[發明專利]一種適用于核工業機器人的雙機冗余嵌入式控制系統

無效

• 申請號: 201010598280.2
• 申請日: 2010-12-21
• 公開（公告）號: CN102073284A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 丑武勝;劉源
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/04
• 分類號: G05B19/04
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種核工業機器人的啟用控制系統，更特別地說，是指一種具有雙機冗余嵌入式控制系統的、用于啟用控制核工業機器人的控制系統。

背景技術

我國核工業是國家的戰略行業，由于核工業涉及的核輻射與放射性物質具有很大的危險性，因此又是一個非常特殊的行業。我國核工業和核事件應急處理中的大量操作需要對輻射現場進行定量測量和確定污染源范圍，甚至需要直接和核放射物質進行接觸作業。核設施污染現場往往輻射場較強，常規防護措施難以實施或者實施后的防護效果極其有限，人員難以靠近，給調查現場測量和放射性污染處理工作造成極大困難，迫切需要采用移動機器人系統攜帶有關裝置替代工作人員在輻射場所近距離完成相關的輻射檢測和操作，以保障工作人員的健康和安全。

在這種情況下，針對核工業的特點，研制開發專用的核輻射檢測和應急處理機器人實用系統就顯得尤為必要和迫切。由于核工業場所的特殊性，對于核工業機器人的可靠性與穩定性也提出了更高的要求。一方面由于核工業場所涉及的核輻射與放射性物質具有很大的危險性，機器人一旦出現故障，工作人員難以取回機器人；另一方面，核工業機器人在核輻射環境下工作，屬于苛刻的工業環境，核輻射對機器人控制系統及所帶導航傳感裝置具有很強的干擾性與破壞性，易于出現難以預料的意外。

發明內容

由于核工業涉及的核輻射與放射性物質具有很大的危險性，核工業機器人可以替代工作人員在輻射場所近距離完成相關的檢測和操作。為了保證核工業機器人較高可靠性與穩定性，本發明設計出一種以PC?104為主控制器和以ARM9E為備份控制器的適用于核工業機器人的雙機冗余嵌入式控制系統(下述簡稱雙機冗余控制系統)。該雙機冗余控制系統不但能夠對主機和備份機出現故障時的控制權的移交，而且還能檢測出出現故障的位置，保證了核工業機器人的正常工作，提高了核工業機器人的可靠性與穩定性。

本發明的一種適用于核工業機器人的雙機冗余嵌入式控制系統，該雙機冗余控制系統包括有以PC?104為主控制器的主機(100)和以ARM9E為控制器的備份機(200)，主機(100)和備份機(200)安裝在核工業機器人上，并通過485總線與機器人驅動控制模塊(400)實現電信號聯接；核工業機器人通過光纖與上位機(300)實現指令信息傳輸；備份機(200)是在主機(100)出現故障時，才啟動進入工作狀態的；

主機(100)按照實現的功能或以分為網絡模塊(11)、圖像傳輸模塊(12)、導航模塊(13)、行動驅動模塊(14)和探測傳感模塊(15)；

備份機(200)按照實現的功能或以分為網絡模塊(21)、圖像傳輸模塊(22)、導航模塊(23)、行動驅動模塊(24)和探測傳感模塊(25)。

本發明設計的雙機冗余控制系統的優點在于：

一、以往設計都是通過系統自檢測判斷CPU狀態。一旦CPU出現故障，自檢測系統也可能失效，自身狀態輸出不準確，導致錯誤漏報。本發明雙機冗余控制系統正常工作時，主機100(以PC104為主控制器)獲得對外上位機300的控制權，完成相應的控制任務后，并且與備份機200(以ARM9E為控制器)和上位機300定時交換信息，以判斷主機100的工作狀態是否正常。

二、以往設計只能判斷CPU是否正常工作，無法判斷具體故障的位置。本發明雙機冗余控制系統按功能細分為不同模塊，每一個模塊都設置狀態檢測命令，在系統運行過程中不斷向上位機300發送狀態信息，這樣可以通過每個模塊返回的不同的狀態信息判斷各模塊運行狀態，一旦發生故障則可以準確判斷故障位置。

三、本發明雙機冗余控制系統設計了一種模塊化組合的思想完成故障處理，通過PC104主控制器和ARM9E備份控制器之間不同模塊的有效組合來完成控制任務，以實現更好的資源分配以及更高的可靠性。

四、以往設計一旦檢測出CPU故障，則放棄該控制器的所有模塊功能且永久失效，導致資源浪費。本發明雙機冗余控制系統對于故障的控制器設計了自我恢復的功能，并且在恢復狀態的同時還具備了自我學習的能力，記憶上次故障位置，以避免控制器恢復時再犯同樣的錯誤。使整個雙機冗余控制系統更加完善和全面，有效了保障系統的可靠性與安全性。

附圖說明

圖1是本發明機器人控制系統的結構框圖。

圖2是本發明雙機冗余控制系統內部模塊的結構框圖。

圖3是本發明主機模塊化組合處理故障的結構框圖。

圖4是本發明備份機模塊化組合處理故障的結構框圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。