一种排爆机械臂及控制方法【掌桥专利】

文献发布时间：2024-04-18 19:58:30

技术领域

本发明涉及排爆机械臂技术领域，尤其是涉及一种排爆机械臂及控制方法。

背景技术

目前，现有的排爆机械臂的移动部一般采用地形适应性较强的履带移动机构，排爆部采用一个可以伸缩移动的机械臂，机械臂的端部设置一个夹爪来应对不同排爆任务。

公开号为CN112775928A的中国发明专利公开了一种具有开孔及剪线功能的排爆机器人，其解决了现有排爆机器人只能转移爆炸物而不能及时拆除爆炸物，强行摧毁爆炸物容易造成重大损失的技术问题，其包括平台、控制器、行走机构、X轴驱动电机、X轴丝杠、X轴滑块、Y轴驱动电机、Y轴丝杠、Y轴滑块、Z轴驱动电机、Z轴丝杠、Z轴滑块、底板、支撑板、开孔装置、全向软体机械臂、剪线钳和末端摄像头，平台与行走机构连接，开孔装置与支撑板连接，全向软体机械臂与支撑板连接，全向软体机械臂包括驱动机构和软体机械臂本体，剪线钳与软体机械臂本体的前端连接，末端摄像头与软体机械臂本体的前端连接。

这种排爆机械臂存在的问题是：在履带移动机构移动到排爆任务点后，机械臂的作业方式是侧面进行排爆，排爆的方式是自主或者遥控的方式采用夹爪来对爆炸物进行处理，由于整个操作过程基于侧面的视觉来进行决定，导致并不能全局了解爆炸物的情况，夹爪的支撑来自一侧的履带移动机构，也不够稳定，在排爆过程中如果发生意外爆炸，也不能很好地做出防护。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种排爆机械臂及控制方法。采用如下的技术方案：

一种排爆机械臂，包括行走机构、伸缩式机械臂机构、排爆平台板、六自由度并联机械臂、电动防护罩机构和自动控制器，所述伸缩式机械臂机构的一端安装在行走机构的顶部，所述排爆平台板的顶部安装在伸缩式机械臂机构的另一端，并在伸缩式机械臂机构的驱动下伸出到行走机构的外部，位于待排爆危险物的正上方，所述六自由度并联机械臂的底座安装在排爆平台板上，并位于排爆平台板的下方进行六自由度作业，所述电动防护罩机构包括四个电动伸缩装置和四个伸缩式防护板装置，四个电动伸缩装置的底部分别安装在排爆平台板的底部四个角，四个伸缩式防护板装置的一个侧边分别安装在排爆平台板的底部四边，且伸缩式防护板装置的另一个侧边的两侧分别连接安装在相邻两个电动伸缩装置的伸缩端，四个电动伸缩装置的伸缩端完全伸出时，驱动四个伸缩式防护板装置和排爆平台板将待排爆危险物完全罩住，所述自动控制器分别与行走机构、伸缩式机械臂机构、六自由度并联机械臂和电动防护罩机构控制连接。

通过采用上述技术方案，采用行走机构来进行移动，行走机构可以是履带行走机构、多轮行走机构等，可以适应不同地形移动需求，在自动控制器的控制下可以进行自主移动到待排爆危险物侧边，伸缩式机械臂机构可以将与排爆关联的排爆平台板、六自由度并联机械臂和电动防护罩机构驱动到待排爆危险物的正上方，这样六自由度并联机械臂可以执行排爆动作；

而电动防护罩机构实际上与六自由度并联机械臂都安装在排爆平台板的下方，四个电动伸缩装置的伸缩端完全伸出时，驱动四个伸缩式防护板装置和排爆平台板将待排爆危险物完全罩住，六自由度并联机械臂就在一个相对封闭的环境中进行排爆，在排爆出现意外爆炸的情况，能将爆炸对外界的危险降低；

此时六自由度并联机械臂可以在排爆平台板这个相对较为平整的平台下进行排爆动作，这排爆动作是由上至下的，区别于传统的侧方作业，可以在视觉摄像头的配合下更好的执行排爆动作，排爆动作的执行可以是基于视觉分析的自主排爆，也可是远端控制中心的排爆专家在视觉摄像头的画面下进行远程遥控排爆，整个排爆过程是在俯视的视角进行的，当然，还可以在六自由度并联机械臂的操作端设置摄像头，提供更多角度的画面，为排爆提供更加全面的线索，减少排爆中爆炸的风险。

可选的，还包括电动转盘，所述电动转盘的底座可拆卸安装在行走机构的顶部，所述伸缩式机械臂机构的底座安装在电动转盘的转动部。

通过采用上述技术方案，电动转盘的转动部可以驱动伸缩式机械臂机构实现转动，这样在执行排爆任务时，行走机构可以在环绕待排爆危险物的一定距离内的任意位置停下，便于寻找更平整的地面停下来作业，为排爆提供更稳定的外部环境。

可选的，伸缩式机械臂机构包括连接座、第一机械臂、第二机械臂和多个驱动杆，所述连接座的底部可拆卸安装在行走机构的顶部，所述第一机械臂的一端通过转轴可转动安装在连接座的顶部，所述第二机械臂的一端通过转轴可转动连接在第一机械臂的另一端，所述第二机械臂的另一端设有排爆平台安装端，所述排爆平台板的顶部可拆卸安装在排爆平台安装端的底部，所述多个驱动杆连接安装在第一机械臂和第二机械臂之间，驱动第一机械臂和第二机械臂完成收纳和展开动作，且当第一机械臂和第二机械臂完全展开时，排爆平台板处于水平状态，自动控制器分别与多个驱动杆控制连接。

可选的，行走机构是电动履带车，多个驱动杆分别是电动伸缩杆。

通过采用上述技术方案，伸缩式机械臂机构实际上是一种可以收缩展开的电动伸缩机构，在多个电动伸缩杆的驱动下，可以将第一机械臂和第二机械臂折叠或展开，展开作业时，可以将排爆平台板、六自由度并联机械臂和电动防护罩机构驱动到行走机构的外部，这样为排爆作业提供更稳定的作业环境。

可选的，六自由度并联机械臂包括连接箱体、三个并联机械臂、连接板、电动夹爪和伺服控制器，所述连接箱体的顶部可拆卸安装在排爆平台板的底部，三个并联机械臂的驱动伺服电机分别安装在连接箱体内，机械臂位于连接箱体下方，且末端分别连接在连接板的侧边，三个并联机械臂驱动连接板在排爆平台板的下方区域内进行六自由度移动，所述电动夹爪的底座安装在连接板的底面，用于执行排爆动作，所述伺服控制器分别控制三个并联机械臂驱动伺服电机的执行动作，自动控制器与伺服控制器和电动夹爪控制连接。

通过采用上述技术方案，六自由度并联机械臂的结构实际上是德尔塔并联机器人的一种具体应用，在伺服控制器控制三个并联机械臂的联动驱动下，连接板以及其上的电动夹爪可以在待排爆危险物的上方进行六自由度移动，能更好地执行排爆动作。

可选的，四个电动伸缩装置分别是电动伸缩杆，四个伸缩式防护板装置分别是伸缩风琴板。

可选的，自动控制器包括行走视觉摄像头、排爆视觉摄像头、视觉分析模块、主控芯片、存储器和无线传输模块，所述行走视觉摄像头安装在伸缩式机械臂机构上，所述排爆视觉摄像头安装在排爆平台板的底部，行走视觉摄像头和排爆视觉摄像头分别与视觉分析模块通信连接，所述视觉分析模块与主控芯片通信连接，所述主控芯片分别与行走机构、伸缩式机械臂机构、六自由度并联机械臂和电动防护罩机构的各执行器控制连接，所述存储器与主控芯片通信连接，主控芯片通过无线传输模块与远端控制中心无线通信连接。

可选的，还包括GPS定位模块，所述GPS定位模块与主控芯片通信连接。

可选的，视觉分析模块是视觉分析芯片，所述无线传输模块是5G通信模块。

通过采用上述技术方案，行走视觉摄像头可以在行走机构的行走过程中提供视觉画面，视觉分析模块可自主地分析画面，为行进过程进行更好的路径规划，排爆视觉摄像头可以从上俯瞰待排爆危险物，为排爆动作提供更好更全面的视角画面，无论是自主排爆和远程遥控排爆都将获得更加全面的待排爆危险物的信息，主控芯片可以对各个机构的执行器进行自动化控制，存储器存储指令数据和排爆数据，无线传输模块可以是4G或5G无线通信模块，为排爆提供远程协助。

一种排爆机械臂控制方法，采用一种排爆机械臂进行排爆，包括以下步骤：

步骤，远端控制中心通过无线传输模块向主控芯片传输待排爆危险物的位置数据；

步骤，主控芯片基于GPS定位模块的数据和待排爆危险物的位置数据，控制行走机构移动到待排爆危险物的一侧，并在移动过程中，根据视觉分析模块分析结果进行实时路径优化；

步骤，主控芯片控制伸缩式机械臂机构展开，使排爆平台板位于待排爆危险物的正上方500mm-1500mm的位置；

步骤，主控芯片控制四个电动伸缩装置的伸缩端完全伸出，驱动四个伸缩式防护板装置和排爆平台板将待排爆危险物完全罩住；

步骤，基于排爆视觉摄像头拍摄的画面，主控芯片控制六自由度并联机械臂联动执行排爆动作。

综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

本发明能提供一种排爆机械臂及控制方法，可以适应不同地形移动需求，在基于芯片的自动控制器的控制下可以进行自主移动到待排爆危险物侧边，伸缩式机械臂机构可以将排爆相关的各个机构驱动到待排爆危险物的正上方，这样六自由度并联机械臂可以执行排爆动作；

而电动防护罩机构的四个电动伸缩装置的伸缩端完全伸出时，驱动四个伸缩式防护板装置和排爆平台板将待排爆危险物完全罩住，六自由度并联机械臂就在一个相对封闭的环境中进行排爆，在排爆出现意外爆炸的情况，能将爆炸对外界的危险降低；

此时六自由度并联机械臂可以在相对较为平整的平台下进行排爆动作，这排爆动作是由上至下的，区别于传统的侧方作业，可以在视觉摄像头的配合下更好的执行排爆动作，排爆动作的执行可以是基于视觉分析的自主排爆，也可是远端控制中心的排爆专家在视觉摄像头的画面下进行远程遥控排爆，整个排爆过程是在俯视的视角进行的，减少排爆中爆炸的风险。

附图说明

图1是本发明一种排爆机械臂的结构示意图；

图2是本发明一种排爆机械臂电动防护罩机构未打开前六自由度并联机械臂的结构示意图；

图3是本发明一种排爆机械臂电动防护罩机构打开状态结构示意图；

图4是本发明一种排爆机械臂的电器件连接原理示意图。

附图标记说明：1、行走机构；2、伸缩式机械臂机构；21、连接座；22、第一机械臂；23、第二机械臂；231、排爆平台安装端；24、驱动杆；3、排爆平台板；4、六自由度并联机械臂；41、连接箱体；42、并联机械臂；43、连接板；44、电动夹爪；45、伺服控制器；5、电动防护罩机构；51、电动伸缩装置；52、伸缩式防护板装置；6、自动控制器；61、行走视觉摄像头；62、排爆视觉摄像头；63、视觉分析模块；64、主控芯片；65、存储器；66、无线传输模块；67、GPS定位模块；7、电动转盘；100、远端控制中心。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例公开一种排爆机械臂及控制方法。

参照图1－图4，实施例1，一种排爆机械臂，包括行走机构1、伸缩式机械臂机构2、排爆平台板3、六自由度并联机械臂4、电动防护罩机构5和自动控制器6，伸缩式机械臂机构2的一端安装在行走机构1的顶部，排爆平台板3的顶部安装在伸缩式机械臂机构2的另一端，并在伸缩式机械臂机构2的驱动下伸出到行走机构1的外部，位于待排爆危险物的正上方，六自由度并联机械臂4的底座安装在排爆平台板3上，并位于排爆平台板3的下方进行六自由度作业，电动防护罩机构5包括四个电动伸缩装置51和四个伸缩式防护板装置52，四个电动伸缩装置51的底部分别安装在排爆平台板3的底部四个角，四个伸缩式防护板装置52的一个侧边分别安装在排爆平台板3的底部四边，且伸缩式防护板装置52的另一个侧边的两侧分别连接安装在相邻两个电动伸缩装置51的伸缩端，四个电动伸缩装置51的伸缩端完全伸出时，驱动四个伸缩式防护板装置52和排爆平台板3将待排爆危险物完全罩住，自动控制器6分别与行走机构1、伸缩式机械臂机构2、六自由度并联机械臂4和电动防护罩机构5控制连接。

采用行走机构1来进行移动，行走机构1可以是履带行走机构、多轮行走机构等，可以适应不同地形移动需求，在自动控制器6的控制下可以进行自主移动到待排爆危险物侧边，伸缩式机械臂机构2可以将与排爆关联的排爆平台板3、六自由度并联机械臂4和电动防护罩机构5驱动到待排爆危险物的正上方，这样六自由度并联机械臂4可以执行排爆动作；

而电动防护罩机构5实际上与六自由度并联机械臂4都安装在排爆平台板3的下方，四个电动伸缩装置51的伸缩端完全伸出时，驱动四个伸缩式防护板装置52和排爆平台板3将待排爆危险物完全罩住，六自由度并联机械臂4就在一个相对封闭的环境中进行排爆，在排爆出现意外爆炸的情况，能将爆炸对外界的危险降低；

此时六自由度并联机械臂4可以在排爆平台板3这个相对较为平整的平台下进行排爆动作，这排爆动作是由上至下的，区别于传统的侧方作业，可以在视觉摄像头的配合下更好的执行排爆动作，排爆动作的执行可以是基于视觉分析的自主排爆，也可是远端控制中心100的排爆专家在视觉摄像头的画面下进行远程遥控排爆，整个排爆过程是在俯视的视角进行的，当然，还可以在六自由度并联机械臂4的操作端设置摄像头，提供更多角度的画面，为排爆提供更加全面的线索，减少排爆中爆炸的风险。

实施例2，还包括电动转盘7，电动转盘7的底座可拆卸安装在行走机构1的顶部，伸缩式机械臂机构2的底座安装在电动转盘7的转动部。

电动转盘7的转动部可以驱动伸缩式机械臂机构2实现转动，这样在执行排爆任务时，行走机构1可以在环绕待排爆危险物的一定距离内的任意位置停下，便于寻找更平整的地面停下来作业，为排爆提供更稳定的外部环境。

实施例3，伸缩式机械臂机构2包括连接座21、第一机械臂22、第二机械臂23和多个驱动杆24，连接座21的底部可拆卸安装在行走机构1的顶部，第一机械臂22的一端通过转轴可转动安装在连接座21的顶部，第二机械臂23的一端通过转轴可转动连接在第一机械臂22的另一端，第二机械臂23的另一端设有排爆平台安装端231，排爆平台板3的顶部可拆卸安装在排爆平台安装端231的底部，多个驱动杆24连接安装在第一机械臂22和第二机械臂23之间，驱动第一机械臂22和第二机械臂23完成收纳和展开动作，且当第一机械臂22和第二机械臂23完全展开时，排爆平台板3处于水平状态，自动控制器6分别与多个驱动杆24控制连接。

行走机构1是电动履带车，多个驱动杆24分别是电动伸缩杆。

伸缩式机械臂机构2实际上是一种可以收缩展开的电动伸缩机构，在多个电动伸缩杆的驱动下，可以将第一机械臂22和第二机械臂23折叠或展开，展开作业时，可以将排爆平台板3、六自由度并联机械臂4和电动防护罩机构5驱动到行走机构1的外部，这样为排爆作业提供更稳定的作业环境。

实施例4，六自由度并联机械臂4包括连接箱体41、三个并联机械臂42、连接板43、电动夹爪44和伺服控制器45，连接箱体41的顶部可拆卸安装在排爆平台板3的底部，三个并联机械臂42的驱动伺服电机分别安装在连接箱体41内，机械臂位于连接箱体41下方，且末端分别连接在连接板43的侧边，三个并联机械臂42驱动连接板43在排爆平台板3的下方区域内进行六自由度移动，电动夹爪44的底座安装在连接板43的底面，用于执行排爆动作，伺服控制器45分别控制三个并联机械臂42驱动伺服电机的执行动作，自动控制器6与伺服控制器45和电动夹爪44控制连接。

六自由度并联机械臂4的结构实际上是德尔塔并联机器人的一种具体应用，在伺服控制器45控制三个并联机械臂42的联动驱动下，连接板43以及其上的电动夹爪44可以在待排爆危险物的上方进行六自由度移动，能更好地执行排爆动作。

实施例5，四个电动伸缩装置51分别是电动伸缩杆，四个伸缩式防护板装置52分别是伸缩风琴板。

实施例6，自动控制器6包括行走视觉摄像头61、排爆视觉摄像头62、视觉分析模块63、主控芯片64、存储器65和无线传输模块66，行走视觉摄像头61安装在伸缩式机械臂机构2上，排爆视觉摄像头62安装在排爆平台板3的底部，行走视觉摄像头61和排爆视觉摄像头62分别与视觉分析模块63通信连接，视觉分析模块63与主控芯片64通信连接，主控芯片64分别与行走机构1、伸缩式机械臂机构2、六自由度并联机械臂4和电动防护罩机构5的各执行器控制连接，存储器65与主控芯片64通信连接，主控芯片64通过无线传输模块66与远端控制中心100无线通信连接。

实施例7，还包括GPS定位模块67，GPS定位模块67与主控芯片64通信连接。

视觉分析模块63是视觉分析芯片，无线传输模块66是5G通信模块。

行走视觉摄像头61可以在行走机构1的行走过程中提供视觉画面，视觉分析模块63可自主的分析画面，为行进过程进行更好的路径规划，排爆视觉摄像头62可以从上俯瞰待排爆危险物，为排爆动作提供更好更全面的视角画面，无论是自主排爆和远程遥控排爆都将获得更加全面的待排爆危险物的信息，主控芯片64可以对各个机构的执行器进行自动化控制，存储器65存储指令数据和排爆数据，无线传输模块66可以是4G或5G无线通信模块，为排爆提供远程协助。

实施例8，一种排爆机械臂控制方法，采用一种排爆机械臂进行排爆，包括以下步骤：

步骤1，远端控制中心100通过无线传输模块66向主控芯片64传输待排爆危险物的位置数据；

步骤2，主控芯片64基于GPS定位模块67的数据和待排爆危险物的位置数据，控制行走机构1移动到待排爆危险物的一侧，并在移动过程中，根据视觉分析模块63分析结果进行实时路径优化；

步骤3，主控芯片64控制伸缩式机械臂机构2展开，使排爆平台板3位于待排爆危险物的正上方500mm-1500mm的位置；

步骤4，主控芯片64控制四个电动伸缩装置51的伸缩端完全伸出，驱动四个伸缩式防护板装置52和排爆平台板3将待排爆危险物完全罩住；

步骤5，基于排爆视觉摄像头62拍摄的画面，主控芯片64控制六自由度并联机械臂4联动执行排爆动作。

以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。