[發(fā)明專利]核電站作業(yè)多功能執(zhí)行器及其控制方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210107474.7
• 申請(qǐng)日: 2012-04-12
• 公開（公告）號(hào): CN102642207A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉春陽;柳長(zhǎng)安;楊國(guó)田;吳華;蘇琦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/10
• 分類號(hào): B25J9/10;B25J15/08;B25J13/08;B25J19/02;B25J19/04
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.核電站多功能作業(yè)執(zhí)行器，由固定式底座(1)搭載三關(guān)節(jié)五自由度機(jī)械臂和四個(gè)機(jī)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(zhuǎn)的三關(guān)節(jié)五自由度機(jī)械臂(3)；底座(1)上表面的后部安裝輻射量測(cè)量?jī)x器、濕度及溫度傳感器、云臺(tái)攝像機(jī)(6)和內(nèi)置有控制系統(tǒng)的封裝盒；

所述三關(guān)節(jié)五自由度機(jī)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(guān)節(jié)連接，大臂(32)和小臂(33)之間由肘關(guān)節(jié)連接，小臂(33)和腕部(34)之間由腕關(guān)節(jié)連接；腰關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)以及腕關(guān)節(jié)上分別設(shè)置陀螺儀，用以分別測(cè)量三個(gè)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，并在腰關(guān)節(jié)安裝水平儀檢測(cè)腰部回轉(zhuǎn)角度；在腕關(guān)節(jié)前端安裝超聲測(cè)距傳感器，在腕部(34)側(cè)面安裝方形爪盤(4)，由腕部舵機(jī)驅(qū)動(dòng)方形爪盤(4)旋轉(zhuǎn)，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(duì)角線方向安裝四個(gè)機(jī)械手，分別為移動(dòng)式平動(dòng)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(dòng)扳手(44)；各機(jī)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(tǒng)為由ARMv6架構(gòu)的ARM11作為主處理器、DSP微處理器作為協(xié)同處理器組成的嵌入式系統(tǒng)，協(xié)同處理器采用分布式控制方法對(duì)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，處理，分析和計(jì)算；主處理器采用模糊邏輯算法用于實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂和手腕的避障、動(dòng)作規(guī)劃。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站多功能作業(yè)執(zhí)行器，其特征在于，所述云臺(tái)攝像機(jī)(6)采用8-10倍光學(xué)變焦、3-5倍數(shù)字變焦，且?guī)Ъt外感知能力的攝像頭，具有旋轉(zhuǎn)、俯仰兩個(gè)自由度，攝像頭旋轉(zhuǎn)的范圍是-160°～160°，攝像頭俯仰的范圍是在-45°～45°。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站多功能作業(yè)執(zhí)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(xué)變焦、帶紅外感知能力攝像頭。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站多功能作業(yè)執(zhí)行器，其特征在于，所述移動(dòng)式平動(dòng)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(zhuǎn)和夾持兩個(gè)自由度，扭矩電動(dòng)扳手(44)具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站多功能作業(yè)執(zhí)行器，其特征在于，所述移動(dòng)式平動(dòng)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(dòng)扳手(44)上安裝導(dǎo)向套，并在扭矩電動(dòng)扳手(44)的外側(cè)安裝水平支架(441)，在水平支架(441)上安裝電子羅盤(442)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核電站多功能作業(yè)執(zhí)行器，其特征在于，所述封裝盒的表面涂鉛。

7.一種基于權(quán)利要求1所述核電站多功能作業(yè)執(zhí)行器的控制方法，其特征在于：該控制方法包含以下四個(gè)過程：

(a)數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)：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(tái)攝像機(jī)(6)獲得圖像數(shù)據(jù)、紅外熱像數(shù)據(jù)，建立起目標(biāo)物體在視覺坐標(biāo)系的三維坐標(biāo)；然后通過各個(gè)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(gè)機(jī)械手的方位和形態(tài)；最后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在協(xié)同處理器中；

(b)故障分析：主處理器利用協(xié)同處理器計(jì)算出來的數(shù)據(jù)，依據(jù)目標(biāo)物體的形狀、狀態(tài)，進(jìn)行三維重建，對(duì)比故障分析模塊中的故障庫(kù)，確定下一步的操作方案；

(c)動(dòng)作規(guī)劃及執(zhí)行：由主處理器根據(jù)故障分析過程進(jìn)行動(dòng)作規(guī)劃，并給三關(guān)節(jié)五自由度機(jī)械臂(3)、方形爪盤(4)以及方形爪盤上各個(gè)機(jī)械手的驅(qū)動(dòng)電機(jī)發(fā)送指令，控制其完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)；

(d)反饋實(shí)時(shí)調(diào)整：分為動(dòng)作速度調(diào)整和校準(zhǔn)調(diào)整兩個(gè)過程；

所述動(dòng)作速度調(diào)整過程為：根據(jù)超聲測(cè)距傳感器、雙目視覺傳感器(5)測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)運(yùn)動(dòng)過程進(jìn)行反饋，計(jì)算出機(jī)械手的手指距離目標(biāo)物體的距離，并快速接近物體，到達(dá)預(yù)定的距離后停止運(yùn)動(dòng)，根據(jù)雙目視覺傳感器(5)進(jìn)行再次定位，并緩慢逼近物體進(jìn)行操作；

所述校準(zhǔn)調(diào)整過程為：根據(jù)各機(jī)械手上的接近覺傳感器得到的數(shù)據(jù)反饋來判斷機(jī)械手是否運(yùn)動(dòng)到位，再利用觸覺及滑覺傳感器得到的數(shù)據(jù)來對(duì)手爪操作進(jìn)行精校準(zhǔn)定位，主處理器再進(jìn)行分析得到新的姿態(tài)、方位進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。