随着机器人在各领域的发展，小型防爆机器人在快速侦测、排除公共场所可疑危险品等优势逐渐显现。武汉艾崴对小型防爆机器人的工作原理进行了研究，提出了通过远程图传及无线摇杆控制器，能够在远处观测现场情况，并操作摇杆控制机器人执行动作指令，完成排险和防爆任务的系统设计。系统主要由双履带底盘、双机械臂、云台、主控模块和多种辅助传感器构成。

二十一世纪以来，随着智能科技在国民经济各领域的发展，智能机器人的发展也随之取得了长足进步，智能机器人的应用领域也不断扩展，人们希望机器人能够灵活地适应各种工作环境，完成更多复杂任务。可远程监视及操控的机器人具有优越的机动性和灵活性，在实际中得到了广泛应用，如公共场所、交通、医疗、军事等领域。本文涉及的可远程监 视及操控的移动机器人为保证公共场所安全执行巡逻、排险、防爆等任务，具有重要的社会作用。

一、小型防爆机器人系统整体设计 系统整体设计如图 1 所示。

二、双履带底盘设计

考虑到小型防爆机器人所面临的排爆环境因素较为复杂，因而对移动平台有多方面的要求，包括越障能力、地形适应能力、转弯效率、载重能力等。对比常用的三种底盘，轮式底盘、履带底盘和腿式底盘，综合三者的优缺点和对公共场所的适应性，本系统选择双履带式底盘。

由于本系统使用的模块较多，质量较重，因此底盘的刚性要强，否则易造成车辆变形，影响机器人行走。因而双履带式底座在整体结构上采用仿坦克型，材料上兼顾机器人的轻便性，与电机固定的底板承受着整个机器人的重量，材质为不锈钢，上部的盖板主要承受机械臂和云台的重量，材质为8 mm 厚的亚克力板。

三、双机械臂设计

3.1 双机械臂机构

机械臂是小型防爆机器人的重要外设，承担着抓取、搬 运、放下等动作任务。因而要求机械臂具有机构比例适当、可活动的关节和可靠的抓取装置。对比单只机械手和多只机械手的优缺点，虽然多只机械手在机构上更加复杂、控制更加困难，但多只机械手可协同作业使操作性更加灵活，操作空间范围更广，更符合执行多样性任务的小型防爆机器人的要求。同时自由度对机械臂的动作执行效果影响较大，自由度较少时，机械臂能够执行的动作较少、灵活性差，但其结构简单，可靠性强；自由度较多时，机械臂能够执行的动作较多，灵活性好，但其结构复杂，可靠性差。

本系统采用两个自由度为 5 的机械臂，并各配有一个机械爪，整体较灵活，如图 2 所示。

其中双机械臂中主要使用了数字舵机作为动力来源。数字舵机在体积和质量上优于步进电机，更适合小型机械装置，只需 PWM 信号就可完成精确控制。同时为了减轻机械臂的重量，关节连接件均选用铝材料。

3.2 双机械臂的控制 为提高系统指令的响应速度和使机械臂模块化，运用舵机控制板控制机械臂上的数字舵机，分担主控 STM32 处理器的处理的数据量。舵机控制板以微型控制器 STM32F03VET6 为核心，通过 USART与主控板通信，输出 PWM 信号给数字舵机，最多可同时控制 24 个数字舵机。

3.3 双机械臂性运动学分析 机器人操作手通常为开链空间连杆机构，各杆件间通常由转动副和移动副相连接。开链一段安装在基座上，另一端为末端执行器。各关节由驱动器驱动，关节的相对运动引起连杆的运动，进而确定末端执行器在空间的位置和姿态。齐次坐标和齐次变换是解决机器人操作手运动学的常用数学工具 。

采用齐次坐标和齐次变换分析，首先列出单只机械臂结构参数表，见表 1 所列。

运用 Matlab 软件，将表 1中的数据带入程序中，可得双机械臂的工作空间。两个单独机械臂工作空间重叠部分，为双机械臂的协作空间。