空中排爆机器人

李燕炜，赵愚，梁景明，张建辉，王震

（天津职业技术师范大学，天津，300000）

随着科技的飞速发展，无人机进入了我们的生活，20世纪初，无人机在英国问世，过了一段时间之后才有所发展，到现在，在军用和民用上都有很好的前景，无人机已经相对的比较常见，按照用途来说，大致分为军用及民用，无人机相对于有人机来说，价格、成本低，体积小，基本不会出现人员的伤亡。

排爆机器人它的最主要的功能就是找到可疑的危险品，容易爆炸的物品，之后进行销毁，或者把易爆物品带出来交由专业人员处理，机器人代替有关人员来执行这个任务的话，人的人身安全得到保障，人员伤亡就很大程度上避免了，这样的机器人，可以把危险物品运到对周围的人、物没有破坏的地方，还有可以定位，以便人快速动作，找到安全隐患。人虽然比较灵活，比机器人多了思考能力，拿当地员工来说，当地工作人员对地形能做到熟悉，但这种熟悉仅仅是对这个人而言，对其他人不作数，不能把信息准确的进行共享，说出来的不能精确到具体的位置，而机器人就不一样，它提供的数据是唯一的，不是模糊不清的，很直观，通过数据靠着设备任何人都能找到那个点，这种反馈是紧急情况中最需要的，具体地点，及其周围的情况都准确真实的呈现出来，以便人制定接下来的措施，节省出大量的时间，后续的工作可以稳定进行，工作的效率大大提升，成功率也随之高了。

我们身边或多或少都会存在一些危险的事物，就会需要一些在高危的岗位上工作，比如说销毁和检测易爆炸的可疑物，这时排爆机器人就会派上用场，大大减小不必要的人员伤亡，工作人员自身安全系数提高，排爆机器人可以在很多范围内使用，不受地形的限制，可用在地形较为复杂的地区，代替需要在现场检测的人员进行实地检测，把工作效率有效的提高，在无人机上安装多个摄像头，充当它的眼睛，无人机把它看到的东西反馈到接收屏幕上，及时、快速的把现场状况、地形的图片反馈回来，信息更加准确，节省不必要浪费的时间，方便接下来制定合理的应对方案和一定的措施进行行动。必要时可以代替工作人员对易爆物品进行销毁，可在无人机上配备相应的检测仪器。这个由我们人为地操控机器，远程操控，机器执行我们发出的命令。

无人机还有一个优点，飞机起飞或者降落都在飞机场，或者周围很空旷的地方，安全性才更高，但无人机不会，对于起飞的场所，没有特殊的规定，环境没有特定的限制。无人机在未知且较复杂的环境里工作，那么就要提高无人机的可靠性和安全性，能够确保无人机可以安全的回到指定的地点在工作的时间如果突然出现问题，或者在出现问题的时候能够及时的自己诊断问题及时反馈回来，并且尽可能快的离开危险的环境，减少无人机的伤亡，这样无人机才能继续未完成的工作，最终安全的返回。

最开始的战争基本都是陆地上战斗，慢慢的发展到空中作战，谁掌握了空中的主动权，谁就掌握优先权，但是战争最后的损失是不可估量的，前期要投入大量的人力、物力、财力，来为战争做铺垫，飞机前期的研发需要投入许多，比如技术、科研人员、财力的支持，战斗时杀伤力很大，很占优势，但是每当战机在空中被击中，就是一笔不小的损失，且损失无法弥补，加上空中作战不可能只有飞机，还有飞行员，飞行员的培养也很不容易，一旦牺牲，损失也是相当大。正是有了这样的认知，人们开始把把重点转移到无人机的开发上，让无人机代替人做危险的事，减少人员的伤亡，把无人机投入使用，比起之前来说，人员伤亡率降低，同样的成功率也大大提升。无人机正不断的兴起，慢慢无人机所涉及的领域越来越多。

1 国内外的发展

在一些西方的国家，社会治安不是很好，有时候会出现恐怖袭击的情况，那么他们的政府就比较重视这方面的问题，在排爆的方面就会投入较多的人力物力财力，对这方面有较多的技术研究，排爆机器人这方面发展的就比较快，技术领先的的国家有日本、法国、美国、英国等等，用在军事战争中的大概有轮式、履带式的这两种，或者再把这两者再进行结合。这样的机器人小巧，较为灵活，体积较小，能在许多环境中进行工作，从而进行危险品、易燃易爆品的搜寻。排爆机器人的作用不仅只有排爆，还可以对可疑的人物进行监控，在不暴露自己的情况下，对他们进行准确的定位，跟踪，监听谈话内容，大大降低了人员的伤亡损失。

我国也在军事上投入了许多，自主的研发出属于自己排爆机器人，如“灵蜥”，在我们自己的国家这个技术已经很好了，并且在世界上也比较领先。这个技术的研发比较超前，多用于反恐中，可以销毁、抓取易爆品。比起一般的机器人能够更加快速、平稳的进行工作，还能越过一定的阻拦物，对于环境没有特定的要求，可以在比较困难的工作环境里正常的进行工作，提供紧急准确的情报，按照指示迅速进行相应动作，在面对一些突发的事件，那么无人机器人就可以迅速的投入到工作中去。在战争中多用体型较为小巧的机器人进行工作，对于比较大的一些排爆机器人的话，武警部队等也投入了使用。

空中排爆机器人基于无人机飞行平台加装排爆机械手，实时图像采集传输系统，将传统排爆机器人和无人机结合起来，机动性强，克服陆地机器人行动速度慢，视野局限，环境适应性差等缺陷。陆地排爆机器人和空中排爆机器人都各有优势，可以取长补短，以便更好地完成任务。

图1 外观设计图

图2 实物图

2 GPS-RTK 模块

RTK（Real - time kinematic，实时动态）载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标。这是一种新的常用的卫星定位测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了作业效率。

空中排爆机器人搭载GPS-RTK，使其定位精度达到厘米级，并且实时反应无人机的精准坐标，海拔高度等重要战略信息，为任务的完成打下了坚实的基础，很多无人机应用需要高于传统GNSS提供的精度，例如，无人机绘图、农业测量、高精度起降等场景，GPS-RTK 差分模块可以很快速的切入绝大部分需要精准定位的应用场景。

图3 GPS—RTK 模块

3 RPi Zero FPV模块

Zero体积小巧 (可以当钥匙扣)，性能足够，兼容树莓派软硬件资源，这几点让它非常适合做一些硬件相关的创意项目。通过GPIO接口供电，OTG接口连接USB无线网卡与胖哒通讯，搭建Web服务器向LattePanda传输视频流。

为空中排爆机器人搭载树莓派高清图传模块能够在100ms左右的延迟下实时回传机器人摄像头检测的高清画面，清晰度高达1080p，在高清的图像环境下地面指挥工作人员能对任务的各个可能发生事件进行更精准的判断。并且该模块能够双向传输数据，能够在地面站检测机器人的姿态、温度、偏航状态、飞行高度速度等，然后即使对机器人发出控制指令。

图4 RPi Zero FPV模块

4 机械臂模块

机械臂模块为空中排爆机器人的最重要的一个模块，它是和任务目标直接接触的模块，具有灵活的替换性，根据任务的具体情况搭载不同性能的机械手模块。如果是直接爆破任务，就可以搭载爆破钳机械手抵达目标出直接进行爆破；如果需要夹取目标物，就可以搭载能精准控制的机械爪模块。

图5 机械臂模块

目前的机械臂技术完全能够达到精准控制等要求，为空中排爆机器人设计的机械臂模块不但有精准控制等要求，还必须在保证性能要求的前提下尽可能减轻重量，机器人的重量直接影响到飞行器的续航和飞行性能。最好多运用碳纤维材料，碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。

图6 碳纤维板