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排爆无人机平台升降装置设计

2019/10/22 10:20:00   特种装备网     关键字:排爆 无人机 平台升降 装置设计  浏览量:

针对靶场弹体排爆人工方式不安全问题,设计了一种排爆无人机,在平台上搭载机械手抓取雷管,投至残留弹体处引爆,排除险情。设计了一种平台升降装置,控制模块收到遥控器的信号从而给步进电机驱动器发出脉冲信号来控制步进电机的正反转动,实现升降操作。
  引言
  在军工靶场,经常进行武器的性能测试,难免会有各种弹体残留。而现在靶场试验残留弹体的处理方法是把一电雷管放到弹药旁边然后通电引爆弹体,不够安全。一般的排爆机器人多为陆行机器人,受靶场恶劣的环境影响大,故考虑以在空中飞行,无需考虑地面复杂情况的小型无人机为搭载平台。在平台上装载机械手作为排爆装置,抓取雷管,投在残留弹体上引爆,解除危险。
  靶场的地形复杂,到处都有弹坑和沟壑、土丘等,导致无人机无法顺利降落或者在降落点保持稳定,即使已经降落,抓手离地面的高度并不像平地那样的低,导致机械抓手投放的雷管不能准确地落在投放目标点。
  为了能使投放雷管时机械抓手能保证雷管投放时距离地面足够低,不会因碰撞而影响雷管的使用,同时也提高雷管投放的精确性,设计一个升降平台控制机械抓手的投放高度。
  1升降装置设计
  要设计一个升降平台则要通过驱动使平台沿着直线上升或下降,即通过驱动使滑块达到直动。通常达到滑块直动的方法有以下几种:直动马达丝杠机构、电磁铁机构、摇杆滑块、液压机构和齿轮齿条。结合本设计需要机械手定位、活动稳当,选择丝杠机构作为驱动方案,丝杠装置如图1所示。
排爆无人机平台升降装置设计 
图1平台升降装置装配图
  丝杠机构可以将电机的转动转变为滑块的直动,该方案需要设计简易丝杠和放置丝杠的基座,通过丝杠的运行,将快速的转动,转化为滑块较为缓慢的直线运动,这是一个减速器的工作过程,会使机械手的上升和下降过程变得稳定,驱动力矩变大,而且普通小型电机比直动马达的选择范围要广很多。
  42BYGH39401A步进电机驱动丝杠旋转。因为其外形尺寸为42mm×42mmX45mm的正方形拉升体,四个螺纹固定孔对称分布,外形尺寸简便易装配,价格合适,成本低。
  2控制模块的选择与搭建
  为了控制步进电机[t3的启动与停止,要用到控制模块通过收到遥控器传来的信号从而给步进电机驱动器发出信号,通过驱动器发出的脉冲信号来控制步进电机的转动。控制芯片选用比较常用的stm32f103e8t6开发板,升降装置的系统框图如图2所示。
  排爆无人机平台升降装置设计
排爆无人机平台升降装置设计 
图2升降装置的系统框图
  电机驱动器用THB71283A单轴步进电机驱动器,适合42系列相电流3.0A以下的两相混合式步进电机,具备优秀的中低速性能,中低速运行平稳,噪音小,而本研究所需要的只是电机带动丝杠平稳转动,不需要加速、急停等等,只需考虑中低速转速平稳即可。如图3所示,本研究采用共阴极接法。
  排爆无人机平台升降装置设计
排爆无人机平台升降装置设计 
图3THB71283A步进电机驱动器
  通过遥控器发出信号,再通过机载端的接收机接收然后发出的信号为PWM波,通过高电位时间的不同来区分信号的,在遥控器上设置一个三位开关来发出步进电机驱动的信号,当控制板stm32收到接收机出来的信号时,其时钟开始计时,当捕获到下一个上升沿时就根据脉冲的脉宽判断出此次信号是正转还是反转还是停止信号,从而进行指令执行。因该开发板上有5v降压模块,因此可以直接从接收机上引出正负极为开发板供电,信号线从接收机上信号端引出连到开发板上A0口。控制的程序框图如图4所示。
  经过测试,能够通过拨动遥控器上的开关实现电机的正转反转和停止,正转平台上升,停止平台停止,反转平台下降。
  排爆无人机平台升降装置设计
排爆无人机平台升降装置设计  
图4升降装置控制模块程序框图
  3结论
  本研究着力于平台升降装置的设计。首先确定了控制升降的方式为丝杠驱动后,进行驱动电机的选择,继而选择电机驱动模块,完成控制模块框架搭建以及程序的编译,最后实现了对平台升降装置的控制。

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