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基本信息
- 項目名稱：
- 新型反恐排爆機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 本作品是一款集偵查、搜索、破拆、抓取、排爆及可視化通訊六大功能為一體的智能化反恐排爆設(shè)備。智能控制部分：由上位機和DSP+CPLD及MEGA16核心控制板組成，并涵蓋RS232、RS485、CAN通信技術(shù)；車載兩個CCD攝像頭。機械部分：由履帶同步旋轉(zhuǎn)行走機構(gòu)；可更換的螺旋鉆頭、圓鋸以及防爆推鏟組成的破拆防爆機構(gòu)， 6自由度的機械手臂組成?？蛇m用于多種場合，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測、反恐排爆等作業(yè)。
- 詳細介紹：
- 近年來國內(nèi)外恐怖活動尤其是爆炸、有害氣體案件日益增多，不斷造成平民和警務(wù)人員的傷亡，引起社會內(nèi)部不穩(wěn)定，對經(jīng)濟建設(shè)帶來負(fù)面影響。在美國的“9.11”事件、印尼巴厘島恐怖爆炸等恐怖事件以及在戰(zhàn)火紛飛的巴勒斯坦、阿富汗與伊拉克等國家和地區(qū)，炸彈襲擊成為了恐怖分子成本低廉，使用頻繁，威脅巨大的主要恐怖襲擊手段。因而在當(dāng)前國際形勢下，反恐已成為國際共識，而應(yīng)對炸彈襲擊這樣的威脅，世界各國尤其是發(fā)達國家都十分重視對反恐機器人的研究和使用，尤以反恐排爆機器人成為熱點。為了減少爆炸物和有毒有害物體的社會危害，提高我國相關(guān)部門的裝備水平，減少恐怖事件中的人員傷亡，從而降低經(jīng)濟損失，我們研究并設(shè)計了一種新型反恐排爆機器人。 “新型反恐排爆機器人”是一款具有反恐排爆功能的無人駕駛救援機器人，集偵查、搜索、破拆、抓取、排爆及可視化通訊六大功能為一體，在提高排爆效率的同時保障操作人員的安全。智能控制部分：由上位機和DSP+CPLD組成的。上位機通過RS485與MEGA16電控板通信，由MEGA16電控板對19個功能電機進行組合控制，同時也通過CAN協(xié)議與DSP控制芯片通信，對機器人進行狀態(tài)檢測，而DSP2407控制系統(tǒng)驅(qū)動履帶電機并進行電源管理。此外，上位機通過從各傳感器中傳回的數(shù)據(jù)，實時的監(jiān)控機器人周邊環(huán)境，在觸摸屏上實現(xiàn)對機器人的各項功能的控制，美觀便捷。機械部分：車身頂端固定有1個6自由度的機械臂，實現(xiàn)爆炸物的抓取和放置；底盤采用履帶同步旋轉(zhuǎn)行走機構(gòu)，能夠適應(yīng)多種地貌；破拆搬運機構(gòu)主要由車身兩端的螺旋鉆頭、圓鋸以及防爆推鏟組成，通過電動推桿傳動部件控制其前后、旋轉(zhuǎn)等運動。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計、發(fā)明的目的 近年來國內(nèi)外恐怖活動尤其是爆炸、有害氣體案件日益增多，不斷造成平民和警務(wù)人員的傷亡，在帶來直接經(jīng)濟損失的同時，還影響社會內(nèi)部穩(wěn)定。為此，我們研究并設(shè)計了一種新型反恐排爆機器人。其主要用于人無法直接到達或不適宜停留的易爆炸、高輻射等場合進行危險物的排查和處置工作，是專門用于搜索、探測、處置各種爆炸危險品的機器人。 基本思路 本作品是一款集偵查、搜索、破拆、抓取、排爆及可視化通訊六大功能為一體的智能化反恐排爆設(shè)備。智能控制部分：由上位機和DSP+CPLD及MEGA16核心控制板組成，并涵蓋RS232、RS485、CAN通信技術(shù)；車載兩個CCD攝像頭。機械部分：由履帶同步旋轉(zhuǎn)行走機構(gòu)；可更換的螺旋鉆頭、圓鋸以及防爆推鏟組成的破拆防爆機構(gòu)，6自由度的機械手臂組成。 創(chuàng)新點 集偵查、搜索、破拆、抓取、排爆及可視化通訊六大功能于一身；模塊化設(shè)計，實現(xiàn)19個電機組合運動，便于組件的更換；全智能化控制，能夠?qū)崿F(xiàn)可視化遠程操作；機械、電子、自動控制等多學(xué)科的交叉融合；可按1：X比例生產(chǎn)一系列不同規(guī)格大小產(chǎn)品以適應(yīng)不同環(huán)境需求。 關(guān)鍵技術(shù) 排爆機器人的移動平臺；基于計算機視覺的精確定位、導(dǎo)航路徑規(guī)劃；通訊和控制系統(tǒng)4.多傳感器信息融合；系統(tǒng)能量管理技術(shù)：多模塊集成技術(shù) 主要技術(shù)指標(biāo) 三維尺寸：1000*500*400；自重:35KG；最大負(fù)載:50KG；最大加速度:0.5；爬坡能力:25°；最大抓取力量：120g；機械臂長度：300mm；機械臂自由度：6
科學(xué)性、先進性
- 在控制系統(tǒng)中，該機器人具備以下優(yōu)點： 1、優(yōu)異的電源控制系統(tǒng)：具備電源輸入反接保護，起欠壓報警，過流保護及系統(tǒng)開關(guān)的作用，同時可兼容擴展外接電源供電。2、完整的通信控制系統(tǒng)：基于CAN總線的機器人電機同步控制以及基于RS-485的機械模塊通信控制系統(tǒng)。3、通過速度環(huán)與電流環(huán)來調(diào)節(jié)PWM的占空比可有效實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的精準(zhǔn)控制。 在機械設(shè)計中，該機器人又具有以下優(yōu)點： 1、履帶式底盤設(shè)計，適應(yīng)多種地貌，整個設(shè)備體積小巧，靈活性高，能夠在高危險，強輻射環(huán)境下作業(yè)。2、突破性地使用兩個拱形彎臂：2個拱形彎臂自由度更高，使得探測作業(yè)更加高效，操作更加便捷。3、新穎的破拆、防爆推鏟結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)化的接口設(shè)計，能夠根據(jù)實際需求更換不同的破拆工具，實用性高。可升降推鏟可以實現(xiàn)多種地貌的破障前行并能保護機身不受爆破損傷。 該設(shè)備適用于在人不宜停留的極端危險環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)全方位探測，精準(zhǔn)定位，有效排爆，確保人員安全。涉及信息、機械、控制等多學(xué)科專業(yè)知識，是一款具備高性能驅(qū)動監(jiān)測系統(tǒng)的新型反恐排爆機器人。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 該項目《新型反恐排爆機器人》已于2010年11月25日完成查新工作，查新部門為“教育部科技查新工作站G09”。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 1.實物、產(chǎn)品 2.圖紙 3.現(xiàn)場演示 4.圖片 5.錄像
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 該作品的技術(shù)特點和優(yōu)勢1>多傳感器信息融合, 采用視覺傳感器CCD與蛇形攝像頭對環(huán)境監(jiān)測。2>標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計,針對不同環(huán)境更換破拆工具。3>控制系統(tǒng)智能化，通過傳感器反饋加入算法實現(xiàn)基礎(chǔ)的自主避障。4>機械臂與蛇形攝像頭協(xié)同工作，提高操作的靈活性。5>人性化遠程操控界面，便捷的操作在實際應(yīng)用時更為關(guān)鍵。 作品的適應(yīng)范圍該機器人適用于在反恐排爆現(xiàn)場等人不宜停留的極端危險環(huán)境中，如核電站、石油化工等高輻射高腐蝕環(huán)境。同時可適用于不定時有突發(fā)事件的恐怖現(xiàn)場，隨時會引發(fā)爆炸的火災(zāi)現(xiàn)場,，有易燃、易爆或劇毒氣體的現(xiàn)場。 實用性及經(jīng)濟性分析新型反恐排爆機器人結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，功能全面實用，工作人員可以控制機器人完成反恐偵查、搜索、破拆、抓取、排爆及可視化通訊等功能。 市場上的反恐排爆類機器人普遍價格過高，功能單一。本作品在設(shè)計過程中通過多次討論斟酌，選擇了最為經(jīng)濟可靠的方案。成本控制合理，相較于市場上同類產(chǎn)品，價格適當(dāng)，功能全面，操作簡便，使用壽命長，具有很高的推廣價值。
同類課題研究水平概述
- 1國外排爆機器人研究現(xiàn)狀： 在反恐防暴大型車輛、機器人、檢測監(jiān)控手段及特種攻擊手段等技術(shù)裝備領(lǐng)域，以色列、美國、英國、法國、日本等國家處于領(lǐng)先的地位。9.11事件以來，各國更加強了反恐排爆機器人的研制工作。其中以英國和法國的研究最為突出。英國由于民族矛盾，飽受爆炸物的威脅，因而早在60年代就成功研制出排爆機器人。英國研制的履帶式手推車(Wheelbarrow)及超級手推車(SuperM)排爆機器人，已經(jīng)向50多個國家的軍警機構(gòu)售出了800臺以上。以色列二十一世紀(jì)九月有限公司研制的TSR-700黃蜂警戒車作為保安用的地面機器人車輛，可用于易爆物處理、警戒、偵察、消防、巡邏和危險品搬運等。 2國內(nèi)排爆機器人研究現(xiàn)狀： 國內(nèi)對反恐排爆機器人的研究相對起步較晚，但目前已有不少科研單位紛紛加入智能排爆機器人的研究行列。廣州衛(wèi)富機器人公司是全國第一家專門從事危險業(yè)(排爆)機器人研制的公司，該公司研制的PXJ系列機器人移動性能好，可跨越400mm高的障礙、500mm寬的壕溝，能夠上下40°的樓梯爬坡，可以前進、后退、原地轉(zhuǎn)彎，最高速度大于30m/min；載體上可安放1或2只3～7個自由度的電動機械手并可進行多種作業(yè)。 3國內(nèi)外排爆機器人技術(shù)現(xiàn)狀分析： 目前反恐排爆機器人主要包括移動載體、作業(yè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)和通訊系統(tǒng)。為了適應(yīng)復(fù)雜地形需求，移動載體設(shè)計往往比較復(fù)雜，如采用輪式和履帶及其組合完成越障、爬樓梯等任務(wù)，典型的例子有英國皇家武器裝備研究與發(fā)展院研制的手推車MK8、美國Remotec公司的AndrosIV系列等。國內(nèi)的企業(yè)如廣州衛(wèi)富、北京瑞奇等，主要采用仿制國外成熟產(chǎn)品的發(fā)展思路，設(shè)計思路大同小異。機械手臂是作業(yè)系統(tǒng)中最常用最重要的模塊之一，承載能力和靈活程度是主要的衡量指標(biāo)。在目前的反恐排爆機器人上，由于能源、重量限制，機械手往往負(fù)重能力不能做的太大，國內(nèi)普遍小于10kg，國外也大多小于20kg；同時自由度也往往在4個左右，操作范圍有限。 本項目采用履帶型移動載體和遙控操作機械臂相結(jié)合的方式，拓展了反恐排爆機器人的應(yīng)用范圍，可適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的避障要求。機械臂采用有線或無線遙控操作，實現(xiàn)了多種自主功能。目前該項目《新型反恐排爆機器人》已完成查新工作，查新部門為“教育部科技查新工作站G09”。
