李燕煒，趙愚，梁景明，張建輝，王震

（天津職業(yè)技術師范大學，天津，300000）

隨著科技的飛速發(fā)展，無人機進入了我們的生活，20世紀初，無人機在英國問世，過了一段時間之后才有所發(fā)展，到現(xiàn)在，在軍用和民用上都有很好的前景，無人機已經相對的比較常見，按照用途來說，大致分為軍用及民用，無人機相對于有人機來說，價格、成本低，體積小，基本不會出現(xiàn)人員的傷亡。

排爆機器人它的最主要的功能就是找到可疑的危險品，容易爆炸的物品，之后進行銷毀，或者把易爆物品帶出來交由專業(yè)人員處理，機器人代替有關人員來執(zhí)行這個任務的話，人的人身安全得到保障，人員傷亡就很大程度上避免了，這樣的機器人，可以把危險物品運到對周圍的人、物沒有破壞的地方，還有可以定位，以便人快速動作，找到安全隱患。人雖然比較靈活，比機器人多了思考能力，拿當?shù)貑T工來說，當?shù)毓ぷ魅藛T對地形能做到熟悉，但這種熟悉僅僅是對這個人而言，對其他人不作數(shù)，不能把信息準確的進行共享，說出來的不能精確到具體的位置，而機器人就不一樣，它提供的數(shù)據(jù)是唯一的，不是模糊不清的，很直觀，通過數(shù)據(jù)靠著設備任何人都能找到那個點，這種反饋是緊急情況中最需要的，具體地點，及其周圍的情況都準確真實的呈現(xiàn)出來，以便人制定接下來的措施，節(jié)省出大量的時間，后續(xù)的工作可以穩(wěn)定進行，工作的效率大大提升，成功率也隨之高了。

我們身邊或多或少都會存在一些危險的事物，就會需要一些在高危的崗位上工作，比如說銷毀和檢測易爆炸的可疑物，這時排爆機器人就會派上用場，大大減小不必要的人員傷亡，工作人員自身安全系數(shù)提高，排爆機器人可以在很多范圍內使用，不受地形的限制，可用在地形較為復雜的地區(qū)，代替需要在現(xiàn)場檢測的人員進行實地檢測，把工作效率有效的提高，在無人機上安裝多個攝像頭，充當它的眼睛，無人機把它看到的東西反饋到接收屏幕上，及時、快速的把現(xiàn)場狀況、地形的圖片反饋回來，信息更加準確，節(jié)省不必要浪費的時間，方便接下來制定合理的應對方案和一定的措施進行行動。必要時可以代替工作人員對易爆物品進行銷毀，可在無人機上配備相應的檢測儀器。這個由我們人為地操控機器，遠程操控，機器執(zhí)行我們發(fā)出的命令。

無人機還有一個優(yōu)點，飛機起飛或者降落都在飛機場，或者周圍很空曠的地方，安全性才更高，但無人機不會，對于起飛的場所，沒有特殊的規(guī)定，環(huán)境沒有特定的限制。無人機在未知且較復雜的環(huán)境里工作，那么就要提高無人機的可靠性和安全性，能夠確保無人機可以安全的回到指定的地點在工作的時間如果突然出現(xiàn)問題，或者在出現(xiàn)問題的時候能夠及時的自己診斷問題及時反饋回來，并且盡可能快的離開危險的環(huán)境，減少無人機的傷亡，這樣無人機才能繼續(xù)未完成的工作，最終安全的返回。

最開始的戰(zhàn)爭基本都是陸地上戰(zhàn)斗，慢慢的發(fā)展到空中作戰(zhàn)，誰掌握了空中的主動權，誰就掌握優(yōu)先權，但是戰(zhàn)爭最后的損失是不可估量的，前期要投入大量的人力、物力、財力，來為戰(zhàn)爭做鋪墊，飛機前期的研發(fā)需要投入許多，比如技術、科研人員、財力的支持，戰(zhàn)斗時殺傷力很大，很占優(yōu)勢，但是每當戰(zhàn)機在空中被擊中，就是一筆不小的損失，且損失無法彌補，加上空中作戰(zhàn)不可能只有飛機，還有飛行員，飛行員的培養(yǎng)也很不容易，一旦犧牲，損失也是相當大。正是有了這樣的認知，人們開始把把重點轉移到無人機的開發(fā)上，讓無人機代替人做危險的事，減少人員的傷亡，把無人機投入使用，比起之前來說，人員傷亡率降低，同樣的成功率也大大提升。無人機正不斷的興起，慢慢無人機所涉及的領域越來越多。

1 國內外的發(fā)展

在一些西方的國家，社會治安不是很好，有時候會出現(xiàn)恐怖襲擊的情況，那么他們的政府就比較重視這方面的問題，在排爆的方面就會投入較多的人力物力財力，對這方面有較多的技術研究，排爆機器人這方面發(fā)展的就比較快，技術領先的的國家有日本、法國、美國、英國等等，用在軍事戰(zhàn)爭中的大概有輪式、履帶式的這兩種，或者再把這兩者再進行結合。這樣的機器人小巧，較為靈活，體積較小，能在許多環(huán)境中進行工作，從而進行危險品、易燃易爆品的搜尋。排爆機器人的作用不僅只有排爆，還可以對可疑的人物進行監(jiān)控，在不暴露自己的情況下，對他們進行準確的定位，跟蹤，監(jiān)聽談話內容，大大降低了人員的傷亡損失。

我國也在軍事上投入了許多，自主的研發(fā)出屬于自己排爆機器人，如“靈蜥”，在我們自己的國家這個技術已經很好了，并且在世界上也比較領先。這個技術的研發(fā)比較超前，多用于反恐中，可以銷毀、抓取易爆品。比起一般的機器人能夠更加快速、平穩(wěn)的進行工作，還能越過一定的阻攔物，對于環(huán)境沒有特定的要求，可以在比較困難的工作環(huán)境里正常的進行工作，提供緊急準確的情報，按照指示迅速進行相應動作，在面對一些突發(fā)的事件，那么無人機器人就可以迅速的投入到工作中去。在戰(zhàn)爭中多用體型較為小巧的機器人進行工作，對于比較大的一些排爆機器人的話，武警部隊等也投入了使用。

空中排爆機器人基于無人機飛行平臺加裝排爆機械手，實時圖像采集傳輸系統(tǒng)，將傳統(tǒng)排爆機器人和無人機結合起來，機動性強，克服陸地機器人行動速度慢，視野局限，環(huán)境適應性差等缺陷。陸地排爆機器人和空中排爆機器人都各有優(yōu)勢，可以取長補短，以便更好地完成任務。

圖1 外觀設計圖

圖2 實物圖

2 GPS-RTK 模塊

RTK（Real - time kinematic，實時動態(tài)）載波相位差分技術，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，將基準站采集的載波相位發(fā)給用戶接收機，進行求差解算坐標。這是一種新的常用的衛(wèi)星定位測量方法，以前的靜態(tài)、快速靜態(tài)、動態(tài)測量都需要事后進行解算才能獲得厘米級的精度，而RTK是能夠在野外實時得到厘米級定位精度的測量方法，它采用了載波相位動態(tài)實時差分方法，是GPS應用的重大里程碑，它的出現(xiàn)為工程放樣、地形測圖，各種控制測量帶來了新曙光，極大地提高了作業(yè)效率。

空中排爆機器人搭載GPS-RTK，使其定位精度達到厘米級，并且實時反應無人機的精準坐標，海拔高度等重要戰(zhàn)略信息，為任務的完成打下了堅實的基礎，很多無人機應用需要高于傳統(tǒng)GNSS提供的精度，例如，無人機繪圖、農業(yè)測量、高精度起降等場景，GPS-RTK 差分模塊可以很快速的切入絕大部分需要精準定位的應用場景。

圖3 GPS—RTK 模塊

3 RPi Zero FPV模塊

Zero體積小巧 (可以當鑰匙扣)，性能足夠，兼容樹莓派軟硬件資源，這幾點讓它非常適合做一些硬件相關的創(chuàng)意項目。通過GPIO接口供電，OTG接口連接USB無線網(wǎng)卡與胖噠通訊，搭建Web服務器向LattePanda傳輸視頻流。

為空中排爆機器人搭載樹莓派高清圖傳模塊能夠在100ms左右的延遲下實時回傳機器人攝像頭檢測的高清畫面，清晰度高達1080p，在高清的圖像環(huán)境下地面指揮工作人員能對任務的各個可能發(fā)生事件進行更精準的判斷。并且該模塊能夠雙向傳輸數(shù)據(jù)，能夠在地面站檢測機器人的姿態(tài)、溫度、偏航狀態(tài)、飛行高度速度等，然后即使對機器人發(fā)出控制指令。

圖4 RPi Zero FPV模塊

4 機械臂模塊

機械臂模塊為空中排爆機器人的最重要的一個模塊，它是和任務目標直接接觸的模塊，具有靈活的替換性，根據(jù)任務的具體情況搭載不同性能的機械手模塊。如果是直接爆破任務，就可以搭載爆破鉗機械手抵達目標出直接進行爆破；如果需要夾取目標物，就可以搭載能精準控制的機械爪模塊。

圖5 機械臂模塊

目前的機械臂技術完全能夠達到精準控制等要求，為空中排爆機器人設計的機械臂模塊不但有精準控制等要求，還必須在保證性能要求的前提下盡可能減輕重量，機器人的重量直接影響到飛行器的續(xù)航和飛行性能。最好多運用碳纖維材料，碳纖維具有許多優(yōu)良性能，碳纖維的軸向強度和模量高，密度低、比性能高，無蠕變，非氧化環(huán)境下耐超高溫，耐疲勞性好，比熱及導電性介于非金屬和金屬之間，熱膨脹系數(shù)小且具有各向異性，耐腐蝕性好，X射線透過性好。良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。

圖6 碳纖維板