自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

王小川

摘? ?要：隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，爆炸物的類型越來越多。深入研究相應(yīng)的銷毀系統(tǒng)可以及時解決爆炸物的威脅。文章就此展開了討論，先是簡述了自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)的設(shè)計思路，緊接著分析了其系統(tǒng)設(shè)計方法，最后詳細闡述了如何實現(xiàn)自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：自主式? 爆炸物? 銷毀系統(tǒng)設(shè)計? 實現(xiàn)

1? 系統(tǒng)設(shè)計思路

在人工智能、移動通信等技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，構(gòu)建自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)時充分可搭建自主移動平臺，并搭載銷毀系統(tǒng)，從而實現(xiàn)爆炸物銷毀的智能化。只要操作人員能正確發(fā)出指令，銷毀系統(tǒng)能準確接受指令，并作出響應(yīng)即可完成爆炸物銷毀。

對此，在系統(tǒng)設(shè)計中，可設(shè)計移動平臺、引導(dǎo)平臺、戰(zhàn)斗平臺、目標(biāo)定位等子系統(tǒng)。若是發(fā)現(xiàn)爆炸物，還可應(yīng)用激光測試儀進行爆炸物準備位置的標(biāo)定。最好應(yīng)用GPS位置標(biāo)定方式。隨后，操作人員應(yīng)在安全距離外，啟動銷毀系統(tǒng)，并應(yīng)用視覺搜尋技術(shù)使爆炸系統(tǒng)不斷接近目標(biāo)。接下來，移動平臺則要不斷調(diào)整含銷毀系統(tǒng)的設(shè)備，從而找到最佳發(fā)射位置，最后再由操作人員發(fā)出激光信號，下達爆破指令，戰(zhàn)斗平臺接收指令，并作出發(fā)射動作，完成爆炸物的銷毀。需要注意的是若想這四個子系統(tǒng)能協(xié)作、配合快速完成任務(wù)，則還要繼續(xù)深入研究如何搭建小型移動平臺結(jié)構(gòu)、設(shè)計高集成度的嵌入式控制器，保證既能順利控制系統(tǒng)，也能提升系統(tǒng)的便攜性。同時，還要深入研究如何應(yīng)用視覺搜尋技術(shù)，確定能在短時間內(nèi)迅速完成目標(biāo)定位等。

2? 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 移動小型化平臺設(shè)計

在移動小型平臺設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)以快速移動、使用性強、越障能力強、自主作業(yè)效果好為設(shè)計目標(biāo)。同時還應(yīng)當(dāng)充分考慮移動小型平臺的安全性、可靠性，科學(xué)設(shè)計移動小平結(jié)構(gòu)平臺的強度、規(guī)格，并不斷優(yōu)化其結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證其內(nèi)部更加緊湊，整體體積更加小、抗沖擊能力更強。另外，為了方便以后的維修、優(yōu)化，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)盡量采用模塊化封裝設(shè)計方式。

2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計

結(jié)合移動平臺小型化需求來說，最好是采用嵌入式的控制系統(tǒng)設(shè)計方式，保證其能與移動平臺完美融合。同時，為了保證系統(tǒng)能長時間穩(wěn)定運行還需設(shè)計高效的能源管理系統(tǒng)，并設(shè)計功率較大，但功耗較低的系統(tǒng)。另外，為了進一步提高系統(tǒng)的可靠性，還需充分考慮各部件、各器件之間的影響，保證相互之間的散熱、輻射不會影響到系統(tǒng)的正常運行。

2.3 目標(biāo)定位系統(tǒng)設(shè)計

在該系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)當(dāng)充分考慮如何應(yīng)用視覺搜索技術(shù)，實現(xiàn)目標(biāo)搜索、定位。同時，還應(yīng)當(dāng)以響應(yīng)迅速、可靠追蹤、防干擾能力強等為目標(biāo)，優(yōu)化目標(biāo)定位系統(tǒng)設(shè)計。對此，需要深入研究目標(biāo)追蹤、引導(dǎo)的規(guī)律、指令算法來保證系統(tǒng)能可靠追蹤目標(biāo)。

3? 系統(tǒng)實現(xiàn)方法

3.1 機械部分的實現(xiàn)

機械部分主要是指自助式爆炸物銷毀系統(tǒng)的硬件組成。就移動平臺來說，可以采用“雙體船”底盤結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的最大好處就是可以擴大銷毀器升降范圍。同時，從機械功能角度來說，還需進一步完善行走、升降、快裝等裝置。

其中行走裝置可設(shè)計為履帶式行進裝置。而且從實際來看，人們也多是采用雙履帶驅(qū)動方式設(shè)計行走裝置。因為這樣不僅僅能有效減輕平臺重量，而且還能縮減平臺體積。另外，為了科學(xué)控制平臺的移動速度，還需在移動平臺中設(shè)計不同檔的移動速度，保證能適應(yīng)實際環(huán)境的變化，合理調(diào)整移動平臺速度。

而在升降裝置設(shè)計中，則應(yīng)采取復(fù)合式電推桿的驅(qū)動方式。最好是應(yīng)用兩套復(fù)合式電動推桿進行驅(qū)動。因為以往的螺母與絲杠、鏈輪驅(qū)動方式并不能保證升降精度，且不方便維護。采用這種方式正可以解決上述弊端，提升升降裝置的靈活性。另外，在具體應(yīng)用中還需注意一個問題。即電推桿應(yīng)盡量分別采用順置、倒置方式，并利用三級方形導(dǎo)向桿完成導(dǎo)向。這樣既能穩(wěn)定承受各種荷載，也能保證垂直地進行推舉。尤其是要盡可能地采用模塊化封裝方式進行升降裝置的封裝。這樣在發(fā)現(xiàn)其中某個模塊損壞后，可迅速進行更換，保證升降裝置的使用性能。

在連接裝置設(shè)計中一定要依據(jù)銷毀器的尺寸、結(jié)構(gòu)，保證連接裝置與其它結(jié)構(gòu)能匹配在一起。最重要的是在快速安裝過程中，應(yīng)當(dāng)設(shè)計具有滑動槽的連接裝置。

3.2 電控部分的實現(xiàn)

電控部分主要包括新通訊、電機驅(qū)動、升級驅(qū)動、視覺導(dǎo)航、電源管理等模塊。無論是在哪個部分設(shè)計中，設(shè)計人員都要始終堅持安全性、可靠性的原則，保證每個電控模塊的使用性能。

第一，電源管理模塊。盡量選擇鋰聚合物電池作為供電電源。因為這種電池具有能量高、輕量化的特點，更能滿足移動平臺小型化的需求。另外，在實際運行中，該電源管理模塊會將電池電源轉(zhuǎn)化成各模塊所需的電壓，確保每個模塊的部件都能正常工作。第二，電機驅(qū)動模塊。盡量采用嵌入式大功率的小體積直流電機驅(qū)動器，進一步滿足移動平臺小型化需求。第三，傳感系統(tǒng)。整個自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)的正常使用離不開傳感器的作用。但是為了保證傳感器能正常運行，設(shè)計人員必須要提供足夠的電壓。就該銷毀系統(tǒng)的功能來看，可選擇電機速度傳感器、霍爾限位傳感器等傳感器。同時，還應(yīng)當(dāng)安裝限位開關(guān)，保證運動不會超限，導(dǎo)致銷毀裝置出現(xiàn)各種故障。

3.3 算法設(shè)計

算法設(shè)計是銷毀系統(tǒng)設(shè)計的重中之重。設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)高度重視算法設(shè)計，并依據(jù)功能類型、內(nèi)容選擇合適的算法。

第一，捕獲算法。通常情況下，捕獲的目標(biāo)既可是靜止的，也可是運動的。比如攝像頭靜止，目標(biāo)在運動，則可認為對這種目標(biāo)的捕獲是背景差異圖形檢測。若攝像頭靜止、目標(biāo)靜止，則可認為對目標(biāo)的捕獲是窗口范圍內(nèi)的目標(biāo)捕獲，則需應(yīng)用捕獲算反。如果攝像頭運動，那么則動、靜之分。這時需要重新估算圖像的全局運動矢量補償運動圖像。這時就可繼續(xù)應(yīng)用捕獲算法進行鎖定。第二，跟蹤算法。即一種與在視頻引導(dǎo)下進行移動相應(yīng)對的算法。它是整個目標(biāo)追蹤系統(tǒng)的核心。利用該算法的最終目標(biāo)就是通過跟蹤窗口內(nèi)目標(biāo)位置確定目標(biāo)在整個圖像中的位置，從而提供出比較精確的位置信息。第三，機器視覺測量坐標(biāo)系。該坐標(biāo)系可為排爆工作的開展提供比較精準的目標(biāo)。比如在越來越接近排爆目標(biāo)時，我們需要依據(jù)圖像中顯示的像素點坐標(biāo)，來引導(dǎo)銷毀裝置不斷接近目標(biāo)。另外，在引導(dǎo)過程中還需正確處理圖像坐標(biāo)系、世界坐標(biāo)系之間的關(guān)系，保證能實現(xiàn)精確引導(dǎo)，以免發(fā)生操作偏差。第四，機器人控制。之所以應(yīng)用機器人控制爆炸物銷毀是因為機器人更加智能、快捷、方便。但是在控制過程中，需要先鎖定目標(biāo)，然后再根據(jù)輸出的目標(biāo)位置信息計算其相對于目標(biāo)的機器人動態(tài)坐標(biāo)信息。

4? 結(jié)語

綜上所示，自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)都是要以實際為基礎(chǔ)，確保系統(tǒng)具有實用性、可靠性。同時，還應(yīng)當(dāng)做好機械、電控等系統(tǒng)的設(shè)計，從而為自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)的功能實現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。尤其是要靈活應(yīng)用各種算法，完善銷毀系統(tǒng)的程序設(shè)計，進一步提升自主式爆炸物銷毀系統(tǒng)的安全性、可靠性。

參考文獻

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