大型排爆機器人技術分析

辛樹強 趙遠航

摘 要 排爆機器人主要由抓取系統、本體行走裝置組成，能夠代替人類完成一系列危險系數高的作業。本文從大型排爆機器人總體方案設計入手，對其系統組成、設計內容、具體結構設計進行分析，進而實現對其應用技術的分析，旨在確保設備的安全性與穩定性，為相關工作者提供科學參考與借鑒。

關鍵詞 排爆機器人;控制技術;激光引導;抓取系統

前言

恐怖活動成為制約現今世界和平與經濟發展的關鍵因素，在西方發達國家，排爆機器人技術已經趨于成熟，而我國對于該設備的研制與投入較少。在反恐形勢逐漸嚴峻的背景下，大型排爆機器人成為科研領域的重點內容。因此，加強對大型排爆機器人技術的研究與應用，對增強我國反恐能力、保障人民生命財產安全，具有十分重要的現實意義。

1大型排爆機器人總體方案設計

（1）系統組成。大型排爆機器人主要由機械系統、電氣系統、測控系統、通信系統組成，各個系統按照功能又可分為控制系統、通信系統、動力系統、機械手系統等，不同系統分別讓排爆機器人在作業時，發揮出真正效用，有效避免人員傷亡。排爆機器人具有較強的適應性與抗干擾性，能夠獨立完成爆炸物的搜索與排除作業，其手臂能夠根據地形變換形態，具有較強越障能力，操作人員與排爆機器人之間使用無線通信系統進行聯系，增強了設備的時效性。

（2）設計內容。基于我國目前大型排爆機器人的研究現狀，對機器人的技術進行一定改進，以此提升排爆機器人對環境的適應性。其中，控制系統的機械手臂擴充為6+1個自由使用兩個下機位PC104控制系統，并配有無線與有線兩種通訊方式，能夠滿足100米以上的信息通訊要求。此外，下機位負責各軸電機的運動控制，并采用全數字通訊，實現與上機位的通訊，使得上機位與下機位之間形成一種主從式傳輸形式，分別響應控制和查詢指令、響應控制請求與信息反饋。根據通信協議，上機位負責發送請求與接收反饋，下機位負責發送反饋，避免其他下機位向該上機位發送反饋信息，極大地提高了系統的穩定性。

2大型排爆機器人結構設計

（1）機械系統。①車體結構。車體是保障排爆機器人能夠完成行走功能的重要部分，車體能夠根據大型排爆機器人的工作環境與地形，改變前臂、后臂的形態，避免在越障、過溝時對手臂造成破壞，影響正常使用。同時，車體還能根據地形的傾角測量車體仰俯幅度，并向遠程操作人員提供相應提示，避免對系統造成損壞[1]。②機械手結構。機械手是排爆機器人進行作業的主要部位，在垂直方向上具有較大的力量，使得系統具有較強的適應性。腰、大臂、小臂是為機械手提供力量的主要部位，提供垂直、平行、擺動方向的力量。在設計時，主要是對大、中、小臂以及手爪進行設計，由腰部提供主要力量來源，其中，大臂與中臂采用的是電動推桿進行連接，可有效減少推程，并保證排爆機器人能夠抓取重量較大的目標物體。當機械手在抓住目標物體后，手腕便不動了，并在推桿的作用下，將物體拋出，極大地減少電機能耗。手爪部位采用的是四連桿機構，該機構可保證機械手在斷電后不會松手，且保證手爪末端在抓取物體時始終保持平行狀態，當遇到圓形物體時，又會抓換成菱形結構，增強機械手的適應性，有利于提升排爆機器人的整體性能。

（2）電氣系統。排爆機器人的電氣系統主要分為兩部分電機驅動器與計算機控制系統。其中電機驅動器主要由變形電機、旋轉電機、手爪電機組成，一共配備18臺電機，保證系統正常工作。此外，機器人車體部位的鋰電池是提供驅動力關鍵部位，具有過壓、過流保護。計算機控制系統主要是操作人員通過遠程操作系統中的面板向排爆機器人發送指令以及接收信息，實現前方與后方信息的交換。電氣控制系統中的兩個云臺自由度與四個攝像機能夠滿足后方對前方實時圖像種類與數量的要求，控制核心ARM的232串口會與接口進行數據通信，使得數據會出現在顯示屏幕上，并完成排爆機器人對后方信息的接收。

（3）測控系統。排爆機器人、增強型網線、遠程操作控制器構成了大型排爆機器人的測控系統。其中，測控系統的服務器是排爆機器人，遠程操作控制器作為客戶端，增強型網線實現二者之間信號與數據的傳輸。在野外，操作人員通過操縱遠程操作控制器，使得排爆機器人完成相應處理任務。此外，排爆機器人配置的多種傳感器可將采集到的信息傳遞給遠程服務器，配備的激光雷達在TCP協議的作用下，與傳感器實現信息傳遞，并將采集到的視頻數據使用RTP協議傳遞給遠程控制器。①硬件設計。履帶式移動平臺、機械臂、工控機、GPS模塊、激光雷達等構成了大型排爆機器人的硬件系統。在進行硬件設計時，中央處理器使用工控機，中央主控單元使用MCU，二者之間連接使用的是RS232接口，以此處理排爆機器人傳達的信息，并向排爆機器人下達指令信息。②軟件設計。大型排爆機器人測控系統軟件設計可分為排爆機器人與遠程操作控制系統。客戶端發出的指令通過遠程操作系統傳達給排爆機器人，以此完成對機器人動作的控制，同時機器人向客戶端發送現場圖像與數據。通常情況下，μC/OS具有較高的可移植性，在許多商業操作系統中廣泛應用了該任務內核，極大地增強系統的實時控制功能，保證大型排爆機器人始終維持穩定的運行狀態。此外，激光雷達系統是系統軟件設計的重要內容，也是排爆機器人的重要組成部分。主要通過TCP協議將現場數據以及其他現場信息傳送到工控臺，實現遠程操作的同時，為排爆機器人配置的傳感器提供多種反饋信息，為操作人員進行下一步操作提供科學參考。

（4）通信系統。排爆機器人的通信系統是保證遠程操作臺與前方通訊的重要部分，當排爆機器人作業通訊距離超過500米后，就會采用無線通信，或是使用150米長的電纜進行通信，滿足前方與后方圖像、信息、數據的傳輸要求。無線微功率系統是排爆機器人經常使用的無線通信系統，頻率為0.9Hz，150米長的線纜由2條485條通信線組成，實現車體與遠程操作箱的連接。

3結束語

綜上所述，隨著科學技術的不斷進步，各國逐漸重視大型排爆機器人的研發與應用，使得我國防爆技術與防爆裝備得到了越來越多的重視。大型排爆機器人進行的各項試驗結果表明，穩定的系統通信可保證機器人快速地反應相關指令，具有較強的抗干擾性，能夠順利地抓取與轉移目標問題，可有效維護社會安全與正常秩序。

參考文獻

[1] 尹遜敏，張興蕾，劉勰.排爆機器人前臂平衡機構的優化設計[J].機床與液壓，2018，46（21）：84-86.