一种爆破机器人的制作方法

本发明涉及爆破机器人技术领域，尤其涉及一种爆破机器人。

背景技术：

在铁路、矿山、水库、隧道、旧建筑物等工程中，爆破技术起到了非常关键的作用。近年来，随着科学技术的发展，用爆破机器人自动完成旧建筑物、隧道、工程中炸药、雷管和塞孔物的填充主要是采取人工填充的方式，在旧建筑物、隧道、矿山等壁面、立柱上事先进行打孔，然后依靠工人经验将炸药、雷管和塞孔物依次填充入孔。

但随着爆破工程量的增大，需要填充的孔数量大大增加，从而导致工人的劳动强度和人身安全风险增大。爆破现场环境恶劣，会有碎石堆积以及泥泞的路段，这就需要爆破机器人也有一定攀越障碍物的能力。现在机器人的实用性不强，无法满足爆破工程的要求。

同时，由于旧建筑物、隧道、矿山等壁面、立柱上的孔众多，仅仅通过爆破机器人的机械臂无法实现对每个孔的自动识别。如申请号为cn201621035834.7的专利所涉及的爆破机器人，虽然安装有机械臂，但是无法实现对需堵塞孔的准确定位和自动识别。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种爆破机器人，用以解决目前爆破机器人无法越障以及无法对需堵塞孔进行定位和识别的问题。

本发明提供一种爆破机器人，包括行走越障底盘、机械臂底座、机械臂、机械爪、电动推杆、工控机和采集装置，其中，

所述机械臂底座和所述工控机均固定安装在所述行走越障底盘上，所述机械臂固定于所述机械臂底座上，所述机械爪和所述电动推杆均固定于所述机械臂的末端，所述电动推杆用于将机械爪上夹持的塞孔物推入需堵塞孔中，所述工控机与所述行走越障底盘、机械臂、机械爪和电动推杆电连接；

所述采集装置包括采集装置底座、云台升降机构、视觉传感器、激光传感器、视觉传感器控制装置和激光传感器控制装置，所述采集装置底座固定安装在所述行走越障底盘上，所述云台升降机构固定于所述采集装置底座上，所述视觉传感器、激光传感器、视觉传感器控制装置和激光传感器控制装置均固定安装在所述云台升降机构上，所述视觉传感器与所述视觉传感器控制装置电连接，所述云台升降机构、所述视觉传感器控制装置和激光传感器控制装置均与所述工控机电连接；

所述视觉传感器控制装置用于根据需堵塞孔的图像信息发出第一控制指令至所述工控机，以使所述工控机控制所述机械臂动作并对准需堵塞孔；所述激光传感器控制装置用于根据激光传感器采集的环境信息发出第二控制指令至所述工控机，以使所述工控机控制所述行走越障底盘行走到预定位置。。

优选的，所述的爆破机器人中，所述机械臂为六自由度机械臂。

优选的，所述的爆破机器人中，所述云台升降机构包括稳定云台以及升降装置，所述稳定云台固定设置在所述升降装置上，所述升降装置固定设置在所述采集装置底座上。

优选的，所述的爆破机器人中，所述视觉传感器控制装置包括依次连接的捕捉模块、信息处理模块以及第一控制模块，其中，

所述捕捉模块用于捕捉所述视觉传感器采集的图像信息；

所述信息处理模块用于根据所述图像信息生成需堵塞孔的位置和尺寸信息；

所述第一控制模块用于根据所述需堵塞孔的位置和尺寸信息生成第一控制指令，并发送给所述工控机。

优选的，所述的爆破机器人中，所述捕捉模块具体用于捕捉所述视觉传感器采集的或者预先输入的需堵塞孔的图像信息。

优选的，所述的爆破机器人中，所述第一控制模块具体用于确定需堵塞孔的位置和尺寸信息对应的工控机目标状态，根据确定的工控机目标状态生成所述第一控制命令；或者

将需堵塞孔的位置和尺寸信息与预设的基准信息进行比较，根据比较结果和工控机基准状态，确定工控机目标状态后，根据确定的工控机目标状态，生成所述第一控制命令。

优选的，所述的爆破机器人中，所述第一控制指令至少包括包括机械臂动作路径控制指令以及云台升降机构控制指令。

优选的，所述的爆破机器人中，所述捕捉模块还用于在生成第一控制命令之前，捕捉待填充面的地图信息。

优选的，所述的爆破机器人中，所述激光传感器控制装置包括采集模块、信息转换模块、生成模块、判断模块以及第二控制模块，其中，

所述采集模块用于获取激光传感器采集的环境信息；

所述信息转换模块用于根据所述环境信息进行处理；

所述生成模块用于根据处理后的环境信息生成爆破地面环境的二维地图；

所述判断模块用于根据生成的爆破地面环境的二维地图对爆破机器人的当前位置进行定位，并判断当前位置与预定位置的偏差；

所述第二控制模块用于根据当前位置与预定位置的偏差生成第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至所述工控机。

优选的，所述的爆破机器人中，所述第二控制指令至少包括爆破机器人行进速度控制指令和爆破机器人行进方向控制指令。

【有益效果】

本发明提供的爆破机器人，通过设置机械臂、机械爪和电动推杆，可以实现对炸药、雷管等塞孔物的抓取和填充，通过设置行走越障底盘，使爆破机器人具有一定的攀越障碍物的能力，通过视觉传感器控制装置的图像处理功能，能够实现对需堵塞孔的孔口尺寸位置的识别和定位；通过激光传感器控制装置的环境信息处理功能，能够实现爆破机器人的导航和定位。

附图说明

图1为本发明提供的爆破机器人的一较佳实施例的结构示意图；

图2为本发明提供的爆破机器人中，所述视觉传感器控制装置的一较佳实施例的结构框图；

图3为本发明提供的爆破机器人中，所述激光传感器控制装置的一较佳实施例的结构框图；

图4为本发明提供的爆破机器人在进行一个孔的填装的一具体实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的爆破机器人，包括行走越障底盘1、机械臂底座2、机械臂3、机械爪4、电动推杆5、工控机6和采集装置7，其中，

所述机械臂底座2和所述工控机6均固定安装在所述行走越障底盘1上，所述机械臂3固定于所述机械臂底座2上，所述机械爪4和所述电动推杆5均固定于所述机械臂3的末端，所述电动推杆5用于将机械爪4上夹持的塞孔物(例如炸药、雷管等物品)推入需堵塞孔中，所述工控机6与所述行走越障底盘1、机械臂3、机械爪4和电动推杆5电连接；

所述采集装置7包括采集装置底座71、云台升降机构72、视觉传感器73、激光传感器74、视觉传感器控制装置75和激光传感器控制装置76，所述采集装置底座71固定安装在所述行走越障底盘1上，所述云台升降机构72固定于所述采集装置底座71上，所述视觉传感器73、激光传感器74、视觉传感器控制装置75和激光传感器控制装置76均固定安装在所述云台升降机构72上，所述视觉传感器73与所述视觉传感器控制装置75电连接，所述云台升降机构72、所述视觉传感器控制装置75和激光传感器控制装置76均与所述工控机6电连接；

所述视觉传感器控制装置75用于根据需堵塞孔的图像信息发出第一控制指令至所述工控机6，以使所述工控机6控制所述机械臂3动作并对准需堵塞孔；所述激光传感器控制装置76用于根据激光传感器74采集的环境信息发出第二控制指令至所述工控机6，以使所述工控机6控制所述行走越障底盘1行走到预定位置。

具体来说，本发明中爆破机器人由于设置有行走越障底盘1，能够承受整个爆破机器人的重量，并承载爆破机器人越障行走，机械臂3能够带动用于夹持塞孔物的机械爪4运动，从而使机械爪4将塞孔物夹持到需堵塞孔处，然后通过电动推杆5将机械爪4夹持的塞孔物推入需堵塞孔中；云台升降机构72可以改变视觉传感器73和激光传感器74的位置，从而获取各个方位的图像信息和环境信息；所述视觉传感器73用于采集需堵塞孔的图像信息，以使所述视觉传感器控制装置75能够根据采集的图像信息识别出需堵塞孔的大小和位置，进而发出第一控制指令给工控机6，使所述工控机6能够控制机械臂3对准需堵塞孔，然后由电动推杆5将机械爪4上夹持的塞孔物推入需堵塞孔中，从而实现对需堵塞孔的尺寸及位置识别和定位；所述激光传感器74用于采集环境信息，使所述激光传感器控制装置76能够发出第二控制指令至所述工控机6，进而使工控机6控制行走越障底盘1运动至目标地点。

本发明可以实现对炸药、雷管等塞孔物的抓取和填充，通过视觉传感器控制装置的图像处理功能，能够实现对需堵塞孔的孔口尺寸位置的识别和定位；通过激光传感器控制装置的环境信息处理功能，能够实现爆破机器人的导航和定位。

进一步的实施例中，所述行走越障底盘1为履带式坦克底盘，包括两个主履带，能够承受机械系统和采集系统的重量，并承载爆破机器人本体越障行走。

进一步的实施例中，请继续参阅图1，所述机械臂3为六自由度机械臂，由六个关节组成，且每个关节均通过所述工控机6的控制可以实现精确的位置和角度控制，所述机械臂3通过can总线连接所述工控机6。所述六自由度机械臂的具体结构为现有技术，在此不再赘述。

请继续参阅图1，所述机械爪4包括机械爪本体以及若干个驱动电机，所述机械爪本体具有至少两个卡爪，各个所述驱动电机分别连接一卡爪，并用于驱动各个卡爪相互靠近或远离，以使所述机械爪本体能够自由开合，进而夹持或松开塞孔物，各个所述驱动电机与所述工控机6电连接，由所述工控机6控制动作，具体通过can总线连接。

请继续参阅图1，所述电动推杆5包括直流电机、缸套、推杆和活塞，所述直流电机的输出轴与所述活塞的一端连接，所述缸套套设在所述活塞上，所述活塞的另一端连接所述推杆，所述推杆用于将机械爪4上夹持的塞孔物推入需堵塞孔中，所述直流电机与所述工控机6电连接，具体通过can总线连接。电动推杆4安装在机械臂3前臂的正下方，采用直流电机驱动，最小推杆行程为500mm，最小推力为1000n。当工控机6发出信号，控制推杆推出时，推杆的运动轨迹位于机械爪4的中心，从而使得推杆能够精确的将机械爪4所抓取的炸药、雷管和塞孔物推入孔内。

所述云台升降机构72包括稳定云台721以及升降装置722，所述稳定云台721固定设置在所述升降装置722上，所述升降装置722固定设置在所述采集装置底座71上，所述升降装置722用于实现稳定云台721的上升和下降，所述稳定云台721用于实现三轴旋转自适应调节。所述视觉传感器73、激光传感器74、视觉传感器控制装置75和激光传感器控制装置76均安装在稳定云台721上，视觉传感器73和视觉传感器控制装置75安装在稳定云台721的一侧，激光传感器74和视觉传感器控制装置76安装在稳定云台721的另一侧，易于保持云台升降机构72的相对平衡。

请一并参阅图2，所述视觉传感器控制装置75包括依次连接的捕捉模块751、信息处理模块752以及第一控制模块753，其中，

所述捕捉模块751用于捕捉所述视觉传感器73采集的图像信息；

所述信息处理模块752用于根据所述图像信息生成需堵塞孔的位置和尺寸信息；

所述第一控制模块753用于根据所述需堵塞孔的位置和尺寸信息生成第一控制指令，并发送给所述工控机6。

具体的，所述捕捉模块751具体用于捕捉所述视觉传感器采集的或者预先输入的需堵塞孔的图像信息。换而言之，所述捕捉模块751可以直接获取视觉传感器73采集的需堵塞孔的图像信息，亦可以获取由操作人员预先输入需堵塞孔的图像信息。

进一步来说，在一个实施例中，所述第一控制模块753具体用于确定需堵塞孔的位置和尺寸信息对应的工控机目标状态，根据确定的工控机目标状态生成所述第一控制命令。

在另一个实施例中，所述第一控制模块753具体将需堵塞孔的位置和尺寸信息与预设的基准信息进行比较，根据比较结果和工控机基准状态，确定工控机目标状态后，根据确定的工控机目标状态，生成所述第一控制命令。

进一步来说，所述第一控制指令为针对爆破机器人自身的控制命令，至少包括机械臂动作路径控制指令以及云台升降机构控制指令。所述工控机6可根据第一控制指令来实现对机械臂3或者云台升降机构72的控制。

进一步的实施例中，所述捕捉模块751还用于在根据需堵塞孔的图像信息生成对应的第一控制命令之前，捕捉待填充墙面、柱面等地图信息中的至少一种。故为了保证生成的第一控制指令可以精准的控制机械臂对准需堵塞孔，所述第一控制模块753还用于根据待填充墙面、柱面等地图信息中的至少一种，以及需堵塞孔的图像信息，生成对应的第一控制命令。

请一并参阅图3，所述激光传感器控制装置76包括采集模块761、信息转换模块762、生成模块763、判断模块764以及第二控制模块765，其中，

所述采集模块761用于获取激光传感器74采集的环境信息，所述环境信息包括地面环境信息、地图信息和障碍物信息中的至少一种；

所述信息转换模块762用于根据所述环境信息进行处理，具体对所述环境信息进行识别和计算处理；

所述生成模块763用于根据处理后的环境信息生成爆破地面环境的二维地图，具体根据所述环境信息和编码器8的信息融合后生成所述二维地图；

所述判断模块764用于根据生成的爆破地面环境的二维地图对爆破机器人的当前位置进行定位，并判断当前位置与预定位置的偏差；

所述第二控制模块765用于根据当前位置与预定位置的偏差生成第二控制指令，并将所述第二控制指令发送至所述工控机6，以使所述工控机6控制所述行走越障底盘1进行相应的运动。

具体的，采集模块761的信号输入端与激光传感器74的输出单元相连接，信息转换模块762的信号输入端与采集模块761的信号输出端相连接，生成模块763的信号输入端与信息转换模块762的信号输出端相连接，编码器8的信号输出端与生成模块763的另一信号输入端相连接，判断模块764的信号输入端与生成模块763的信号输出端相连接，控制指令模块765的信号输入端与判断模块764的信号输出端相连接。

进一步的，所述第二控制指令至少包括爆破机器人行进速度控制指令和爆破机器人行进方向控制指令。可精准的控制爆破机器人的行走速度和方向。

为了更好的理解本发明，以下结合图4举例说明爆破机器人完成一个孔的填装任务的工作方法，包括如下步骤：

步骤一、爆破机器人通过激光传感器74导航行走到需要填充炸药和雷管等壁面、柱子等前方的位置，并通过视觉传感器73获得需要填充的孔口位置；

步骤二、爆破机器人控制所述机械爪4抓取并夹持住炸药，爆破机器人控制所述机械臂3运动到孔口位置；

步骤三、爆破机器人向电动推杆5发送推杆指令，电动推杆5接收到推杆指令并完成推杆动作后缩回；

步骤四、爆破机器人控制机械爪4抓取并夹持住雷管，爆破机器人控制机械臂3运动到孔口位置后，重复步骤三；

步骤五、爆破机器人控制机械爪3抓取并夹持住塞孔物，爆破机器人控制机械臂3运动到孔口位置后，重复步骤三；

步骤六、机械臂3接收到电动推杆5到位信号后，收起机械臂3，完成一个孔的填装任务。

综上所述，本发明提供的爆破机器人，通过设置机械臂、机械爪和电动推杆，可以实现对炸药、雷管等塞孔物的抓取和填充，通过设置行走越障底盘，使爆破机器人具有一定的攀越障碍物的能力，通过视觉传感器控制装置的图像处理功能，能够实现对需堵塞孔的孔口尺寸位置的识别和定位；通过激光传感器控制装置的环境信息处理功能，能够实现爆破机器人的导航和定位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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