[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?zhí)枺?/td>: 201210107474.7
• 申請日: 2012-04-12
• 公開（公告）號: CN102642207A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉春陽;柳長安;楊國田;吳華;蘇琦
• 申請（專利權(quán)）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(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)明屬于核電站用機器人設(shè)備，特別涉及一種核電站作業(yè)多功能執(zhí)行器及其控制方法。

背景技術(shù)

核能發(fā)電由于其燃料費用低，大氣污染少，產(chǎn)生能量大，受到了世界各國的重視和積極的研發(fā)。當前，全世界正在運行的核動力堆已超過440座，總裝機容量超過387千兆瓦，核能發(fā)電量占總發(fā)電量的17％。在我國，黨中央、國務(wù)院一直高度重視核電事業(yè)發(fā)展。黨的十六大以來，為推進核電事業(yè)發(fā)展，中央確定了“積極推進核電建設(shè)”的方針，國務(wù)院成立了核電自主化工作領(lǐng)導(dǎo)小組，審議并通過了《核電中長期發(fā)展規(guī)劃》，提出了到2020年建成核電裝機容量4000萬千瓦，在建1800萬千瓦的目標。這是科學發(fā)展觀在我國核電建設(shè)上的具體體現(xiàn)，也是黨中央、國務(wù)院為推進節(jié)能減排工作，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會作出的重要部署。

然而，核電站中很多操作都帶有放射性，核輻射對人體的傷害也是致命的。在核工業(yè)早期，由于維修、保養(yǎng)等認為操作不當，或者由于輻射量過大而無法對設(shè)備進行定期檢修導(dǎo)致的人員傷亡比比皆是。人們認識到對核設(shè)備的遠距離操作來代替人為操作的重要性，全世界也掀起了研制核電站機器人的熱潮。從四十年代末開始，由美國發(fā)明的機械手M1型可實現(xiàn)對放射性物質(zhì)的操作，避免了人體直接接觸；發(fā)展到后來的隨動機械臂、Odex、Odex2、Odex3型步行機器人，可以實現(xiàn)機械手對設(shè)備的大多數(shù)操作。近些年來，隨著核工業(yè)及其他可學技術(shù)尤其是自動化與計算機技術(shù)的發(fā)展，核工業(yè)機器人開始朝著自主、智能化發(fā)展。

二零一一年三月發(fā)生的福島核電站泄漏事故再一次敲響了人們對核電安全意識的警鐘，修建核電站到底該注意什么；定時檢修、保養(yǎng)工作是否落實；特別是當設(shè)備出現(xiàn)故障，甚至到泄漏等安全問題時候，我們該怎樣去做來彌補。這次福島核事故發(fā)生以后，日本政府采取的是用留守的工作人員來關(guān)閉機組，主要原因是因為機器人操作可靠性差以及需要采取多臺高端機器人同時工作控制穩(wěn)定性差。當下，針對核設(shè)備泄漏進行檢修操作的機器人勢在必行，其特殊環(huán)境特殊操作要求著檢修機器人應(yīng)具有可靠性大、抗干擾能力強、可針對多項任務(wù)進行操作的多功能自主智能機器人。核電站作業(yè)多功能執(zhí)行器可實現(xiàn)在核輻射環(huán)境下對物體的搜尋、排污、回收、設(shè)備檢修等多項高危險任務(wù)進行一體式操作，若搭載移動平臺，便能實現(xiàn)多臺移動機器人完成的工作量，具有很高的應(yīng)用前景

發(fā)明內(nèi)容

為了解決核電站檢修機械手單一操作，多機械手無法根據(jù)任務(wù)自主智能切換和定位檢修等問題，本發(fā)明設(shè)計了一種搭載4個機械手的核電站作業(yè)多功能執(zhí)行器及其控制方法，可在核輻射環(huán)境下自主對物體的搜尋、排污、回收、設(shè)備檢修等多項高危險任務(wù)進行一體式操作。

本發(fā)明提供的核電站作業(yè)多功能執(zhí)行器采用的技術(shù)方案為：

該執(zhí)行器由固定式底座搭載三關(guān)節(jié)五自由度機械臂和四個機械手組成。具體為：在底座的前方和尾部分別安裝攝像頭，底座上表面中部靠前位置安裝可旋轉(zhuǎn)的三關(guān)節(jié)五自由度機械臂；底座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)五自由度機械臂由腰部、大臂、小臂和腕部組成，腰部與大臂之間由腰關(guān)節(jié)連接，大臂和小臂之間由肘關(guān)節(jié)連接，小臂和腕部之間由腕關(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，用以分別測量三個關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，并在腰關(guān)節(jié)安裝水平儀檢測腰部回轉(zhuǎn)角度；在腕關(guān)節(jié)前端安裝超聲測距傳感器，在腕部側(cè)面安裝方形爪盤，由腕部舵機驅(qū)動方形爪盤旋轉(zhuǎn)，方形爪盤的軸心位置固定安裝雙目視覺傳感器。

所述方形爪盤的對角線方向安裝四個機械手，分別為移動式平動手爪、斜楔式V型手爪、滑塊杠桿式三指手爪和扭矩電動扳手；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(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傳感器數(shù)據(jù)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(xiàn)對機械臂和手腕的避障、動作規(guī)劃。

所述云臺攝像機采用8-10倍光學變焦、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°。

所述雙目視覺傳感器采用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。

所述移動式平動手爪、斜楔式V型手爪以及滑塊杠桿式三指手爪各具有旋轉(zhuǎn)和夾持兩個自由度，扭矩電動扳手具有一個旋轉(zhuǎn)自由度。