[發明專利]核電站作業多功能執行器及其控制方法

無效

• 申請號: 201210107474.7
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102642207A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉春陽;柳長安;楊國田;吳華;蘇琦
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J15/08;B25J13/08;B25J19/02;B25J19/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.核電站多功能作業執行器，由固定式底座(1)搭載三關節五自由度機械臂和四個機械手組成，其特征在于，

在底座(1)的前方和尾部分別安裝攝像頭(2)，底座(1)上表面中部靠前位置安裝可旋轉的三關節五自由度機械臂(3)；底座(1)上表面的后部安裝輻射量測量儀器、濕度及溫度傳感器、云臺攝像機(6)和內置有控制系統的封裝盒；

所述三關節五自由度機械臂(3)由腰部(31)、大臂(32)、小臂(33)和腕部(34)組成，腰部(31)與大臂(32)之間由腰關節連接，大臂(32)和小臂(33)之間由肘關節連接，小臂(33)和腕部(34)之間由腕關節連接；腰關節、肘關節以及腕關節上分別設置陀螺儀，用以分別測量三個關節的旋轉角度，并在腰關節安裝水平儀檢測腰部回轉角度；在腕關節前端安裝超聲測距傳感器，在腕部(34)側面安裝方形爪盤(4)，由腕部舵機驅動方形爪盤(4)旋轉，方形爪盤(4)的軸心位置固定安裝雙目視覺傳感器(5)；

所述方形爪盤(4)的對角線方向安裝四個機械手，分別為移動式平動手爪(41)、斜楔式V型手爪(42)、滑塊杠桿式三指手爪(43)和扭矩電動扳手(44)；各機械手上分別安裝接近覺傳感器和觸覺及滑覺傳感器；

所述的控制系統為由ARMv6架構的ARM11作為主處理器、DSP微處理器作為協同處理器組成的嵌入式系統，協同處理器采用分布式控制方法對傳感器數據進行采集，處理，分析和計算；主處理器采用模糊邏輯算法用于實現對機械臂和手腕的避障、動作規劃。

2.根據權利要求1所述的核電站多功能作業執行器，其特征在于，所述云臺攝像機(6)采用8-10倍光學變焦、3-5倍數字變焦，且帶紅外感知能力的攝像頭，具有旋轉、俯仰兩個自由度，攝像頭旋轉的范圍是-160°～160°，攝像頭俯仰的范圍是在-45°～45°。

3.根據權利要求1所述的核電站多功能作業執行器，其特征在于，所述雙目視覺傳感器(5)采用800萬像素、分辨率為1280*1024、5～8倍光學變焦、帶紅外感知能力攝像頭。

4.根據權利要求1所述的核電站多功能作業執行器，其特征在于，所述移動式平動手爪(41)、斜楔式V型手爪(42)以及滑塊杠桿式三指手爪(43)各具有旋轉和夾持兩個自由度，扭矩電動扳手(44)具有一個旋轉自由度。

5.根據權利要求1所述的核電站多功能作業執行器，其特征在于，所述移動式平動手爪(41)、斜楔式V型手爪(42)以及滑塊杠桿式三指手爪(43)的手指上安裝橡膠模和反膠包封表皮，在扭矩電動扳手(44)上安裝導向套，并在扭矩電動扳手(44)的外側安裝水平支架(441)，在水平支架(441)上安裝電子羅盤(442)。

6.根據權利要求1所述的核電站多功能作業執行器，其特征在于，所述封裝盒的表面涂鉛。

7.一種基于權利要求1所述核電站多功能作業執行器的控制方法，其特征在于：該控制方法包含以下四個過程：

(a)數據采集與存儲：首先通過底座前后的攝像頭(2)、雙目視覺傳感器(5)以及云臺攝像機(6)獲得圖像數據、紅外熱像數據，建立起目標物體在視覺坐標系的三維坐標；然后通過各個陀螺儀、電子羅盤確定腰部(31)、大臂(32)、小臂(33)、腕部(34)、方形爪盤(4)以及方形爪盤上各個機械手的方位和形態；最后將數據存儲在協同處理器中；

(b)故障分析：主處理器利用協同處理器計算出來的數據，依據目標物體的形狀、狀態，進行三維重建，對比故障分析模塊中的故障庫，確定下一步的操作方案；

(c)動作規劃及執行：由主處理器根據故障分析過程進行動作規劃，并給三關節五自由度機械臂(3)、方形爪盤(4)以及方形爪盤上各個機械手的驅動電機發送指令，控制其完成相應的作業任務；

(d)反饋實時調整：分為動作速度調整和校準調整兩個過程；

所述動作速度調整過程為：根據超聲測距傳感器、雙目視覺傳感器(5)測得的數據對運動過程進行反饋，計算出機械手的手指距離目標物體的距離，并快速接近物體，到達預定的距離后停止運動，根據雙目視覺傳感器(5)進行再次定位，并緩慢逼近物體進行操作；

所述校準調整過程為：根據各機械手上的接近覺傳感器得到的數據反饋來判斷機械手是否運動到位，再利用觸覺及滑覺傳感器得到的數據來對手爪操作進行精校準定位，主處理器再進行分析得到新的姿態、方位進行實時調整。