[發(fā)明專利]核電站作業(yè)機(jī)器人及其控制系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010104176.3
• 申請(qǐng)日: 2010-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN101774170A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳長安;劉春陽;魏振華;周宏;李國棟;馮哲軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J5/00
• 分類號(hào): B25J5/00;B62D55/065;B62D55/08;B62D11/04;B25J13/00;B25J13/08;B25J19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備領(lǐng)域，特別是提供了一種通用的核電站作業(yè) 機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速全面發(fā)展，對(duì)能源的需求越來越大，核能作為一種能量密 度極大的清潔能源，大力發(fā)展核能、建設(shè)核電站也符合我國節(jié)能減排的新思路。 然而核電廠的反應(yīng)器內(nèi)有大量的放射性物質(zhì)，核電站有很多操作過程都帶有放射 性，核輻射對(duì)人體的傷害是致命的。在核工業(yè)早期，由于檢修，保養(yǎng)和事故過程 中人員操作不當(dāng)，或由于放射性劑量過高無法對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期檢查而造成的人身 傷亡事故不斷發(fā)生。因此遠(yuǎn)距離操作技術(shù)或者是用機(jī)器人來代替人工作業(yè)，成為 很好解決上述問題的方式方法。

核電站機(jī)器人是應(yīng)用在輻射環(huán)境下的特種機(jī)器人。隨著核工業(yè)和機(jī)器人技術(shù) 的發(fā)展，不少國家研制成功了真正的遠(yuǎn)距離控制的核工業(yè)機(jī)器人。例如有美國的 SAMSIN型，德國的EMSM系列，法國的MA23-SD系列等。這些機(jī)器人的應(yīng) 用產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益，減少了工作人員在輻射環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)的機(jī)會(huì)。現(xiàn)在 全世界核能發(fā)電量占總發(fā)電量的17％。但是這些核電站在建造階段沒有考慮使用 機(jī)器人遙控作業(yè)技術(shù)的應(yīng)用，因此，現(xiàn)有的核電站應(yīng)用機(jī)器人就必須以其定型的 格局為前提，選擇合適的機(jī)器人來完成某些任務(wù)。基于此，一種通用的核電站作 業(yè)機(jī)器人具有廣泛的應(yīng)用前景。

中國國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)中就已經(jīng)列入了惡劣環(huán)境智能機(jī) 器人的研究項(xiàng)目，從1987年開始，經(jīng)過選型論證、總體概念設(shè)計(jì)、總體方案設(shè) 計(jì)等階段后，確定把移動(dòng)式作業(yè)機(jī)器人和壁面爬行式檢查機(jī)器人這兩種型號(hào)的核 工業(yè)機(jī)器人作為開發(fā)目標(biāo)，已取得了可喜的成果。中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所研 制的水下異物打撈機(jī)器人，已于2006年年初交付廣東大亞灣核電站使用。隨著 機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，尤其是智能技術(shù)的發(fā)展，具有更高自主能力的機(jī)器人作業(yè)系 統(tǒng)，可以減輕操作人員的工作量，減少遠(yuǎn)程操作的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種通用的核電站作業(yè)機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。該機(jī)器 人系統(tǒng)可以代替人進(jìn)行核電站設(shè)備的檢查，核燃料的轉(zhuǎn)運(yùn)和處理，核廢料的處理， 核電站事故的處理，廢棄核設(shè)施的拆卸等作業(yè)，具有很好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：所述機(jī)器人為履帶式移動(dòng)機(jī)械手，由雙履帶驅(qū)動(dòng) 的移動(dòng)平臺(tái)及其搭載的四自由度的機(jī)械手組成，具體結(jié)構(gòu)為：在底盤的左側(cè)通過 左側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左側(cè)電機(jī)輸出減速機(jī)構(gòu)安裝左側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)，在底盤的 右側(cè)通過右側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)、左側(cè)電機(jī)輸出減速機(jī)構(gòu)安裝右側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)， 通過左側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)和右側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生不同的差速控制行走；在左側(cè)履 帶式行走機(jī)構(gòu)和右側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)的尾端分別安裝左側(cè)光電碼盤和右側(cè)光電 碼盤，兩個(gè)光電碼盤檢測(cè)機(jī)器人行走距離，并提供距離信息；在底盤上表面的前 端安裝4FOD機(jī)械手，在底盤上表面的4FOD機(jī)械手后方安裝圖像發(fā)射模塊、圖 像天線、蓄電池、嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、主攝像機(jī)/云臺(tái)攝像機(jī)、數(shù)據(jù)天線、陀 螺儀，，在底盤的前部安裝輻射/溫度/濕度傳感器和紅外/聲納避障傳感器，在底 盤的尾部安裝副攝像機(jī)/尾部攝像機(jī)。

所述嵌入式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用基于32位的精簡指令集計(jì)算機(jī)處理器的嵌 入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制機(jī)器人的局部路徑規(guī)劃、實(shí)時(shí)避障、并控制4FOD機(jī)械手 的操作。

所述4FOD機(jī)械手包括底座旋轉(zhuǎn)、第一關(guān)節(jié)俯仰、第二關(guān)節(jié)俯仰以及手臂旋 轉(zhuǎn)四個(gè)自由度；在4FOD機(jī)械手的末端安裝作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的適配器，并在適配器 后部安裝一個(gè)固定攝像頭，方便實(shí)時(shí)監(jiān)控。

所述左側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)和右側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)采用結(jié)構(gòu)相同的三角履帶 結(jié)構(gòu)，由位于履帶式行走機(jī)構(gòu)最前端的主動(dòng)輪和三角形另兩個(gè)頂點(diǎn)的從動(dòng)輪組 成，主動(dòng)輪懸空，從動(dòng)輪一前一后著地；在兩個(gè)從動(dòng)輪之間設(shè)有三個(gè)張緊輪，在 主動(dòng)輪與前端從動(dòng)輪之間設(shè)有一個(gè)張緊輪，張緊輪對(duì)履帶起到支撐作用并提高履 帶的抓地能力；在履帶式行走機(jī)構(gòu)的尾部，安裝可拆卸的尾輪機(jī)構(gòu)，為機(jī)器人越 障及攀爬樓梯提供輔助支撐作用。

所述左側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)和右側(cè)履帶式行走機(jī)構(gòu)的履帶采用橡膠材質(zhì)，具有 減震性。

所述主攝像機(jī)/云臺(tái)攝像機(jī)具有旋轉(zhuǎn)和俯仰兩個(gè)自由度，并具有十倍的光學(xué)變 焦能力以及感紅外能力；在正常光照情況下顯示彩色的正常圖像模式，在光線不 足的情況下切換到紅外攝像模式，顯示圖像為黑白色。