一种自主式扫雷排爆机械手制造技术

本实用新型专利技术涉及一种可自主抓取未爆弹药或地雷的扫雷排爆机械手，主要包括手臂及底座、液压系统、环境感知系统、控制系统等组成，所述手臂及底座由旋转底座、支撑臂、动臂、斗臂和抓手等组成，作为机械手的结构承载件，用于地雷或未爆弹药的抓取、移动等作业；该方案结构巧妙紧凑，由环境感知系统自主地识别目标物，自主地控制抓手去抓取地雷或未爆弹药，可有效减轻地雷或未爆弹药爆炸对操作人员的安全威胁，提高了该类无人作业效率，填补该类器材装备的空白。

An autonomous minesweeping and detonation removing manipulator

【技术实现步骤摘要】
一种自主式扫雷排爆机械手
本专利技术涉及一种扫雷排爆机械手，具体涉及一种可以自主地抓取地雷或未爆弹药的扫雷排爆手，属于扫雷装置

技术介绍
地雷作为一种杀伤效果好、成本低廉的防御性武器，广泛应用于全球的局部冲突中，同时在冲突中，未爆弹药也成为阻碍部队前进的主要障碍，同时也给战后重建了重大威胁。因此，扫除雷场，排除未爆弹药，成为战时战后均要普遍关注的重难点问题。无论地雷还是未爆弹药，均具有爆炸性，在扫除地雷或排除未爆弹药时，均存在随时爆炸的危险，给排爆作业人员和周边环境均带来安全威胁。随着现在无人化、图像识别和传感器等技术的发展，无人化越来越成为高风险作业平台的首选。而无人化扫雷排爆作业车，让人员远离爆炸作业现场，达到安全、便携清除的目的。但无人化远距离作业，也带来了地雷或未爆弹药的位置识别难题。作业手通过视频系统进行远距离操作时，难以准确地判断目标物与抓手的位置关系，给扫雷排爆工作带来了一定地难题和风险,现有技术中虽然也有相关的装置部件，但是结构比较复杂，并且精确度较差，因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种自主式扫雷排爆机械手，该方案结构巧妙紧凑，由环境感知系统自主地识别目标物，自主地控制抓手去抓取地雷或未爆弹药，可有效减轻地雷或未爆弹药爆炸对操作人员的安全威胁，提高了该类无人，填补该类器材装备的空白。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种自主式扫雷排爆机械手，所述机械手包括手臂及底座、液压系统、环境感知系统以及控制系统，所述控制系统设置在手臂及底座上，所述液压系统连接控制系统，所述环境感知系统包括水平摄像头和垂直摄像头，所述垂直摄像头设置在手臂及底座。作为本技术的一种改进，所述手臂及底座包括旋转底座、支撑臂、动臂、斗臂、抓臂以及抓手，所述抓手连接抓手马达，所述支撑臂固定安装在旋转底座上，所述斗臂设置在抓臂和动臂之间，所述动臂与支撑臂、所述动臂与斗臂、所述斗臂与抓臂之间，均通过旋转轴连接，并且各旋转轴上均安装有角度传感器，用于测量各臂旋转的角度，从而得出手臂的移动轨迹，其结构形式小且直，便于在小型化扁平的无人平台上安装和存放。作为本技术的一种改进，所述液压系统包括支撑缸、动臂缸、抓臂缸、抓手马达、抓手缸以及手臂马达，所述支撑缸设置在支撑臂上，所述动臂缸连接动臂，所述抓臂缸连接抓臂，所述抓手缸设于抓手内部，抓手缸伸缩来推动抓手的抓取和放下。所述液压系统各执行元器件，在所述控制器控制下，所述支撑缸伸缩拉动所述动臂绕轴旋转，从而产生向下或向上的角度，带动所述斗臂向上或向下运动；所述动臂缸伸缩带动所述斗臂向上或向下运动，从而实施所述抓手向前或向后；所述斗臂缸伸缩带动所述抓手向上或向下，从而实现抓手提升或下降。所述抓手马达旋转，调整所述抓手抓取的角度，实现所述抓手开口方向与弹轴向一致，便于所述抓手抓取；所述手臂马达用于手臂整体旋转，调整机械手与目标物位置与角度。作为本技术的一种改进，所述控制系统包括控制器、角度传感器及软件系统，所述控制器设置在支撑臂上，所述角度传感器设置在所述支撑臂、动臂、斗臂、抓臂等旋转轴上，通过控制器的手臂力学运动模型和所角度传感器角度反馈，控制手臂的向前或向后、向上或向下运动。所述控制器首先根据所述角度传感器对所述各臂转动角度的测量，得出各油缸伸缩量和各臂转动角度对应关系，建立机械手运动学模型；再由所述控制器根据目标物的位置及状态信息，依据机械手运动学模型，计算出机械手需要前进或后退、上升或下降的物理量，推算出各手臂需要旋转的角度，从而得出各油缸的伸长量和缩短量；所述控制器再控制各臂油缸运动，抓手张开、收紧，实现机械手的自主抓取地雷和未爆弹药，达到快速排除未爆弹的目的。环境感知系统根据所述水平摄像头和所述垂直摄像头的超高清图像，识别出地雷和未爆弹药的形状和位置，再将地雷和未爆弹的位置相对于与所述抓手相对位置信息传输出所述控制器。相对于现有技术，本专利技术的优点如下：该技术方案结构设计巧妙紧凑，具有安全、高效的特点，该方案解决了无人化装备在远距离操作扫除地雷和排除未爆弹药时距离判断难、抓取位置不准确等难题，该方案采用角度传感器，成本低而且维修方便，该方案具备图像识别功能、能自主判断目标物与抓手位置信息、控制抓手自主抓取目标物的新型扫雷排爆机械手，从而实现安全、快捷地扫雷和排爆的目的。该方案一是实现了一种低成本液压驱动手臂精确控制，解决了在液压缸内部加装位移传感器成本高、维修难的问题，二是通过环境感知系统实现了对地雷或未爆弹药的识别和位置判断，解决了扫雷排爆机械手人工远距离视频操作时对位难、抓取效率低的难题。附图说明图1是本技术整体结构示意图；图2是本技术侧面结构示意图；图3为手臂及底座结构示意图；图4为抓手缸结构示意图；图5为抓手结构示意图。图中：1、手臂及底座，2、液压系统,3、环境感知系统,4、控制系统，5、旋转底座,6、支撑臂，7、动臂，8、斗臂，9、抓臂，10、抓手，11、支撑缸，12、动臂缸，13、抓臂缸，14、抓手马达，15、抓手缸，16、手臂马达，17、控制器，18、角度传感器，19、水平摄像头，20、垂直摄像头。具体实施方式为了加强对本专利技术的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做出进一步的说明和介绍。实施例1：参见图1—图5，一种自主式扫雷排爆机械手，所述机械手包括手臂及底座1、液压系统2、环境感知系统3以及控制系统4，所述控制系统设置在手臂及底座上，所述液压系统2连接控制系统4，所述环境感知系统3包括水平摄像头18和垂直摄像头19，所述垂直摄像头设置在手臂及底座1上，所述手臂及底座1包括旋转底座5、支撑臂6、动臂7、斗臂8、抓臂9以及抓手10，所述抓手连接抓手马达14，所述支撑臂6固定安装在旋转底座5上，所述斗臂8设置在抓臂9和动臂7之间，所述动臂7与支撑臂6连接。所述手臂及底座1作为机械手的结构承载件，用于地雷或未爆弹药的抓取、移动等作业；其结构形式小且直，便于在小型化扁平的无人平台上安装和存放，所述液压系统2包括支撑缸11、动臂缸12、抓臂缸13、抓手马达14、抓手缸15以及手臂马达16，所述支撑缸11设置在支撑臂6上，所述动臂缸12连接动臂，所述抓臂缸13连接抓臂13，所述抓手缸连接抓手。所述液压系统2各执行元器件，在所述控制器17控制下，所述支撑缸11伸缩拉动所述动臂7绕轴旋转，从而产生向下或向上的角度，带动所述斗臂8向上或向下运动；所述动臂缸12伸缩带动所述斗臂8向上或向下运动，从而实施所述抓手10向前或向后；所述斗臂缸13伸缩带动所述抓手向上或向下，从而实现抓手提升或下降。所述抓手马达14旋转，调整所述抓手10抓取的角度，实现所述抓手10开口方向与弹轴向一致，便于所述抓手抓取；所述手臂马达16用于手臂整体旋转，调整机械手与目标物位置与角度，所述控制系统包括控制器17、角度传感器18及软件系统，所述控制器设置在支撑臂上，所述角本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自主式扫雷排爆机械手，其特征在于，所述机械手包括手臂及底座(1)、液压系统(2)、环境感知系统(3)以及控制系统(4)，所述控制系统设置在手臂及底座上，所述液压系统(2)连接控制系统(4)，所述环境感知系统(3)包括水平摄像头(19)和垂直摄像头(20)，所述垂直摄像头设置在手臂及底座(1)上。/n

【技术特征摘要】
1.一种自主式扫雷排爆机械手，其特征在于，所述机械手包括手臂及底座(1)、液压系统(2)、环境感知系统(3)以及控制系统(4)，所述控制系统设置在手臂及底座上，所述液压系统(2)连接控制系统(4)，所述环境感知系统(3)包括水平摄像头(19)和垂直摄像头(20)，所述垂直摄像头设置在手臂及底座(1)上。


2.根据权利要求1所述的自主式扫雷排爆机械手，其特征在于，所述手臂及底座(1)包括旋转底座(5)、支撑臂(6)、动臂(7)、斗臂(8)、抓臂(9)以及抓手10，所述抓手连接抓手马达(14)，所述支撑臂(6)固定安装在旋转底座(5)上，所述斗臂(8)设置在抓臂(9)和动臂(7)之间，所述动臂(7)与支撑臂(6)、所述动臂(7)与斗臂(8)、所述斗臂与抓臂(9)之间，均通过旋转轴连接，并且各旋转轴上均安装有角度传感器(18)，用于测量各臂旋转的角度，从而得出手臂的移动轨迹。

【专利技术属性】
技术研发人员：王清洁，祝宇云，李状，
申请(专利权)人：南京中睿安智能科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32