[發明專利]一種ITER環境下的氣墊車智能控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201310289564.7
• 申請日: 2013-07-11
• 公開（公告）號: CN103332188A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 曹會彬;汪步云;高理富;孫玉香;孫建;吳寶元;閆清泉;郭偉斌;郝志偉;董必成;馬成學;常禮;張強;黃英良;汪增福
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: B60V1/11
• 分類號: B60V1/11
• 代理公司: 合肥天明專利事務所 34115
• 代理人: 奚華保

技術領域

本發明涉及特殊環境下機器人控制領域，尤其是一種ITER環境下的氣墊車智能控制系統及其控制方法。

背景技術

國際熱核實驗反應堆（簡稱ITER）?是目前核聚變領域內全球規模最大、影響最深遠的大科學工程項目，主要目標是建造一個可自持燃燒的托卡馬克聚變實驗堆，驗證和平利用核聚變能的可行性。ITER?裝置真空室在進行等離子體放電的時候，內部部件會被輻射污染，有些部件或者直接具有輻射功能（例如燃料棒）。因此，在安裝與轉運這些部件的過程中，為防止上述輻射危害操作人員的健康，操作人員無法置身于這種環境當中。基于上述原因，對真空室內部部件進行托運、裝配以及維護等操作的時候，需要借助一種具有承載大噸位、定位精度高、安全性能好的搬運車來協助完成。?

目前搬運車的主要有三種運行方式：輪式、履帶式和氣墊式。其中輪式運行方式控制比較靈活，行進速度較快，但對于承載大噸位的負載具有一定的局限性；履帶運行方式也是一種較為成熟的行進方式，已被廣泛用于大型收割機、軍事車輛等，但其存在著機動性較差、結構復雜、重量較重的缺點；氣墊車運行方式和前面兩種運行方式相比較，是一種新型的運行方式，它的運行原理是在車底形成一層高壓氣墊，支撐全部或部分車重，由獨立的風機推進裝置或地面行走機構提供驅動力，實現了支撐和驅動功能的分離，具有摩擦系數小，承載噸位大、全方位移動性能好等優點，是解決在核環境下內部部件裝配、維護以及搬運比較好的運載方式。目前氣墊車的控制主要有手動牽引或遙控兩種方式，人為參與程度比較大，存在導航定位精度差，控制精度低等智能化水平低的問題，難以滿足像核環境下精準導航定位、窗口對接等特殊作業任務的要求。

發明內容

本發明的首要目的在于提供一種導航定位精度高、避障功能強、智能化水平高的ITER環境下的氣墊車智能控制系統。

為實現上述目的，本發明采用了以下技術方案：一種ITER環境下的氣墊車智能控制系統，包括主控制器及其外圍模塊，主控制器的輸出端分別與驅動輪收放模塊、舉升模塊、氣動馬達驅動模塊的輸入端相連，主控制器的輸入輸出端與預警存儲模塊的輸入輸出端相連，主控制器的輸入端分別與多傳感器測量模塊、路徑規劃與導航定位傳感模塊的輸出端相連，主控制器的輸入輸出端與上位機控制模塊無線通訊。

所述外圍模塊由模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、驅動模塊、視覺采集模塊和無線傳輸模塊組成，主控制器通過模擬量輸入模塊分別與路徑規劃與導航定位傳感模塊、多傳感器測量模塊的輸出端相連，主控制器通過模擬量輸出模塊分別與驅動輪收放模塊、舉升模塊、氣動馬達驅動模塊的輸入端相連，主控制器通過驅動模塊與預警存儲模塊的輸入輸出端相連，主控制器通過視覺采集模塊與路徑規劃與導航定位傳感模塊的輸出端相連，主控制器通過無線傳輸模塊與上位機控制器模塊無線通訊。

所述多傳感器測量模塊由激光測高傳感器組、地面平整度測量傳感器組和姿態傳感器組組成，激光測高傳感器組、地面平整度測量傳感器組和姿態傳感器組的輸出端與主控制器的模擬量輸入模塊相連；所述路徑規劃與導航定位傳感模塊由激光測距傳感器組、電磁傳感器組、紅外傳感器組和視覺傳感器組組成，激光測距傳感器組、電磁傳感器組、紅外傳感器組均與主控制器的模擬量輸入模塊相連，視覺傳感器組與主控制器的視覺采集模塊相連。

所述上位機控制模塊由無線傳輸單元、上位機和預警單元組成，上位機依次通過無線傳輸單元與主控制器的無線傳輸模塊無線通訊；所述驅動輪收放模塊包括氣動馬達，氣動馬達上安裝第一高度傳感器，第一高度傳感器與主控制器的模擬量輸入模塊相連；所述舉升模塊包括氣墊，氣墊上安裝第二高度傳感器，第二高度傳感器與主控制器的模擬量輸入模塊相連。

本發明還公開了一種ITER環境下的氣墊車智能控制系統的控制方法，該方法包括下列順序的步驟：

（1）主控制器通過模擬量輸出模塊輸出四路相同的電壓至舉升模塊，控制四路氣流比例調壓閥，通過氣墊的充放氣實現氣墊車同時等高的智能升降；

（2）主控制器通過模擬量輸出模塊輸出兩路相同的電壓來控制驅動輪收放模塊中的氣流比例調壓閥來實現驅動輪的下壓；

（3）主控制器根據目標位置信息進行路徑規劃，控制氣墊車進入行進模式或者拐彎模式或者平移模式，在當氣墊車遇到障礙物后，自動避開障礙物；

（4）主控制器根據地面平整度測量傳感器和姿態傳感器冗余測量的地面平整信息，控制氣墊車對行駛路徑的選擇；?

（5）主控制器通過無線傳輸模塊接收上位機發出的命令，并把氣墊車當前的信息發送至上位機。