一种扫雷车的制作方法

本发明属于特种作业车辆，具体涉及一种扫雷车。

背景技术：

目前地表及地下的地雷有1.1亿多枚，地雷每年让大约二万人受伤或死亡。因此，清除地雷对民众安全及军队作战安全具有重要的意义。清除地雷的方式分为人工和机械设备两种方式，采用人工方式危险性大且效率低，目前更趋向于通过机械设备完成扫雷作业。

目前机械扫雷装置有多种类型，例如扫雷滚、扫雷犁、扫雷链枷、推土装置、旋耕装置等。现有的扫雷装置主要存在如下缺陷：

1.一般只对平坦地形扫雷效果好，很难适应各种复杂地形，对于复杂地形存在漏扫现象。

2.现有的器械大多都是采用爆破的方式直接破除地雷，但是地雷大小不同，形状结构不同，有些不适合采用引爆的方式，而是需要抓取，但现有技术中抓取地雷的装置，仅仅只能抓取，并不能深挖，使用并不方便。

3.现有的扫雷车功能单一，要么只能抓取地雷，要么只能引爆地雷，难以全方位作业，适用范围窄。

本申请中所提到的“前端”一词，可以理解为机械臂上的零部件朝向展开或伸长趋势的一端。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种扫雷车，以解决不同地雷抓取难度大的问题，适应作业的范围大。

本发明解决问题的技术方案是：一种扫雷车，包括车身、设置于车身底部的行走装置总成，在车身顶部设有可抓取地雷的机械手，所述机械手包括与车身顶部连接且可旋转的立柱、与立柱连接的可活动的机械臂、设置于机械臂前端的抓取装置；

所述抓取装置包括铲斗、可伸缩的推爪，所述推爪伸长后可与铲斗合围形成抱合的且地雷无法脱出的空腔。

上述方案中，在扫雷作业领域，独创性的采用了机械手的形式抓取地雷，可有多种作业方式，一般情况下在明确地雷位置后，可采用铲斗刨出地雷，并兜住地雷于铲斗内，转运至其它地方。在地雷比较大的情况下，或者铲斗单独无法兜住转运地雷时，采用推爪配合的方式，将地雷包裹在合围的空腔内，而转运到其它地方。

具体的，所述机械臂包括动臂、折臂、变幅油缸、折臂油缸、伸缩油缸、铲斗油缸；

所述动臂一端与立柱铰接、另一端与折臂铰接；所述变幅油缸一端与立柱铰接、另一端与动臂铰接；所述折臂油缸一端与动臂铰接、另一端与折臂铰接；

折臂前端内腔套装有伸缩臂，所述铲斗铰接于伸缩臂前端；

所述伸缩油缸一端与折臂铰接、另一端与伸缩臂铰接；

所述铲斗油缸一端与伸缩臂铰接、另一端与铲斗铰接；

所述伸缩臂为中空臂，其中空腔内套装有可直线运动的推爪油缸，所述推爪与推爪油缸前端固定连接。

进一步的，在伸缩臂上设有导向滑槽，所述推爪上设有可与导向滑槽配合的滑块，滑块卡入导向滑槽中并可沿导向滑槽滑动。

进一步的，所述立柱通过回转台与车身顶部连接，所述回转台底部与车身顶部固定连接，回转台顶部与立柱连接。

进一步的，在车身前方设有链枷装置，所述链枷装置与车身之间通过可俯仰动作的工作臂连接。

所述链枷装置为中国专利201820921229.2所描述的链枷装置。

一种优选的方案中，所述工作臂包括俯仰臂、俯仰油缸；所述俯仰臂一端与车身铰接、另一端与链枷装置刚性可拆卸连接；

所述俯仰油缸一端与俯仰臂铰接、另一端与车身铰接。

上述方案使得链枷装置可以进行俯仰的调节，以适应不同的地形，比如上下坡。

另一种优选的方案中，所述工作臂包括俯仰臂、俯仰油缸；所述俯仰臂一端与车身铰接；

所述俯仰臂为中空结构，其中空腔内套装有直臂，中空腔内设有可驱动直臂伸缩的直臂油缸，直臂前端与链枷装置刚性可拆卸连接；

所述俯仰油缸一端与俯仰臂铰接、另一端与车身铰接。

上述方案使得工作臂可以在俯仰、伸缩多个维度进行调节。

优选的，在车身尾部设有喷涂装置，所述喷涂装置包括设置于车身上的颜料箱、固定于车身上的柱塞泵、固定于车身上的分流器、设置于车身两侧的喷嘴；

所述柱塞泵的输入端与颜料箱之间通过吸料管连接，柱塞泵的输出端通过放料管与分流器连接；所述分流器通过喷管分别与两个喷嘴连接。

喷涂装置可以对已经清除地雷的区域进行标记，在扫雷车已经走过的路面两侧划线标示出安全区域。

进一步的，在机械臂上设有探雷器。探雷器用于确定地雷的位置。

进一步的，在立柱中心、动臂与立柱的铰接点a2处、动臂与折臂的铰接点a3处、以及伸缩臂与铲斗的铰接点a4处均设有角度编码器；

在伸缩油缸内集成有位移传感器；在动臂顶部设有探雷器；

在车身上设有控制器和定位系统，所述角度编码器、位移传感器、探雷器及定位系统均与控制器电连接。

上述进一步改进的方案能够使得在确定好地雷的位置之后，机械手可以自动根据探测位置抓取地雷，实现全自动作业。

本发明的显著效果是：

1.俯仰机构配合链枷装置的设置，使得扫雷过程中，可根据地形适应性的调节，以达到不漏扫低洼地或突兀地块中地雷的目的，对复杂地形的适应性好。

2.一机多能，可爆破地雷，可抓取地雷，多种作业模式，实现地雷的完全无遗漏清理，作业范围广。

3.抓取装置的设计使得深埋的地雷可以被铲斗深挖出来，不同结构形式的地雷也可通过单独的铲斗或推爪与铲斗的配合完成抓取，可适应不同的工况。

4.扫雷过程中，可为后方部队标识安全通道。

5.链锤组件沿单螺旋线分布，在保证不漏扫的前提下，优化了结构，减少了链锤组件的数量，可降低驱动装置的功率，降低成本，经济适用。

6.导向轮行走的路径是已经扫过的区域，避免了压爆地雷的风险。

7.通过控制算法，发现地雷位置后操作人员可远程操控机械手定点清除地雷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明扫雷车下坡状态示意图。

图2为本发明扫雷车上坡状态示意图。

图3为本发明扫雷车俯视图。

图4为工作臂部分局部视图。

图5为工作臂内部结构示意图。

图6为机械手结构示意图。

图7为机械手自动控制逻辑框图。

图8为机械手工作状态示意图。

图9为喷涂装置后视图。

图10为喷涂装置局部结构示意图。

图11为扫雷链枷装置示意图。

图12为扫雷链枷装置后视图。

图13为扫雷链枷装置俯视图。

图14为图13中ⅰ的局部放大图。

图15为滚筒示意图。

图16为链锤组件在滚筒上螺旋排列点分布图。

图中：1-驱动装置，2-偏摆机构，3-滚筒，4-机架梁,5-锤链组件，6-防护罩,7-支撑臂,8-带传动机构，9-马达，10-固定轴，12-轴承，13-转盘，14-限位槽,15-导向轮，16-车身，17-行走装置总成，18-机械手，19-立柱,20-机械臂,21-连接座，22-轴套,23-抓取装置，24-导向滑槽，25-链枷装置，26-工作臂，27-喷涂装置，28-探雷器，51-链条，52-锤头，201-动臂，202-折臂，204-变幅油缸，205-折臂油缸，206-伸缩油缸，207-铲斗油缸,208-伸缩臂,231-铲斗,232-推爪，261-俯仰臂，262-俯仰油缸，263-直臂，264-直臂油缸，271-颜料箱，272-柱塞泵，273-分流器，274-喷嘴,275-吸料管，276-放料管，277-喷管。

具体实施方式

如图1～16所示，一种扫雷车，包括车身16、设置于车身16底部的行走装置总成17。行走装置总成17为现有技术，本实施例中采用履带式，主要由履带架、行走马达+减速机及其管路、驱动轮、托链轮、支重轮、履带、张紧缓冲装置等组成，其功能为支承车身的重量，并把驱动轮传递的动力转变为牵引力，实现整机的行走。

在车身16顶部设有可抓取地雷的机械手18。所述机械手18包括与车身16顶部连接且可旋转的立柱19、与立柱19连接的可活动的机械臂20、设置于机械臂20前端的抓取装置23。在车身16内设有给机械臂20提供动力的液压系统。

所述立柱19通过回转台与车身16顶部连接。所述回转台底部与车身16顶部固定连接，回转台顶部与立柱19连接。

所述抓取装置23包括铲斗231、可伸缩的推爪232。所述推爪232伸长后可与铲斗231合围形成抱合的且地雷无法脱出的空腔。所述铲斗231和推爪232均为格栅结构。

所述机械臂20包括动臂201、折臂202、变幅油缸204、折臂油缸205、伸缩油缸206、铲斗油缸207。所述动臂201一端与立柱19铰接、另一端与折臂202铰接。所述变幅油缸204一端与立柱19铰接、另一端与动臂201铰接。所述折臂油缸205一端与动臂201铰接、另一端与折臂202铰接。折臂202前端内腔套装有伸缩臂208。所述铲斗231铰接于伸缩臂208前端。所述伸缩油缸206一端与折臂202铰接、另一端与伸缩臂208铰接。所述铲斗油缸207一端与伸缩臂208铰接、另一端与铲斗231铰接。所述伸缩臂208为中空臂，其中空腔内套装有可直线运动的推爪油缸。所述推爪232与推爪油缸前端固定连接。

在伸缩臂208上设有导向滑槽24。所述推爪232上设有可与导向滑槽24配合的滑块。滑块卡入导向滑槽24中并可沿导向滑槽24滑动。

在车身16前方设有链枷装置25。所述链枷装置为中国专利201820921229.2所描述的链枷装置，具体结构包括机架梁4、与机架梁4平行的滚筒3、安装于滚筒3上的锤链组件5、驱动滚筒3旋转的驱动装置1。所述驱动装置1安装于机架梁4上。

所述锤链组件5包括与滚筒3可拆卸连接的链条51、与链条51另一端可拆卸连接的锤头52。所述锤链组件5沿滚筒3轴线、呈螺旋环绕滚筒3外表面分布，且锤链组件5与滚筒3的连接点的连线为单螺旋线。

为保证扫雷链枷装置在有效清扫宽度范围内不遗漏地雷的前提下，合理布置链锤组件5，减少链锤组件5数量，利于降低扫雷链枷装置所需功率。图6示出了一种具体应用情况下，链锤组件5在滚筒3上螺旋排列点分布。滚筒3有效清扫宽度为2100mm，最外侧两个锤头52的中心距为2030mm。按照技术人员已知的计算方法，结合经验计算滚筒3转速、清扫速度、链锤组件5的旋转直径、锤头52直径之间的匹配关系。设置链锤组件5按如下方式布置：相邻连接点在圆周方向以一定相位角、滚筒3轴线方向以一定间距阵列布置，确保整机在一定行驶速度要求下，在有效清扫宽度范围内完成无遗漏清扫步兵雷作业。

所述驱动装置1包括带传动机构8、安装在机架梁4上的马达9。所述带传动机构8设有两套，分别设置于机架梁4和滚筒3两端。所述带传动机构包括与马达9连接的主动轮、与滚筒3一端连接的从动轮、同时张紧在主动轮和从动轮上的皮带。

在机架梁4中部、垂直于机架梁4轴线设有固定轴10。固定轴10一端伸出机架梁4。在固定轴10的伸出端上套装有轴承12。轴承12外表面套装有偏摆机构2。

所述偏摆机构2包括连接座21、套装在轴承12外表面的轴套22。所述连接座21中心开有通孔，所述轴套22插入通孔并固定于通孔内。固定轴10、轴承12、轴套22的端面设有密封端盖。

连接座21上靠近机架梁4的端面固定连接有转盘13。转盘13横向宽度大于连接座21。在机架梁4上固定设有用于限制转盘13沿固定轴10轴线窜动的一对限位槽14。限位槽14的形成由一块l形板和一块平板组合搭建形成，并通过紧固件固定于机架梁4上。限位槽14的开口与机架梁4轴线平行。限位槽14相对设置于转盘13两侧。所述转盘13边沿插入限位槽14内且不脱出。

所述偏摆机构2以固定轴10为中心、相对于机架梁4的轴线正时针或逆时针偏摆。偏摆机构2的偏摆角度范围为（0°，15°]。

在机架梁4底部中间区域向下设有支撑臂7。支撑臂7下端设有导向轮15。所述支撑臂7及导向轮15设有两组，且相对于固定轴10对称设置。

在机架梁4上、位于滚筒3的斜上方固定设有防护罩6。

马达9带动滚筒3上的链锤组件5高速旋转，实现锤头52连续打击切削地面的作用，从而扫除地表及地表下的步兵雷。

所述链枷装置25与车身16之间通过可俯仰动作的工作臂26连接。所述工作臂26包括俯仰臂261、俯仰油缸262。所述俯仰油缸262一端与俯仰臂261铰接、另一端与车身16铰接。所述俯仰臂261一端与车身16铰接。工作臂26首先要满足的是能够进行俯仰运动，使得链枷装置25可以抬高或降低，满足坡度的要求。

进一步的，还可以使得工作臂26具有伸缩功能，增加一个运动维度。那么将俯仰臂261为中空结构，其中空腔内套装有直臂263。中空腔内设有可驱动直臂263伸缩的直臂油缸264。

上述工作臂26可以是单臂结构，也可以是多臂结构。本实施例采用双臂结构，每一个俯仰臂261配备一套俯仰油缸262，两个俯仰臂261分设于车身两侧，形成对称结构。每一根直臂263前端与链枷装置25的连接座21刚性可拆卸连接。

在车身16尾部设有喷涂装置27。所述喷涂装置27包括设置于车身上的颜料箱271、固定于车身16上的柱塞泵272、固定于车身16上的分流器273、设置于车身16两侧的喷嘴274。所述柱塞泵272的输入端与颜料箱271之间通过吸料管275连接。柱塞泵272的输出端通过放料管276与分流器273连接。所述分流器273通过喷管277分别与两个喷嘴274连接。扫雷车前端排除地雷后，喷涂装置27向扫雷车行进路线沿路喷涂标示物，沿地面标识出安全通道，引导后方部队沿标识线安全、快速通过。

在机械臂20上设有探雷器28。探测到地雷之后，可以人工操作机械手18进行抓取。

进一步优选的，为了探测到地雷后可以让机械手18自动进行抓取，在立柱19中心、动臂201与立柱19的铰接点a2处、动臂201与折臂202的铰接点a3处、以及伸缩臂208与铲斗231的铰接点a4处均设有角度编码器。其中，在a2、a3、a4处安装角度编码器，可实时检测动臂201、折臂202、铲斗231绕铰点转动的角度。在立柱19中心安装角度编码器，可实时检测机械臂20的回转角度。在伸缩油缸206内集成有位移传感器，可实时检测伸缩油缸206活塞杆推出或缩回的距离。将探雷器28设在动臂201顶部。在车身16上设有控制器和gps定位系统。所述角度编码器、位移传感器、探雷器28及gps定位系统均与控制器电连接。

机械手18自动抓取地雷的过程包括如下步骤：

a）通过探雷器28获知地雷所在的目标位置，并记录地雷相对于gps定位系统所确定的车身16位置坐标o，反馈至控制器。

b）通过立柱19中心、以及铰接点a2、a3、a4处的角度编码器采集获取各铰接点位置相对于车身16的姿态角度；通过位移传感器，获取伸缩臂208推出或缩回的距离；将采集获取的数据反馈至控制器。

c）控制器结合姿态角度数据、伸缩臂208的展开长度数据、以及其它各臂的已知长度，通过d-h法计算得到铲斗231相对于立柱旋转中心的三维坐标m。

d）控制器将定位系统所确定的车身16坐标与三维坐标m结合计算得到铲斗231的绝对空间坐标h。

e）控制器得到坐标h和坐标o的数据后，通过can总线发出命令，依次进行动臂201、折臂202、伸缩臂208的调整，在调整的过程中控制器根据角度编码器和位移传感器实时反馈的数据进行判断，直到铲斗231位置可以顺利到达地雷的上方，然后进行排雷作业。

机械手18展开抓取的工作过程为：通过变幅油缸204推动动臂201绕a2铰接点旋转，将动臂201推至一定高度后折臂油缸205动作，推动折臂202绕a3铰接点旋转展开。根据工作需要，伸缩油缸206推动伸缩臂208伸展至需要位置后由铲斗油缸207推动铲斗231绕a4铰接点旋转即可实现对地雷的挖掘工作。根据需要，可同时操作位于伸缩臂208内的推爪油缸，可推动推爪232沿导向滑槽24向前运动，配合铲斗231将抓取的地雷完全包裹住，作业范围广，提升了排雷效率，增加了排雷种类。

工作臂26的工作过程为：俯仰油缸262的伸缩运动可以推动俯仰臂261的抬升和下降，从而控制链枷装置25向上向下运动。在通过上坡路面时，如图2，可将链枷装置25向上抬起，以适应上坡地形，清除斜坡上地雷；在通过下坡路段时，如图1，俯仰油缸262收缩保证链枷装置25始终与地面维持恒定的高度，对斜坡做到无死角排雷。直臂油缸264动作，使直臂263向外伸长，可增加斜坡的排雷范围。