大脑，可以实现自主飞行导航，并借助于高清摄像机2定位疑似爆炸物。本实施例的控制器采用华为海思hi1620芯片，芯片基于armv8.2架构，单路配置24核，每核心配置512kb二级缓存和1mb三缓缓存，最高频率可达3.0ghz。其中，图像识别模块通过高清摄像机2搜索目标区域，并给出目标区域疑似爆炸物的位置信息，在外部控制台中选定目标图像位置，图像识别模块通过图像分割算法及目标质点坐标计算方法(所述图像分割算法及目标质点坐标计算方法均为常规的图像处理技术手段)识别并定位可疑目标。航迹规划模块根据可疑物体质点坐标根据概率路标图算法(该算法为常规的无人机三维路径规划方法)进行航线规划并进行导航。无线通讯模块采用4g或者5g通信方式进行视频回传。(本发明中未提及的无人机组成部件均为公知技术)

机械臂3固定于无人机机身一侧，本实施例的机械臂的外壳采用防爆材料，其余构造可参照型号为kr10r900sixxc-cr的机械臂。当疑似爆炸物处于角落或者不利于无人机悬停其上方的位置时，控制器内的微控制单元mcu控制机械臂进行抓取，把疑似爆炸物抓取到就近空旷位置再进行进一步处置，机械臂可抓取物体重量为不大于10公斤。

高清摄像机2作为本排爆设备的眼睛，通过视频接口与控制器内的微控制单元mcu互相通讯。本实施例的高清摄像机2采用型号为xt2的工业级双光热成像相机，其具备高清摄像功能，为控制器内的航迹规划模块生成实时地图提供依据，并且为控制器内的图像识别模块提供目标图像信息及在无人机自主导航时提供实时地图环境信息。

进一步地，参见图5，本无人机排爆设备还包括一固定于无人机机身顶部的降落伞1，该降落伞通过电子阀受控制器内的微控制单元mcu的控制。当无人机失控时，微控制单元mcu控制电子阀将降落伞1打开，防止本无人机排爆设备从高空中坠落，避免无人机及防爆桶中的爆炸碎片坠落造成的二次伤害。

本无人机排爆设备工作过程如下：

当发现疑似爆炸物时，操作人员携带本智能无人机排爆设备到达现场，在距离疑似爆炸物安全距离放飞，通过控制台(该控制台为外部控制端)调整高清摄像机2的位置使其对准疑似爆炸物，并在控制台的显控屏上选定疑似爆炸物并确定危险目标，此时操作人员开启自主导航模式，无人机排爆设备将根据目标位置自主导航到目标上方，并悬停于上方合适位置。

当无人机悬停于目标上方时，控制器控制机械臂调整疑似爆炸物的姿态以配合防爆桶缓缓下落并完全罩住疑似爆炸物，然后防爆桶底端的收口装置收缩网住疑似爆炸物；通过控制器控制无人机将疑似爆炸物安全转移到指定地点进行检测及销毁。

综上，本发明提出的一种智能无人机排爆设备，可用于排爆人员安全转移或处置疑似爆炸物；可用于代替排爆人员搬运、转移疑似爆炸物及其它有害危险品；可代替排爆人员安全销毁疑似爆炸物；可代替现场排爆人员实地勘察，实时传输现场图像。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。