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本作品集機(jī)械、電子和計算機(jī)控制技術(shù)于一體，以類人機(jī)械臂、履帶式行走底座和鉗夾式手爪為核心，實現(xiàn)了一款遠(yuǎn)程遙控排爆機(jī)器人。
采用嵌入式工控計算機(jī)進(jìn)行上下位機(jī)的通信控制，提高了控制系統(tǒng)的可靠性；將DirectX技術(shù)中的DirectInput及DirectShow編程運用于排爆機(jī)器人的控制，使控制策略更加有效；運用推力穩(wěn)定的電動推桿結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了五自由度機(jī)械臂的平穩(wěn)伸折；采用三電機(jī)驅(qū)動的夾鉗式手爪，可實現(xiàn)大夾持力抓??；充分運用履帶式行走底座的越障能力，可實現(xiàn)爬坡、泥濘路面的高通過性能；高清攝像機(jī)的遠(yuǎn)距離視頻圖像傳輸以及機(jī)械臂角度小視窗線條顯示，實現(xiàn)了外界環(huán)境的全局觀察，可實時交互地完成對可疑目標(biāo)的遙控抓??；采用230MHz工業(yè)頻段通信系統(tǒng)傳送指令，2.4GHz通信頻段傳送視頻，保證了較強(qiáng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)遙控距離達(dá)到1000米以上。
與現(xiàn)有的排爆機(jī)器人的技術(shù)相比，該作品的具有運行平穩(wěn)、大力矩、操作簡單、控制可靠、成本低等顯著特點，可為產(chǎn)品化或批量生產(chǎn)提供參考。

本設(shè)計在對國內(nèi)外排爆機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行充分調(diào)研和分析的基礎(chǔ)上，面對恐怖爆炸事件的新形勢和特點，結(jié)合我們的專業(yè)知識，進(jìn)行了多關(guān)節(jié)機(jī)械臂式遠(yuǎn)程遙控排爆機(jī)器人的研制工作，該款機(jī)器人具有操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、能夠勝任多種排爆任務(wù)等特點。
在對國內(nèi)外排爆機(jī)器人的性能指標(biāo)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本設(shè)計在體積、機(jī)械臂、手爪結(jié)構(gòu)及抓舉強(qiáng)度上加以改進(jìn)，實現(xiàn)了一款多關(guān)節(jié)機(jī)械臂式遠(yuǎn)程遙控排爆機(jī)器人。該機(jī)器人基于履帶型移動平臺，通過遠(yuǎn)距離遙控操作，實現(xiàn)較高的移動速度和復(fù)雜路面的通過性能；伸展長度達(dá)1.8m的二自由度機(jī)械臂，配合可開閉、上下仰俯、360度旋轉(zhuǎn)的三自由度夾鉗式手爪，基于多路視頻圖像無線傳輸和傳感器技術(shù)，采用先進(jìn)的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)手爪運動軌跡的準(zhǔn)確控制，可夾持重達(dá)20KG的目標(biāo)物體；多功能組合通信控制箱將使整個機(jī)器人的綜合性能得到較大提升，可適應(yīng)更多復(fù)雜排爆任務(wù)的需要。
與同等大小的同類排爆機(jī)器人相比，該機(jī)器人具有抓舉力量大、自身重量較輕、運動速度更快等特點。
具體技術(shù)指標(biāo)如下：
重 量： 95kg（底座）+ 22.3Kg（臂、推桿、手爪）+33.2Kg（電池組）=150.5Kg
手 爪：三自由度，最大夾持力20Kg
機(jī) 械 臂：二自由度，伸展長度1.8米，伸展高度2.1米
電 源： DC48V，100AH
運動速度：空載大于5Km/h
控制方式：遠(yuǎn)程遙控
遙控距離：空曠地帶1000米以上，些許障礙物時500米以上
本作品的測試分為三個階段進(jìn)行：
（1）軟件模擬。利用Pro/E軟件對機(jī)器人的底座、臂、手爪等關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸及運動范圍的模擬設(shè)計，確定各部分主要尺寸。
（2）分部件試驗。對行走底座、機(jī)械臂、手爪、上位機(jī)、下位機(jī)等功能部件進(jìn)行獨立實驗、調(diào)試，確認(rèn)各部分可靠工作。
（3）系統(tǒng)整體測試。整體安裝后，進(jìn)行系統(tǒng)各部件、硬件軟件聯(lián)合測試，對整體性能指標(biāo)進(jìn)行量化檢驗，并對機(jī)器人的操控性能等進(jìn)行總體評價。
通過對這些不同材質(zhì)的目標(biāo)物的成功抓取，從而驗證了機(jī)械臂、手爪的靈活性和穩(wěn)定性，同時也驗證了機(jī)械臂的高強(qiáng)度和可控性。
最終的實測性能指標(biāo)見下：
總 重 量：95kg（底座）+ 22.3Kg（臂、推桿、手爪）+33.2Kg（電池組）=150.5Kg
底座體積：110cm×65cm×35cm
手 爪：三自由度，最大夾持力20Kg
手爪最大夾持直徑：20cm
機(jī) 械 臂：二自由度，伸展長度1.8米，伸展高度2米
電 源： DC12V，36AH，4只
運動速度：空載大于6Km/h
爬坡角度：20度
控制方式：遠(yuǎn)程遙控
遙控距離：空曠地帶1000米以上，些許障礙物時500米以上
總成本價格：12萬元左右
創(chuàng)新點：
（1）采用創(chuàng)新設(shè)計的排爆機(jī)器人手爪，兩夾鉗采用折桿和平行夾盤相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，具有夾持和抱持的功能，既可適應(yīng)輕小物體又可穩(wěn)定抓取重物，特別安裝的緩沖彈墊使目標(biāo)物夾取更牢靠；三自由度驅(qū)動機(jī)構(gòu)，結(jié)合自鎖功能，使抓取過程更加省電，在夾持移動過程，可最大限度保證夾持物的受力穩(wěn)定；
（2）多關(guān)節(jié)和電動推桿的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，有助于降低臂段的重量和材料強(qiáng)度要求，有效降低成本和工作電力消耗；
（3）在多路視頻圖像無線傳輸顯示的基礎(chǔ)上，通過機(jī)械臂附加的精密傾角傳感器，準(zhǔn)確獲取機(jī)械臂的傾角位置和配合關(guān)系，在遙控顯示器上以清晰線條顯示，仿佛從側(cè)面顯示臂展的姿態(tài)，有助于操作者了解臂的工作情況以及伸縮極限；
（4）自主設(shè)計的采用直流電機(jī)驅(qū)動技術(shù)的排爆機(jī)器人履帶式行走底座，將履帶機(jī)構(gòu)、電機(jī)PWM控制策略一體化設(shè)計，解決了行走機(jī)構(gòu)的行走快速性和平穩(wěn)性的一致性問題，使得機(jī)器人操控更加靈活與可靠。

第十三屆“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽三等獎