排爆機器人控制與無線通訊系統

引言

　　排爆機器人屬于搬運機器人的一種類型，很多搬運機器人是模仿人類的動作，用來幫助或部分代替人來進行繁重、危險、重復等工作。排爆機器人模仿人類的行走、抓取物體的動作，可以被用來排除現場的爆炸物。排爆機器人機械部分包含行走小車和機械手臂。

1 排爆機器人控制系統結構

　　排爆機器人控制系統不再采用原來機器人所采用的PLC控制方式，而是基于嵌入式工控機的基礎上，采用基于Linux平臺的開放式構件庫，運算速度極快，可以達到微秒級。排爆機器人控制系統由三部分組成，即傳感器部分、機器人本體、操作控制臺組成。傳感器部分包含寬接入、多信息融合器。寬接入、多信息融合基于ARM9系統，由12位精度以上A/D、32路I/O、RS232通訊接口組成，能融合多種傳感器信號;機器人本體包含嵌入式控制計算機和各關節伺服電機，能驅動各軸（帶補償），分配各軸運動，處理和控制各種狀態量;操作控制臺部分包含主控PC機、指令解碼器、圖像解碼器、無線接收發射器等。CCD攝像機和超聲波傳感器所獲得的圖像信息、障礙物信息，經無線傳輸至主控PC機。主控PC機使用圖像識別和分析技術獲得對象物體的形狀和位置信息，同時將目標物、障礙物等三維圖像信息顯示在計算機屏幕上。在人工指明目標物后，主控PC機經人工智能（模式識別、路徑規劃、軌跡避碰等）計算;將控制指令通過無線傳輸給機器人本體嵌入式控制計算機，自動控制機器人運動?；窘Y構如圖1所示：

2 小車的行走控制

　　人工通過控制桿（或按鈕），在小車引導圖像（可視信號）的指示下，完成前進、后退、左轉、右轉和原地旋轉的功能直至達到機械手的手爪能抓取可疑爆炸物的位置為止。機器人的平衡是利用整機的動力學算法求得，將求得多種數據去控制機器人手臂的空間姿態從而達到整機平衡而不至于倒覆。例如當小車在斜坡作上升運動時，機器人手臂往前靠以保持整機的平衡。小車在運動過程中需要避開可能遇到的障礙物。通過環境傳感器如CCD攝像、超聲波傳感器等取得障礙物大小及環境信息，實現小車避障，即所謂的路徑規劃（如圖2所示）

圖2 排爆機器人路徑規劃示意圖

3 機械手的運動控制

　　機械手的運動控制（如圖3）是多級控制系統：位于最上層的AI級是人工智能層。它是利用CCD攝像機和超聲波等傳感器獲得障礙物輪廓與距離以避開障礙物實現避碰，這就是“軌跡規劃”（如圖4）。

圖3 機械手多級運動控制系統