一种自主式探雷机器人系统及探雷方法与流程

本发明涉及一种自主式探雷机器人系统及探雷方法，属于探雷技术领域。

背景技术：

地雷是一种杀伤性较大的爆炸性武器，战争的参战方一般均会使用大量的地雷，以此来削减敌方的军事力量。但是由于地雷的滥布滥用，导致交战国大片土地荒芜，人民流离失所，严重影响了经济建设和人民的生活，因此探雷技术就成为这些交战国迫切需要的技术。

申请号为201620688512.6的专利公开了一种适应多场地的自平衡探雷车，其可以在多种场地中，完成各种情况下的探雷工作，保障了相关人员探雷工作的安全程度。但是该方案仍然存在以下问题：其仅仅公开了如果发现危险立刻停止，并发出报警，并未说明在探测到地雷后如何进行处置，因而无法根据探雷情况实现快速拆雷。申请号为02100602.4的专利申请公开了一种地毯式快速探雷车，该方案在探测到地雷后直接引爆，对探雷车的破坏力非常大，直接导致探雷车的寿命大大缩减；另外，该探雷车的越障能力一般，导致使用范围受限。此外，上述方案还存在以下问题：1、成本较高；2、探测设备的控制方式不够灵活，且探测设备的探测面积大小完全取决于车体的移动速度大小，导致探雷车的探测范围受限，且探雷效率较低。

另外，采用差分gps系统可以获得机器人的经纬度坐标、海拔高度以及航向角，但是gps存在以下问题：1、gps系统数据的更新率不高，一般只能达到5hz，也就是200ms输出一次数据，但是机器人系统要求更高的数据更新率；2、当机器人进入某些区域，如隧道、高楼之间时，可能会暂时失去gps信号，但还需要持续获取位姿。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种自主式探雷机器人系统及探雷方法，它可以有效解决现有技术中存在的问题，实现地雷的准确、高效、无损探测和标识，为后期排雷提供安全、可靠的保证。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统、机械臂探测系统和喷涂系统，移动底盘系统分别与机械臂探测系统和喷涂系统相连；所述的移动底盘系统包括移动平台系统、动力系统和控制系统，机械臂探测系统包括机械臂运动系统和探测系统，其中，动力系统安装于移动平台系统的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统分别连接动力系统、械臂运动系统和探测系统；探测系统设于机械臂运动系统的前端。

优选的，所述的喷涂系统包括伸缩机构、摆臂机构和喷涂机构，伸缩机构和摆臂机构均与喷涂机构连接；所述的喷涂机构包括喷头，从而达到喷涂系统扇形区域喷涂的效果(喷头可达范围是扇形的)。

更优选的，所述的伸缩机构包括：a电机、齿条和喷头臂，所述a电机上设有a齿轮，a齿轮与齿条连接，齿条与喷头臂连接，喷头臂连接喷头，不仅结构简单，成本低廉，而且可以灵活、准确的控制喷涂机构的伸出与收缩。

更优选的，所述的摆臂机构包括：b电机和弧形齿条，所述b电机上设有b齿轮，b齿轮与弧形齿条连接，弧形齿条与喷头臂连接，不仅结构简单，成本低廉，而且可以灵活、准确的控制喷涂机构的摆动。

更优选的，所述的喷涂机构还包括：空压机以及喷漆泵，所述的空压机与喷漆泵连接，喷漆泵与喷头连接，从而可以使用油漆作为涂料进行地雷的喷涂标示；相较于利用液体罐中的液体如钢笔墨水或利用涂料罐中的涂料粉末进行标示，本发明中采用油漆标示更明显，受外部环境影响更小，而且油漆不易进入土壤，保持时间较久。

所述的喷漆泵可采用隔膜喷漆泵，从而可以实现在恶劣的环境中对地雷进行更好的喷涂标示，提高了喷涂效率，且使得喷涂的油漆保持的时间更长。

进一步优选的，所述的喷涂机构还包括：二通电磁阀和/或三通电磁阀，所述的二通电磁阀分别与空压机和喷头连接，三通电磁阀分别与空压机和喷头连接，从而使得喷涂控制更加可靠、稳定，而且三通电磁阀可以接两个喷头，每次可以喷更大面积，提高了喷涂效率，进而提高了整个探雷机械装置的探雷效率。

前述的自主式探雷机器人系统中，所述的机械臂运动系统采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用双关节机械臂、多关节机械臂或框架式机械臂，本发明中，所述的机械臂运动系统采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，从而可以大大提高探测系统(如探地雷达)的探测精度，降低干扰；此外，所述的金属机械臂采用双关节机械臂、多关节机械臂，从而可以实现更灵活的控制探测设备，有效扩大探雷车的探测范围和探测面积，从而进一步提高了探雷效率；同时所述的金属机械臂采用框架式机械臂，不仅结构设计精巧简单可靠，而且成本较低；另外，当探测系统探测到地雷后，控制系统可以控制机械臂运动系统回收给喷涂机构让出空间，然后喷涂机构伸出并前后摆动，使喷头到达到地雷上方进行喷涂标示，从而可以有效缩小探雷装置的体积，并且实现更加灵活、高效、准确的控制喷涂系统进行喷涂标示；此外，所述的金属机械臂采用双关节机械臂、多关节机械臂或框架结构，从而可以起到较好的防尘效果，大大提高了探雷机械装置的寿命。

本发明中，还包括设于移动底盘系统上的智能控制模块和定位导航模块，智能控制模块分别与定位导航模块和控制系统电连接，从而可以便于探雷机器人根据定位导航模块提供的信息更合理的进行路径规划。

优选的，还包括远程控制系统及设于移动底盘系统上的远程通讯模块，所述的远程通讯模块分别与远程控制系统和智能控制模块连接，探雷机器人通过远程通讯模块与远程控制系统进行数传和图传通信，从而可以方便操作人员远距离实时观察探雷机器人的工作状态、检测数据，并且远距离对探雷机器人的路径规划、行驶速度、工作状态、避障等进行控制，探测到地雷后喷涂标示，从而可以实现更高效、高智能高精准高可靠性的为后期排雷提供安全、可靠保证。

本发明中，所述的移动平台系统为多履带移动平台，从而使得本发明的探雷机械装置具有更好的越障能力，大大扩展了本发明的探雷机械装置的应用场合。

优选的，所述的移动平台系统包括：分别设于两侧的第一主动轮，每侧设有两个，且每侧的两个第一主动轮通过履带连接；还包括与至少一个第一主动轮连接的第二主动轮，所述的第二主动轮通过履带与从动轮连接，从而使得移动平台系统具有更好的支撑性能并为整个装置提供更强的动力，使得本发明的探雷机械装置具有更好的越障能力。

进一步优选的，所述的移动平台系统包括：分别设于两侧的第一主动轮，每侧设有两个，且每侧的两个第一主动轮通过履带连接；还包括四个与第一主动轮一一对应连接的第二主动轮(同轴连接)，所述的第二主动轮通过履带与从动轮连接，从而可以进一步提高探雷机器人的越障能力，使其适应更复杂多变的环境。

前述的自主式探雷机器人系统中，还包括设于车体前后两端的避障模块，所述的避障模块与智能控制模块连接，从而实现探雷车在探雷过程中进行自动避障，进一步提高了探雷效率。

优选的，所述的定位导航模块包括：里程计、惯导和gps全球定位系统，所述的里程计、惯导和gps全球定位系统分别与智能控制模块连接，里程计用于记录相对位移，和惯导、gps全球定位系统一起实现室外高精度位置和姿态控制，从而可以获得准确的地理位置信息及周围环境信息，实现更准确、合理的路径规划以及更准确的获取地雷的位置，便于进行标识、排查。

优选的，还包括：工业相机，所述的工业相机分别与远程通讯模块和智能控制模块连接，从而可以采集探雷机器人的周围环境信息及探测系统周围的环境信息，进行监控。

更优选的，所述的工业相机包括至少3台，分别设于机械臂运动系统上及车体的前后两端，从而可以准确的获取探雷车周围的环境信息及探测系统前端的路面情况信息，提供给后方排雷人员进行监控和记录，另外也便于后期更准确的排雷。

本发明中，所述的智能控制模块采用一台或多台工控机，尤其是采用多台工控机，可以将各种控制算法分别运行在不同的工控机上，提高了运行效率和通讯速度，例如，多台工业相机的大量图片数据可以单独在一台工控机上处理；另外，不同的工控机可以运行不同的操作系统(如linux和windows)，以适应不同的设备驱动。

优选的，所述的避障模块由两个单线式激光雷达组成；采用两个激光雷达，分别装在机器人的前部和后部，从而可以覆盖机器人四周全部的环境，使得探雷机器人可以获知前后左右附近所有的障碍，无论前进还是后退时都可以避障；同时降低了系统成本。

前述的自主式探雷机器人系统中，所述的远程控制系统包括显示屏、人机交互模块和远程控制模块，所述的远程控制模块分别与显示屏、人机交互模块和远程通讯模块连接，从而便于操作人员可以从远程控制系统实时观察探雷机器人的工作状态、检测数据及多个相机拍摄的视频，也可以便于操作人员手动控制探雷机器人进行避障。

优选的，所述的远程控制系统可采用背负式手提箱遥控器，从而可以降低系统成本，而且该背负式手提箱遥控器体积小，重量轻，便于携带，适合复杂地形的野外作业。

利用前述系统进行探雷的方法，包括以下步骤：

s1，控制车体移动至道面指定的位置；

s2，计算待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标，并(可通过远程控制系统)设定探测区域；

s3，对待探测区域进行“z”字形探测路径自主规划；

s4，控制车体沿规划路径行进进行探雷(可同时通过远程通讯模块回传探测系统的探测数据及定位导航模块拍摄的视频信息)；当机械臂探测系统探测到地雷后，车体停下，中断探雷工作，记录地雷位置，并计算喷涂机构的运动轨迹；机械臂运动系统收回，并控制喷涂系统对地雷点进行喷涂标示；

s5，对地雷点标示后，车体按照规划路径继续探测工作直至探测完整个待探测区域，或者对地雷点标示后，车体返回原点，待排雷后继续规划探测。

优选的，步骤s2中所述的计算待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标包括以下步骤：

s21，选取待探测区域中的不在同一直线上的三个点(一般选取区域边缘的点)，分别(可通过gps)获取这三个点的经纬度坐标及机器人本体的经纬度坐标和航向角(经纬度坐标是显示给操作者看，或者操作者下达指令用)；

s22，建立世界直角坐标系(机器人移动时采用的是世界直角坐标系)：以其中一个点为原点，另外两个点中的一个点与原点之间的直线作为世界直角坐标系的x轴；在地平面中垂直x轴且经过原点的直线作为世界直角坐标系的y轴；垂直地平面且向上的矢量作为世界直角坐标系的z轴；

s23，通过坐标系转换获得待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标以及机器人本体在世界直角坐标系中的位置直角坐标和姿态角。

每次开始工作之前都更新一次世界直角坐标系，能保证整个工作中的位置精度；且仅采用三个点就能确定一个世界直角坐标系。选定世界直角坐标系后，机器人所有的运动操作全部都映射到这个坐标系中执行，简化了计算，提高了探雷效率。

优选的，步骤s3包括以下步骤：

s31，将待探测区域在世界直角坐标系中对应的设置为矩形(如果人为设定为不规则多边形，则机器人自动将其填充为包含所设定区域的矩形)；

s32，在世界直角坐标系中对该矩形进行“z”字形探测路径自主规划，直到行走区域覆盖整个矩形平面。

本发明中将用户设定的不同形状的探测区域统一转化为矩形，从而简化了问题的复杂度，提高了路径自主规划的效率。

优选的，步骤s4中所述的计算喷涂机构的运动轨迹包括以下步骤：

s41，建立机器人坐标系(喷涂需要机器人坐标系和工具坐标系)：以机器人本体几何中心为原点，以机器人正前方作为机器人坐标系y轴正方向，以机器人正右方作为机器人坐标系x轴正方向；

s42，获取地雷在探测系统(如地雷探测雷达)的覆盖区域中的相对位置；

s43，根据探测系统和车体之间的固定位置关系，由坐标平移换算得到地雷在机器人坐标系中的坐标；

s44，建立喷涂工具极坐标系：将摆臂机构的摆角顶点作为原点，以机器人坐标系y轴作为喷涂工具极坐标系x轴，极坐标系平面与机器人坐标系平面平行；

s45，根据摆臂机构和车体之间的固定位置关系，获得喷涂工具极坐标系与机器人坐标系的转化关系矩阵，进而获得地雷在喷涂工具极坐标系中的坐标(ρ，θ)；

s46，所述的地雷在喷涂工具极坐标系中的坐标即为摆臂机构的摆角θ及摆臂需要伸出的长度ρ。

通过采用上述方法，则在喷涂时，不需要世界直角坐标系，也不需要定位导航系统，仅知道地雷在雷达覆盖区域的位置就可以实现精准定位喷涂了，喷涂效率较高。

更优选的，还包括：根据惯导及里程计输出的位置偏移和姿态角偏移信息，对步骤s23中已获取的机器人本体在世界直角坐标系中的位置直角坐标和姿态角进行数据融合修正，得到更为精准的机器人本体的位置直角坐标和姿态角；具体包括以下步骤：

s231，利用惯导输出三轴加速度和三轴角加速度，对所述的三轴加速度和三轴角加速度进行积分得三轴线速度和三轴角速度；

s232，对所述的三轴线速度进行积分，得三轴方向的位置偏移；对z轴角速度进行积分，得姿态角偏移；里程计输出姿态角方向上的位置偏移，所述的姿态角方向上的位置偏移在世界直角坐标系中线性分解为xy轴两个方向的位置偏移；

s233，将gps数据计算出的机器人本体的直角坐标与惯导、里程计计算出的机器人本体的位置偏移采用卡尔曼滤波器进行融合(从而可以输出更为精确的机器人本体的位置直角坐标数据)；将gps计算出的机器人本体的姿态角与惯导计算出的机器人本体的姿态角偏移采用卡尔曼滤波器进行融合(从而可以输出机器人本体更为精确的姿态角数据)。

与现有技术相比，本发明通过利用移动底盘系统搭载机械臂探测系统和喷涂系统对雷区雷点进行智能、准确、高效、无损探测并标示，可替代高强度高危险人工探测工作，从而为后期排雷提供安全、可靠的保证；另外，本发明采用无损检测技术探测地雷，安全性好，无论对机器人还是操作人员都没有伤害；而且本发明的探雷机器人进行地雷标识，寿命较长。此外，本发明提出的探雷技术，自动化程度高，从探测开始到发现、标记地雷，均不需要人员参与操作，人员只需要在远处监控机器人的工作状态即可，既能提高工作效率，又能减轻排雷人员的工作负担。另外，本发明中，所述的机械臂运动系统采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用双关节机械臂、多关节机械臂或框架结构，从而可以实现更灵活的控制探测设备，有效扩大探雷车的探测范围和探测面积，从而进一步提高了探雷效率；同时所述的机械臂运动系统采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，可以大大提高探测系统(如探地雷达)的探测精度，降低干扰；另外，当探测系统探测到地雷后，控制系统可以控制机械臂运动系统回收给喷涂机构让出空间，然后喷涂机构伸出并前后摆动，使喷头到达到地雷上方进行喷涂标示，从而可以有效缩小探雷装置的体积，并且实现更加灵活、高效、准确的控制喷涂系统进行喷涂标示；此外，所述的金属机械臂采用双关节机械臂、多关节机械臂或框架式机械臂，从而可以起到较好的防尘效果，大大提高了探雷机械装置的寿命。此外，本发明中，所述的移动平台系统采用多履带移动平台，从而使得本发明的探雷机械装置具有更好的越障能力，大大扩展了本发明的探雷机械装置的应用场合，可以适用于各种环境和地形；特别是所述的移动平台系统包括：分别设于两侧的第一主动轮，每侧设有两个，且每侧的两个第一主动轮通过履带连接；还包括四个与第一主动轮一一对应连接的第二主动轮(同轴连接)，所述的第二主动轮通过履带与从动轮连接，从而使得移动平台系统具有更好的支撑性能并为整个装置提供更强的动力，使得本发明的探雷机械装置具有更好的越障能力。通过利用本发明的探雷方法，尤其是对待探测区域进行“z”字形探测路径自主规划并控制车体沿规划路径行进，从而可以实现地毯式的探雷，防止遗漏，提高了探测的精确性。此外，本发明中，所述的伸缩机构包括：a电机、齿条和喷头臂，所述a电机上设有a齿轮，a齿轮与齿条连接，齿条与喷头臂连接，喷头臂连接喷头，不仅结构简单，成本低廉，而且可以灵活、准确的控制喷涂机构的伸出与收缩；所述的摆臂机构包括：b电机和弧形齿条，所述b电机上设有b齿轮，b齿轮与弧形齿条连接，弧形齿条与喷头臂连接，不仅结构简单，成本低廉，而且可以灵活、准确的控制喷涂机构的摆动。最后，本发明采用将gps、惯导以及里程计的数据进行融合，从而可以获得更高精度、更高数据刷新率的位姿数据。

附图说明

图1是本发明的探雷机器人系统的整体结构示意图；

图2是移动底盘系统的结构示意图；

图3是双履带移动平台的结构示意图；

图4是轮式移动平台的结构示意图；

图5是多履带移动平台的一种结构示意图；

图6是多履带移动平台的另一种结构示意图；

图7是机械臂探测系统的结构示意图；

图8是喷涂系统的结构示意图；

图9是机械臂运动系统收回的示意图；

图10是喷涂系统伸出的主视图；

图11是喷涂系统伸出摆臂中间位置的俯视图；

图12是喷涂系统伸出摆臂前后位置的俯视图；

图13为喷涂机构的一种实现方式的示意图；

图14为喷涂机构的另一种实现方式的示意图；

图15为机械臂运动系统中金属机械臂采用双关节机械臂的示意图；

图16为多关节机械臂示意图；

图17为连杆机构式机械臂示意图；

图18为金属框架式机械臂示意图；

图19为本发明的电路连接框图；

图20是对待探测区域进行“z”字形探测路径自主规划的示意图；

图21是机器人坐标系和工具坐标系的关系示意图；

图22是将航向角转换成世界直角坐标系中的姿态角的示意图。

附图标记：1-远程控制系统，2-移动底盘系统，3-机械臂探测系统，4-喷涂系统，5-移动平台系统，6-动力系统，7-控制系统，8-机械臂运动系统，9-探测系统，10-伸缩机构，11-摆臂机构，12-喷涂机构，13-空压机，14-喷头，15-喷漆泵，16-涂料罐，18-二通电磁阀，19-三通电磁阀，20-水泵，21-液体罐，22-第二主动轮，23-从动轮，24-喷头臂，25-避障模块，26-工业相机，27-里程计，28-惯导，29-gps全球定位系统，30-显示屏，31-人机交互模块，32-远程控制模块，33-定位导航模块，34-智能控制模块，35-远程通讯模块。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例1：一种自主式探雷机器人系统，如图1所示，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；如图2所示，所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，如图7、图9所示，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。如图8、图10～图12所示，所述的喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12，伸缩机构10和摆臂机构11均与喷涂机构12连接；所述的喷涂机构12包括喷头14。所述的伸缩机构10包括：a电机、齿条和喷头臂24，所述a电机上设有a齿轮，a齿轮与齿条连接，齿条与喷头臂24连接，喷头臂24连接喷头14。所述的摆臂机构11包括：b电机和弧形齿条，所述b电机上设有b齿轮，b齿轮与弧形齿条连接，弧形齿条与喷头臂连接。如图13所示，所述的喷涂机构12还包括：空压机13以及喷漆泵15，所述的空压机13与喷漆泵15连接，喷漆泵15与喷头14连接。所述的喷涂机构12还包括：二通电磁阀18和/或三通电磁阀19，所述的二通电磁阀18分别与空压机13和喷头14连接，三通电磁阀19分别与空压机13和喷头14连接。所述的机械臂运动系统8采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统9，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用多关节机械臂(如图16所示)。如图19所示，还包括设于移动底盘系统2上的智能控制模块34和定位导航模块33，智能控制模块34分别与定位导航模块33和控制系统7电连接。还包括远程控制系统1及设于移动底盘系统2上的远程通讯模块35，所述的远程通讯模块35分别与远程控制系统1和智能控制模块34连接。所述的移动平台系统5采用多履带移动平台。所述的移动平台系统5包括：分别设于两侧的第一主动轮，每侧设有两个，且每侧的两个第一主动轮通过履带连接；还包括与至少一个第一主动轮连接的第二主动轮22，所述的第二主动轮22通过履带与从动轮23连接(比如如图5、图6所示，具体可以为：所述的移动平台系统5包括：分别设于两侧的第一主动轮，每侧设有两个，且每侧的两个第一主动轮通过履带连接；还包括四个与第一主动轮一一对应连接的第二主动轮22(同轴连接)，所述的第二主动轮22通过履带与从动轮23连接。或者所述的移动平台系统5包括：分别设于两侧的第一主动轮，每侧设有两个，且每侧的两个第一主动轮通过履带连接；还包括与每侧其中一个第一主动轮连接的第二主动轮22，所述的第二主动轮22通过履带与从动轮23连接；所述的两个第二主动轮22位于同一端)。还包括设于车体前后两端的避障模块25，所述的避障模块25与智能控制模块34连接。所述的定位导航模块33包括：里程计27、惯导28和gps全球定位系统29，所述的里程计27、惯导28和gps全球定位系统29分别与智能控制模块34连接。还包括：工业相机26，所述的工业相机26分别与远程通讯模块35和智能控制模块34连接。所述的工业相机26包括至少3台，分别设于机械臂运动系统8上及车体的前后两端。所述的智能控制模块34采用一台或多台工控机。所述的避障模块25由两个单线式激光雷达组成。所述的远程控制系统1包括显示屏30、人机交互模块31和远程控制模块32，所述的远程控制模块32分别与显示屏30、人机交互模块31和远程通讯模块35连接。所述的远程控制系统1可采用背负式手提箱遥控器。

实施例2：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。还包括设于移动底盘系统2上的智能控制模块34和定位导航模块33，智能控制模块34分别与定位导航模块33和控制系统7电连接。还包括远程控制系统1及设于移动底盘系统2上的远程通讯模块35，所述的远程通讯模块35分别与远程控制系统1和智能控制模块34连接。如图3所示，所述的移动平台系统5可采用双履带移动平台。所述的机械臂运动系统8采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统9，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用双关节机械臂(如图15所示)。

实施例3：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。所述的机械臂运动系统8采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统9，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用双关节机械臂或多关节机械臂。如图4所示，所述的移动平台系统5可采用轮式移动平台(包括普通四轮和全向轮)。所述的机械臂运动系统8采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统9，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用连杆机构(如图17所示)。

实施例4：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。所述的喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12，伸缩机构10和摆臂机构11均与喷涂机构12连接；所述的喷涂机构12包括喷头14。所述的喷涂机构12还包括：空压机13以及喷漆泵15，所述的空压机13与喷漆泵15连接，喷漆泵15与喷头14连接。所述的喷涂机构12还包括：二通电磁阀18和/或三通电磁阀19，所述的二通电磁阀18分别与空压机13和喷头14连接，三通电磁阀19分别与空压机13和喷头14连接。所述的机械臂运动系统8采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统9，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用金属框架式机械臂(如图18所示)。

实施例5：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。所述的喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12，伸缩机构10和摆臂机构11均与喷涂机构12连接；所述的喷涂机构12包括喷头14。所述的摆臂机构11包括：b电机和弧形齿条，所述b电机上设有b齿轮，b齿轮与弧形齿条连接，弧形齿条与喷头臂连接。

实施例6：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。所述的喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12，伸缩机构10和摆臂机构11均与喷涂机构12连接；所述的喷涂机构12包括喷头14。所述的伸缩机构10包括：a电机、齿条和喷头臂24，所述a电机上设有a齿轮，a齿轮与齿条连接，齿条与喷头臂24连接，喷头臂24连接喷头14。

实施例7：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。所述的喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12，伸缩机构10和摆臂机构11均与喷涂机构12连接；所述的喷涂机构12包括喷头14。所述的伸缩机构10可采用现有的方式实现，比如：电动推杆(成本高)。所述的摆臂机构11可采用现有的方式实现，比如：电动推杆(成本高)。如图14所示，所述的喷涂机构12还包括：水泵20和液体罐21，所述的水泵20分别与液体罐21和喷头14连接。或者所述的喷涂机构12还可以利用以下方式实现：包括空压机13和涂料罐16，涂料罐16分别与空压机13和喷头14连接。

实施例8：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。

实施例9：一种自主式探雷机器人系统，包括车体，所述车体上设有移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4，移动底盘系统2分别与机械臂探测系统3和喷涂系统4相连；所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7，机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，其中，动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个装置提供动力源并做配重用；控制系统7分别连接动力系统6、械臂运动系统8和探测系统9；探测系统9设于机械臂运动系统8的前端。所述的喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12，伸缩机构10和摆臂机构11均与喷涂机构12连接；所述的喷涂机构12包括喷头14。所述的伸缩机构10包括：a电机、齿条和喷头臂24，所述a电机上设有a齿轮，a齿轮与齿条连接，齿条与喷头臂24连接，喷头臂24连接喷头14。所述的摆臂机构11包括：b电机和弧形齿条，所述b电机上设有b齿轮，b齿轮与弧形齿条连接，弧形齿条与喷头臂连接。所述的喷涂机构12还包括：空压机13以及喷漆泵15，所述的空压机13与喷漆泵15连接，喷漆泵15与喷头14连接。所述的喷涂机构12还包括：二通电磁阀18和/或三通电磁阀19，所述的二通电磁阀18分别与空压机13和喷头14连接，三通电磁阀19分别与空压机13和喷头14连接。所述的机械臂运动系统8采用金属机械臂与非金属臂的组合臂，所述的非金属臂的一端连接探测系统9，另一端连接金属机械臂；所述的金属机械臂采用双关节机械臂、多关节机械臂或框架式机械臂。还包括设于移动底盘系统2上的智能控制模块34和定位导航模块33，智能控制模块34分别与定位导航模块33和控制系统7电连接。还包括远程控制系统1及设于移动底盘系统2上的远程通讯模块35，所述的远程通讯模块35分别与远程控制系统1和智能控制模块34连接。

利用实施例1～实施例9所述系统进行探雷的方法，包括以下步骤：

s1，控制车体移动至道面指定的位置；

s2，计算待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标，并设定探测区域；

s3，对待探测区域进行“z”字形探测路径自主规划；

s4，控制车体沿规划路径行进进行探雷；当机械臂探测系统探测到地雷后，车体停下，中断探雷工作，记录地雷位置，并计算喷涂机构的运动轨迹；机械臂运动系统收回，并控制喷涂系统对地雷点进行喷涂标示；

s5，对地雷点标示后，车体按照规划路径继续探测工作直至探测完整个待探测区域，或者对地雷点标示后，车体返回原点，待排雷后继续规划探测。

步骤s2中所述的计算待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标包括以下步骤：

s21，选取待探测区域中的不在同一直线上的三个点(一般选取区域边缘的点)，分别(可通过gps)获取这三个点的经纬度坐标及机器人本体的经纬度坐标和航向角(经纬度坐标是显示给操作者看，或者操作者下达指令用)；

s22，建立世界直角坐标系(机器人移动时采用的是世界直角坐标系)：以其中一个点为原点，另外两个点中的一个点与原点之间的直线作为世界直角坐标系的x轴；在地平面中垂直x轴且经过原点的直线作为世界直角坐标系的y轴；垂直地平面且向上的矢量作为世界直角坐标系的z轴；

s23，通过坐标系转换获得待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标以及机器人本体在世界直角坐标系中的位置直角坐标和姿态角。

步骤s23中，可以通过以下方式将航向角转换成世界直角坐标系中的姿态角：

如图22所示，机器人实际航向角是正北方，真航向角0°，世界直角坐标系x轴指向n60e，真航向角60°，y轴指向n30w，真航向角330°，从图中不难看出，机器人指向方向与世界直角坐标系x轴的夹角是60°，所以机器人在世界直角坐标系中的姿态角就是60°。

假设世界直角坐标系x轴的真航向角是a°，机器人的真航向角是r°，那么机器人在世界直角坐标系中的姿态角可由a-r计算得出。

步骤s3包括以下步骤：

s31，将待探测区域在世界直角坐标系中对应的设置为矩形(如果人为设定为不规则多边形，则机器人自动将其填充为包含所设定区域的矩形)；

s32，在世界直角坐标系中对该矩形进行“z”字形探测路径自主规划，直到行走区域覆盖整个矩形平面。

步骤s4中所述的计算喷涂机构的运动轨迹包括以下步骤，如图21所示：

s41，建立机器人坐标系(喷涂需要机器人坐标系和工具坐标系)：以机器人本体几何中心为原点，以机器人正前方作为机器人坐标系y轴正方向，以机器人正右方作为机器人坐标系x轴正方向；

s42，获取地雷在探测系统(9)(如地雷探测雷达)的覆盖区域中的相对位置；

s43，根据探测系统(9)和车体之间的固定位置关系，由坐标平移换算得到地雷在机器人坐标系中的坐标；

s44，建立喷涂工具极坐标系：将摆臂机构的摆角顶点作为原点，以机器人坐标系y轴作为喷涂工具极坐标系x轴，极坐标系平面与机器人坐标系平面平行；

s45，根据摆臂机构和车体之间的固定位置关系，获得喷涂工具极坐标系与机器人坐标系的转化关系矩阵，进而获得地雷在喷涂工具极坐标系中的坐标(ρ，θ)；

s46，所述的地雷在喷涂工具极坐标系中的坐标即为摆臂机构的摆角θ及摆臂需要伸出的长度ρ。

喷涂时，首先，控制摆臂机构的电机转动，使得摆臂角度等于地雷极坐标角度，然后控制伸缩机构的电机转动，伸出喷头，使得摆臂长度等于地雷极坐标矢量长度，即可使得喷头达到地雷正上方，然后打开电磁阀门进行喷涂(如喷漆)。

可选的，还包括：根据惯导及里程计输出的位置偏移和姿态角偏移信息，对步骤s23中已获取的机器人本体在世界直角坐标系中的位置直角坐标和姿态角进行数据融合修正，得到更为精准的机器人本体的位置直角坐标和姿态角；具体包括以下步骤：

s231，利用惯导输出三轴加速度和三轴角加速度，对所述的三轴加速度和三轴角加速度进行积分得三轴线速度和三轴角速度；

s232，对所述的三轴线速度进行积分，得三轴方向的位置偏移；对z轴角速度进行积分，得姿态角偏移；里程计输出姿态角方向上的位置偏移，所述的姿态角方向上的位置偏移在世界直角坐标系中线性分解为xy轴两个方向的位置偏移；

s233，将gps数据计算出的机器人本体的直角坐标与惯导、里程计计算出的机器人本体的位置偏移采用卡尔曼滤波器进行融合(从而可以输出更为精确的机器人本体的位置直角坐标数据)；将gps计算出的机器人本体的姿态角与惯导计算出的机器人本体的姿态角偏移采用卡尔曼滤波器进行融合(从而可以输出机器人本体更为精确的姿态角数据)。

位姿包括位置和姿态，位置即机器人在平面上运动的坐标，因为机器人只在地面运动，所以姿态只需要航向角即可。

本发明的一种实施例的工作原理：

本发明的探雷机器人系统，由智能控制模块34对移动底盘系统2、机械臂探测系统3和喷涂系统4进行控制，包括移动平台系统5的移动路径、速度、方向，机械臂运动系统8的前伸与回收，喷涂机构12的伸缩、摆臂、喷涂标示等。

具体的说，本发明利用远程控制系统1中的远程控制模块32通过远程通讯模块35远程控制车体上的智能控制模块34或者近距离直接操作智能控制模块34，控制车体的移动底盘系统2移动至道面指定的位置；利用gps计算待探测区域的关键点在世界直角坐标系中的坐标，并(可利用远程控制系统1)设定探测区域；智能控制模块34根据定位导航模块33(如里程计27、惯导28、gps全球定位系统29)的数据对待探测区域进行探测路径自主规划；控制车体沿规划路径行进，同时通过远程通讯模块35将工业相机26采集的视频信息传回到远程控制系统1供技术人员通过显示屏查看探雷车周围的环境情况和探测系统9周围的环境情况。当机械臂探测系统3探测到地雷后，将数据传给智能控制模块34，智能控制模块4记录地雷的位置，然后发送信息给控制系统7，控制系统7控制机械臂运动系统8收回给喷涂机构12让出空间，然后喷涂机构12伸出并前后摆动，使喷头14到达到地雷上方进行喷涂标示；对地雷点标示后，车体按照规划路径继续探测工作直至探测完整个待探测区域，或者对地雷点标示后，车体返回原点，待排雷后继续规划探测；从而可以实现更高效、高智能高精准高可靠性的为后期排雷提供安全、可靠保证。在探雷过程中，如果避障模块25发现障碍物，则机器人系统停下并试图绕过，如障碍无法绕过，则切换成远程遥控模式由操作人员手动遥控人机交互模块31(所述的人机交互模块31可包括多个三轴工业手柄、按钮、旋钮、指示灯等，用户可以通过人机交互模块给移动底盘系统上的智能控制模块发送控制信息，还可以通过指示灯获得机器人系统的主要状态、错误信息等)绕过障碍。

更具体的说，所述的移动底盘系统2包括移动平台系统5、动力系统6和控制系统7。动力系统6安装于移动平台系统5的后端，为整个系统提供动力源并做配重用，用以平衡整个探雷机械装置的重量；控制系统7安装于移动平台系统5的上部，控制整个智能探雷装置的路径规划、行驶速度、工作状态等：控制系统7控制动力系统6带动移动平台系统5(可以为轮式移动平台、双履带移动平台或多履带移动平台等)将车体移动至道面指定的位置。

机械臂探测系统3包括机械臂运动系统8和探测系统9，所述的探测系统9位于机械臂运动系统8前端。控制系统7控制车体沿规划路径行进并控制机械臂运动系统8带动探测系统9进行地雷探测。探测时，机械臂运动系统8的机械臂前伸(带动非金属臂和探测系统)，机械臂在控制系统7的协调下，将探测系统9置于探测区域，探测结束后机械臂向后收回，带动探测系统9回到移动平台系统5上，完成探测。本发明中，所述的机械臂运动系统8可采用电机、减速器、链条、齿轮齿条传动组合，从而带动移动支撑臂前后往复移动，实现机械臂探测系统3的回收和探测工作。

喷涂系统4包括伸缩机构10、摆臂机构11和喷涂机构12。当机械臂探测系统3探测到地雷后，探测系统收回，喷涂机构12由伸缩机构10和摆臂机构11带动，运行到地雷上方，然后通过喷头14对地雷及周边区域进行喷涂标示。本发明中，所述的伸缩机构10包括：a电机、齿条和喷头臂24，所述a电机上设有a齿轮，a齿轮与齿条连接，齿条与喷头臂24连接，喷头臂24连接喷头14。a电机驱动齿轮齿条机构带动喷头臂24，并沿导轨运行，从而达到喷头向前或向后移动的效果。本发明中，所述的摆臂机构11包括：b电机和弧形齿条，所述b电机上设有b齿轮，b齿轮与弧形齿条连接，弧形齿条与喷头臂连接。采用b电机驱动齿轮与弧形齿条实现喷头臂24的前后摆动，从而达到喷涂系统4扇形区域喷涂的效果。本发明中，所述的喷涂机构12还包括：空压机13以及喷漆泵15，所述的空压机13与喷漆泵15连接，喷漆泵15与喷头14连接。所述的喷涂机构12还包括：二通电磁阀18和/或三通电磁阀19，所述的二通电磁阀18分别与空压机13和喷头14连接，三通电磁阀19分别与空压机13和喷头14连接。或者所述的喷涂机构12还包括：水泵20和液体罐21，所述的水泵20分别与液体罐21和喷头14连接；或者所述的喷涂机构12还包括：空压机13以及涂料罐16，所述的空压机13与涂料罐16连接，涂料罐16与喷头14连接。从而可以吸出油漆、有色液体(如红色钢笔墨水)或粉末作为喷涂物料，由喷头14喷出进行地雷标示。

对待探测区域进行“z”字形探测路径自主规划的工作原理：

将待探测区域在机器人坐标系中对应的设置为矩形(如果人为设定为不规则多边形，则机器人自动将其填充为包含所设定区域的矩形)。

如图20所示，首先以矩形某个顶点作为起点，图中以a点为例，沿机器人坐标系x轴方向行进至b点；

左转90度，沿平行y轴方向行进一个机器人身位；

再左转90度，沿x轴反方向行进至ad边；

右转90度，沿y轴方向行进一个机器人身位；

再右转90度，沿x轴方向行进至bc边；

如此循环，直到行走区域覆盖整个矩形平面。

由于矩形各顶点各边位置坐标已知，只需要计算z字形轨迹上多点坐标，然后机器人依次序走到这些坐标位置就可完成。