基本信息
- 项目名称：
- 新型反恐排爆机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品是一款集侦查、搜索、破拆、抓取、排爆及可视化通讯六大功能为一体的智能化反恐排爆设备。智能控制部分：由上位机和DSP+CPLD及MEGA16核心控制板组成，并涵盖RS232、RS485、CAN通信技术；车载两个CCD摄像头。机械部分：由履带同步旋转行走机构；可更换的螺旋钻头、圆锯以及防爆推铲组成的破拆防爆机构， 6自由度的机械手臂组成。可适用于多种场合，实现现场监测、反恐排爆等作业。
- 详细介绍：
- 近年来国内外恐怖活动尤其是爆炸、有害气体案件日益增多，不断造成平民和警务人员的伤亡，引起社会内部不稳定，对经济建设带来负面影响。在美国的“9.11”事件、印尼巴厘岛恐怖爆炸等恐怖事件以及在战火纷飞的巴勒斯坦、阿富汗与伊拉克等国家和地区，炸弹袭击成为了恐怖分子成本低廉，使用频繁，威胁巨大的主要恐怖袭击手段。因而在当前国际形势下，反恐已成为国际共识，而应对炸弹袭击这样的威胁，世界各国尤其是发达国家都十分重视对反恐机器人的研究和使用，尤以反恐排爆机器人成为热点。为了减少爆炸物和有毒有害物体的社会危害，提高我国相关部门的装备水平，减少恐怖事件中的人员伤亡，从而降低经济损失，我们研究并设计了一种新型反恐排爆机器人。 “新型反恐排爆机器人”是一款具有反恐排爆功能的无人驾驶救援机器人，集侦查、搜索、破拆、抓取、排爆及可视化通讯六大功能为一体，在提高排爆效率的同时保障操作人员的安全。智能控制部分：由上位机和DSP+CPLD组成的。上位机通过RS485与MEGA16电控板通信，由MEGA16电控板对19个功能电机进行组合控制，同时也通过CAN协议与DSP控制芯片通信，对机器人进行状态检测，而DSP2407控制系统驱动履带电机并进行电源管理。此外，上位机通过从各传感器中传回的数据，实时的监控机器人周边环境，在触摸屏上实现对机器人的各项功能的控制，美观便捷。机械部分：车身顶端固定有1个6自由度的机械臂，实现爆炸物的抓取和放置；底盘采用履带同步旋转行走机构，能够适应多种地貌；破拆搬运机构主要由车身两端的螺旋钻头、圆锯以及防爆推铲组成，通过电动推杆传动部件控制其前后、旋转等运动。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 作品设计、发明的目的 近年来国内外恐怖活动尤其是爆炸、有害气体案件日益增多，不断造成平民和警务人员的伤亡，在带来直接经济损失的同时，还影响社会内部稳定。为此，我们研究并设计了一种新型反恐排爆机器人。其主要用于人无法直接到达或不适宜停留的易爆炸、高辐射等场合进行危险物的排查和处置工作，是专门用于搜索、探测、处置各种爆炸危险品的机器人。 基本思路 本作品是一款集侦查、搜索、破拆、抓取、排爆及可视化通讯六大功能为一体的智能化反恐排爆设备。智能控制部分：由上位机和DSP+CPLD及MEGA16核心控制板组成，并涵盖RS232、RS485、CAN通信技术；车载两个CCD摄像头。机械部分：由履带同步旋转行走机构；可更换的螺旋钻头、圆锯以及防爆推铲组成的破拆防爆机构，6自由度的机械手臂组成。 创新点 集侦查、搜索、破拆、抓取、排爆及可视化通讯六大功能于一身；模块化设计，实现19个电机组合运动，便于组件的更换；全智能化控制，能够实现可视化远程操作；机械、电子、自动控制等多学科的交叉融合；可按1：X比例生产一系列不同规格大小产品以适应不同环境需求。 关键技术 排爆机器人的移动平台；基于计算机视觉的精确定位、导航路径规划；通讯和控制系统4.多传感器信息融合；系统能量管理技术：多模块集成技术 主要技术指标 三维尺寸：1000*500*400；自重:35KG；最大负载:50KG；最大加速度:0.5；爬坡能力:25°；最大抓取力量：120g；机械臂长度：300mm；机械臂自由度：6
科学性、先进性
- 在控制系统中，该机器人具备以下优点： 1、优异的电源控制系统：具备电源输入反接保护，起欠压报警，过流保护及系统开关的作用，同时可兼容扩展外接电源供电。2、完整的通信控制系统：基于CAN总线的机器人电机同步控制以及基于RS-485的机械模块通信控制系统。3、通过速度环与电流环来调节PWM的占空比可有效实现对转速的精准控制。 在机械设计中，该机器人又具有以下优点： 1、履带式底盘设计，适应多种地貌，整个设备体积小巧，灵活性高，能够在高危险，强辐射环境下作业。2、突破性地使用两个拱形弯臂：2个拱形弯臂自由度更高，使得探测作业更加高效，操作更加便捷。3、新颖的破拆、防爆推铲结构：标准化的接口设计，能够根据实际需求更换不同的破拆工具，实用性高。可升降推铲可以实现多种地貌的破障前行并能保护机身不受爆破损伤。 该设备适用于在人不宜停留的极端危险环境，能够实现全方位探测，精准定位，有效排爆，确保人员安全。涉及信息、机械、控制等多学科专业知识，是一款具备高性能驱动监测系统的新型反恐排爆机器人。
获奖情况及鉴定结果
- 该项目《新型反恐排爆机器人》已于2010年11月25日完成查新工作，查新部门为“教育部科技查新工作站G09”。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 有偿转让
作品可展示的形式
- 1.实物、产品 2.图纸 3.现场演示 4.图片 5.录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 该作品的技术特点和优势1>多传感器信息融合, 采用视觉传感器CCD与蛇形摄像头对环境监测。2>标准化、模块化设计,针对不同环境更换破拆工具。3>控制系统智能化，通过传感器反馈加入算法实现基础的自主避障。4>机械臂与蛇形摄像头协同工作，提高操作的灵活性。5>人性化远程操控界面，便捷的操作在实际应用时更为关键。 作品的适应范围该机器人适用于在反恐排爆现场等人不宜停留的极端危险环境中，如核电站、石油化工等高辐射高腐蚀环境。同时可适用于不定时有突发事件的恐怖现场，随时会引发爆炸的火灾现场,，有易燃、易爆或剧毒气体的现场。 实用性及经济性分析新型反恐排爆机器人结构创新，功能全面实用，工作人员可以控制机器人完成反恐侦查、搜索、破拆、抓取、排爆及可视化通讯等功能。 市场上的反恐排爆类机器人普遍价格过高，功能单一。本作品在设计过程中通过多次讨论斟酌，选择了最为经济可靠的方案。成本控制合理，相较于市场上同类产品，价格适当，功能全面，操作简便，使用寿命长，具有很高的推广价值。
同类课题研究水平概述
- 1国外排爆机器人研究现状： 在反恐防暴大型车辆、机器人、检测监控手段及特种攻击手段等技术装备领域，以色列、美国、英国、法国、日本等国家处于领先的地位。9.11事件以来，各国更加强了反恐排爆机器人的研制工作。其中以英国和法国的研究最为突出。英国由于民族矛盾，饱受爆炸物的威胁，因而早在60年代就成功研制出排爆机器人。英国研制的履带式手推车(Wheelbarrow)及超级手推车(SuperM)排爆机器人，已经向50多个国家的军警机构售出了800台以上。以色列二十一世纪九月有限公司研制的TSR-700黄蜂警戒车作为保安用的地面机器人车辆，可用于易爆物处理、警戒、侦察、消防、巡逻和危险品搬运等。 2国内排爆机器人研究现状： 国内对反恐排爆机器人的研究相对起步较晚，但目前已有不少科研单位纷纷加入智能排爆机器人的研究行列。广州卫富机器人公司是全国第一家专门从事危险业(排爆)机器人研制的公司，该公司研制的PXJ系列机器人移动性能好，可跨越400mm高的障碍、500mm宽的壕沟，能够上下40°的楼梯爬坡，可以前进、后退、原地转弯，最高速度大于30m/min；载体上可安放1或2只3～7个自由度的电动机械手并可进行多种作业。 3国内外排爆机器人技术现状分析： 目前反恐排爆机器人主要包括移动载体、作业系统、控制系统、传感系统和通讯系统。为了适应复杂地形需求，移动载体设计往往比较复杂，如采用轮式和履带及其组合完成越障、爬楼梯等任务，典型的例子有英国皇家武器装备研究与发展院研制的手推车MK8、美国Remotec公司的AndrosIV系列等。国内的企业如广州卫富、北京瑞奇等，主要采用仿制国外成熟产品的发展思路，设计思路大同小异。机械手臂是作业系统中最常用最重要的模块之一，承载能力和灵活程度是主要的衡量指标。在目前的反恐排爆机器人上，由于能源、重量限制，机械手往往负重能力不能做的太大，国内普遍小于10kg，国外也大多小于20kg；同时自由度也往往在4个左右，操作范围有限。 本项目采用履带型移动载体和遥控操作机械臂相结合的方式，拓展了反恐排爆机器人的应用范围，可适应复杂环境的避障要求。机械臂采用有线或无线遥控操作，实现了多种自主功能。目前该项目《新型反恐排爆机器人》已完成查新工作，查新部门为“教育部科技查新工作站G09”。
