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地面反恐排爆机器人的
机械运动探讨
o 明守远杨德智
北京中泰通科技发展有限公司
地面反恐排爆机器人的外形并不一定像人, 多关节结构,这种结构的基本参数和特性如下:
但必须能代替人去做一些工作,具有人的劳动机连杆
能。在反恐防爆工作中,如排除销毁爆炸物、侦察、连杆又称臂杆,它相当于人类手臂中的大臂
抢救人质、与恐怖分子对抗等,人们希望机器人有和小臂,用来支承连接关节,在机器人的工作装置
像人一样灵巧的手臂,能行走的腿脚等等。因此地中是支承连接移动关节和旋转关节的部分。每台
面反恐排爆机器人的机械结构首当其冲,是重要的机器人的工作装置是由一根或多根连杆组成,图
关键技术之一,其它如控制技术、视音频系统、各二是一种独臂(单根连杆)轮式加前后摆排爆机器
种传感器应用、武器系统等都是在机械结构运动基人,图三是一种由三根臂杆组成工作装置的机器
础上建立起来的,同时又促进了机械结构及运动系人。从图中我们可以看出:()工作装置是由各连
统向更高的层次发展。根据反恐排爆工作的需要, 杆首尾相接、末端开放的一个开式连杆系组成,这
机器人的机械机构分工作装置、行走装置、驱动个连杆系是悬臂式的,尤其是末端是无法加以支
系统、武器系统四大部分。承的;()每根连杆都具有独立的驱动器,因此每
工作装置根连杆的运动各自独立,不同连杆的运动之间没
工作装置是机器人的执行机构,主要用于对有依从关系,属于主动连杆系,使工作装置的控制
爆炸物的抓取、搬运、放置工作,其它如武器系统操作运动更为灵活;()连杆是由关节连接组成连
中的爆炸物销毁器(水炮枪)、霰弹枪、网枪、雾杆系;()连杆的自重和关节及驱动系统连接的刚
状喷射器;反恐抢险用的割矩、轮盘锯、电钻、撞度、间隙、运动精度都直接影响到工作装置的动态
门器以及视音频系统等都可以安装在工作装置上特性和工作效率;()连杆的长度、截面积的大小、
来执行任务。图一中的机器人的机械手中抓取了壁厚、形状(方、圆)、机械手抓取的重量同样影
一枚炸弹,同时工作装置上装有霰弹枪,激光瞄准响工作装置的动态特性和工作效率。
器,视频系统。运动自由度
人的手臂是最优秀的工作装置,它的性能是机器人的工作装置是由一节一节的连杆组成,
机器人设计追求的目标。根据人手臂动作的原连杆之间由一对关节(关节运动副)连接。这对
理,我们将机器人的工作装置设计为开链连杆式关节有一个主动关节和一个从动关节,主动关节
机器人技术与应用
在内的。
关节是允许工作装置各连杆之间发生相对
运动的机构,在运动方式上分为旋转关节和直
线移动关节。旋转关节允许连杆之间发生旋转
运动,直线移动关节允许连杆作伸缩运动。关节
运动范围的大小即是自由度的技术参数。所以
运动自由度除了表明数量有多少外,还应表示
出各自的运动范围的大小,即允许各连杆的最
图
大运动极限。对于旋转运动自由度是指最大旋
转角度;对于直线移动自由度是指最大移动(伸
缩)的距离。
连杆和关节是工作装置的主要承力构件。
有效负载
负载是指地面反恐防爆机器人的工作装置端部
图
的机械手抓取搬运的物体重量,它表示了机器人
的负载能力。
由于机器人的工作装置是一个开式连杆系,臂
杆处于不同的位置,允许抓取搬运的最大物体重量
是不同的,因此防爆机器人的有效负载可以从三个
方面来注明,以便于在排爆工作中应用。一是额定
负载,指工作装置在工作空间范围中任意位置时机
械手都能抓取搬运的最大重量;二是指工作装置伸
图展最长时机械手所能抓取搬运的最大重量;三是
装有电机减速器(驱动器)带动从动关节运指工作装置在收缩最近距离时,机械手所能抓取
动。每一对关节都是独立驱动运动的,不受其它搬运的最大重量。
关节的影响,这种独立运动的关节就是一个自由运动精度
度。所以通常机器人的自由度就是指工作装置的防爆机器人抓取物体的运动精度主要涉及臂
关节,有一个关节就有一个自由度。机器人的自杆的位置精度和机械手爪抓取物体的精度。
由度越多,它的功能就越强,运动就越灵活,应臂杆的位置精度是指工作装置在可以到达的
用的范围就越广,但运动也就越复杂,控制难度三维空间范围内,操作臂杆可以任意到达要抓取
也就提高。目前一般机器人有个自由度。物体所在位置的最大定位误差,从另一个角度
在计算机器人的自由度数量时,工作装置末看,机械手张开后到达被抓物体时,手指与物体
端的执行器件,如机械手等的运动自由度是不计间的上下、左右、前后坐标应适中,其偏差为
机器人技术与应用
定位偏差。手爪与物体间的空间偏差对抓取物体连杆的两端是由两个旋