專利名稱：核電站作業(yè)機器人及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于機器人及自動化設備領域，特別是提供了一種通用的核電站作業(yè)機器
人及其控制系統(tǒng)。
背景技術：
隨著我國經(jīng)濟高速全面發(fā)展，對能源的需求越來越大，核能作為一種能量密度極 大的清潔能源，大力發(fā)展核能、建設核電站也符合我國節(jié)能減排的新思路。然而核電廠的反 應器內(nèi)有大量的放射性物質，核電站有很多操作過程都帶有放射性，核輻射對人體的傷害 是致命的。在核工業(yè)早期，由于檢修，保養(yǎng)和事故過程中人員操作不當，或由于放射性劑量 過高無法對設備進行定期檢查而造成的人身傷亡事故不斷發(fā)生。因此遠距離操作技術或者 是用機器人來代替人工作業(yè)，成為很好解決上述問題的方式方法。 核電站機器人是應用在輻射環(huán)境下的特種機器人。隨著核工業(yè)和機器人技術的發(fā) 展，不少國家研制成功了真正的遠距離控制的核工業(yè)機器人。例如有美國的SAMS頂型，德 國的EMSM系列，法國的MA23-SD系列等。這些機器人的應用產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟效益，減少 了工作人員在輻射環(huán)境下進行作業(yè)的機會?，F(xiàn)在全世界核能發(fā)電量占總發(fā)電量的17%。但 是這些核電站在建造階段沒有考慮使用機器人遙控作業(yè)技術的應用，因此，現(xiàn)有的核電站 應用機器人就必須以其定型的格局為前提，選擇合適的機器人來完成某些任務?；诖?，一 種通用的核電站作業(yè)機器人具有廣泛的應用前景。 中國國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)中就已經(jīng)列入了惡劣環(huán)境智能機器人 的研究項目，從1987年開始，經(jīng)過選型論證、總體概念設計、總體方案設計等階段后，確定 把移動式作業(yè)機器人和壁面爬行式檢查機器人這兩種型號的核工業(yè)機器人作為開發(fā)目標， 已取得了可喜的成果。中國科學院光電技術研究所研制的水下異物打撈機器人，已于2006 年年初交付廣東大亞灣核電站使用。隨著機器人技術的發(fā)展，尤其是智能技術的發(fā)展，具有 更高自主能力的機器人作業(yè)系統(tǒng)，可以減輕操作人員的工作量，減少遠程操作的復雜度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種通用的核電站作業(yè)機器人及其控制系統(tǒng)。該機器人系 統(tǒng)可以代替人進行核電站設備的檢查，核燃料的轉運和處理，核廢料的處理，核電站事故的 處理，廢棄核設施的拆卸等作業(yè)，具有很好的應用前景。 本發(fā)明采用的技術方案為所述機器人為履帶式移動機械手，由雙履帶驅動的移 動平臺及其搭載的四自由度的機械手組成，具體結構為在底盤的左側通過左側履帶驅動 電機、左側電機輸出減速機構安裝左側履帶式行走機構，在底盤的右側通過右側履帶驅動 電機、左側電機輸出減速機構安裝右側履帶式行走機構，通過左側履帶驅動電機和右側履 帶驅動電機產(chǎn)生不同的差速控制行走；在左側履帶式行走機構和右側履帶式行走機構的尾 端分別安裝左側光電碼盤和右側光電碼盤，兩個光電碼盤檢測機器人行走距離，并提供距 離信息；在底盤上表面的前端安裝4F0D機械手，在底盤上表面的4F0D機械手后方安裝圖像發(fā)射模塊、圖像天線、蓄電池、嵌入式計算機控制系統(tǒng)、主攝像機/云臺攝像機、數(shù)據(jù)天線、 陀螺儀，，在底盤的前部安裝輻射/溫度/濕度傳感器和紅外/聲納避障傳感器，在底盤的 尾部安裝副攝像機/尾部攝像機。 所述嵌入式計算機控制系統(tǒng)使用基于32位的精簡指令集計算機處理器的嵌入式
系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制機器人的局部路徑規(guī)劃、實時避障、并控制4F0D機械手的操作。 所述4F0D機械手包括底座旋轉、第一關節(jié)俯仰、第二關節(jié)俯仰以及手臂旋轉四個
自由度；在4F0D機械手的末端安裝作為執(zhí)行機構的適配器，并在適配器后部安裝一個固定
攝像頭，方便實時監(jiān)控。 所述左側履帶式行走機構和右側履帶式行走機構采用結構相同的三角履帶結構，
由位于履帶式行走機構最前端的主動輪和三角形另兩個頂點的從動輪組成，主動輪懸空，
從動輪一前一后著地；在兩個從動輪之間設有三個張緊輪，在主動輪與前端從動輪之間設
有一個張緊輪，張緊輪對履帶起到支撐作用并提高履帶的抓地能力；在履帶式行走機構的
尾部，安裝可拆卸的尾輪機構，為機器人越障及攀爬樓梯提供輔助支撐作用。 所述左側履帶式行走機構和右側履帶式行走機構的履帶采用橡膠材質，具有減震性。 所述主攝像機/云臺攝像機具有旋轉和俯仰兩個自由度，并具有十倍的光學變焦 能力以及感紅外能力；在正常光照情況下顯示彩色的正常圖像模式，在光線不足的情況下 切換到紅外攝像模式，顯示圖像為黑白色。 所述履帶式移動機械手有人工遙控和自主控制兩種模式，采用無線或有線方式對 其進行遠程控制。 本發(fā)明還提供了所述核電站作業(yè)機器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)分為上位監(jiān)測與 規(guī)劃控制系統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)兩部分所述上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)由監(jiān)視器、操作臺 和規(guī)劃器組成監(jiān)視器利用履帶式移動機械手攜帶的兩個攝像機采集的圖像呈現(xiàn)工作現(xiàn)場 的狀況及履帶式移動機械手的工作狀態(tài)；操作臺利用監(jiān)視器提供的信息生成三維仿真圖 像，實時顯示工作現(xiàn)場的狀況及帶式移動機械手的工作狀態(tài)，并為操作員提供操作界面，對 履帶式移動機械手進行控制；規(guī)劃器接收操作臺發(fā)來的指令和監(jiān)視器發(fā)來的環(huán)境信息，完 成自主規(guī)劃任務，并給履帶式移動機械手發(fā)送指令，控制其完成相應的作業(yè)任務；所述機器 人控制系統(tǒng)由移動機械手自主導航系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、基于多傳感器融 合的在線監(jiān)測系統(tǒng)構成。 所述移動機械手自主導航系統(tǒng)使用核電站環(huán)境地圖進行路徑規(guī)劃，通過所述的兩 個光電碼盤和陀螺儀所提供的里程和角度信息，完成履帶式移動機械手的導航定位，并根 據(jù)實時定位和預先規(guī)劃路徑軌跡確定行走誤差，進行行走路徑修正；通過所述的紅外/聲 納避障傳感器進行障礙檢測，實時調整局部路徑，完成實時避障。 所述機械手控制系統(tǒng)控制所述的4F0D機械手運作，在4F0D機械手末端任務給定 的情況下進行動作規(guī)劃。 所述數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)使用所述的數(shù)據(jù)天線與圖像天線，在上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng) 和履帶式移動機械手之間提供采用數(shù)字載波調制的雙向的數(shù)據(jù)通信通道，除了基本數(shù)據(jù)傳 輸，數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)壓縮，抗干擾等數(shù)據(jù)處理功能； 所述基于多傳感器融合的在線監(jiān)測系統(tǒng)通過所述的輻射/溫度/濕度傳感器對核
5電站內(nèi)環(huán)境溫度、濕度與輻射量進行實時監(jiān)測并上傳至監(jiān)視器，結合專家知識庫找出導致 故障或錯誤的原因。
該核電站作業(yè)機器人系統(tǒng)具有如下的技術特性 1.履帶式移動機械手具有自主導航能力，能根據(jù)核電站的CAD建設圖紙，局部環(huán) 境的障礙信息，對全局的路徑規(guī)劃做出局部調整，躲避障礙物。 2.規(guī)劃器具有自主規(guī)劃任務能力，發(fā)送指令，控制機器人完成相應的作業(yè)任務。
3.履帶式移動機械手能實現(xiàn)核電站環(huán)境的在線監(jiān)測。其所攜帶的大量的傳感器， 采集環(huán)境信息，并返回上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)分析，判斷設備故障與錯誤，定位 故障發(fā)生地點。 4. 4F0D機械手末端安裝的適配器，能夠安裝多種工具，完成作業(yè)任務。 5.在預定任務完成或者某些特殊條件下，履帶式移動機械手具有自動返航的功能。 6.履帶式移動機械手具有自動控制和人工遙控兩種控制模式。人工遙控具有最高 的優(yōu)先級，可隨時中斷自主運行中的機器人，由人工進行行走或作業(yè)控制。
本發(fā)明的優(yōu)點在于 1.移動機械手自主運行，安全可靠，可在高放射的環(huán)境下完成一些危險的任務，即 使發(fā)生了意外也不會造成人員的傷亡，有效的解決了使工作人員暴露在高放射性環(huán)境中工 作的安全性問題。 2.機器人機身較為小巧，性能穩(wěn)定可靠、機動靈活，運營成本低，較之人工作業(yè)的
總體費用大幅度降低，解決了人工檢測與維護費用高的不足，且風險降低。 3.機器人為履帶式底盤，抓地力強，有一定的爬坡與越障能力，適合在較復雜的地
形中行走。 4.機器人智能化程度高，可實現(xiàn)自主控制與人工遠程遙控，且實現(xiàn)自主返航等多 種先進功能，有較強的容錯能力，在核電站較為復雜的環(huán)境中適應能力強。
圖1為本發(fā)明的履帶式移動機械手的主視圖； 圖2為本發(fā)明的履帶式移動機械手的左視圖； 圖3為本發(fā)明的履帶式移動機械手的俯視圖； 圖4為本發(fā)明的上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)功能結構框圖； 圖5為本發(fā)明的機器人控制系統(tǒng)功能結構框圖； 圖6為本發(fā)明的移動機械手的自主導航系統(tǒng)結構圖。
圖中標號 1-左側履帶式行走機構；2-左側履帶驅動電機；3-左側電機輸出減速機構；4_左 側光電碼盤；5-右側履帶式行走機構；6-右側履帶驅動電機；7-右側電機輸出減速機構； 8_右側光電碼盤；9-底盤；10-圖像發(fā)射模塊；11-圖像天線；12-4F0D機械手；13-主攝像 機/云臺攝像機；14-副攝像機/尾部攝像機；15-紅外/聲納避障傳感器；16_輻射/溫度 /濕度傳感器；17-嵌入式計算機控制系統(tǒng)；18-數(shù)據(jù)天線；19-陀螺儀；20-蓄電池。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種核電站作業(yè)機器人及其控制系統(tǒng)，下面通過附圖和具體實施方 式對本發(fā)明做進一步說明。 所述核電站作業(yè)機器人為履帶式移動機械手，由雙履帶驅動的移動平臺及其搭載
的四自由度的機械手組成，可以在核電站內(nèi)部移動，并有人工遙控和自主控制兩種控制模
式；履帶式移動機械手采用蓄電池供電，采用無線或有線方式對其進行遠程控制。 履帶式移動機械手的結構為在底盤9的左側通過左側履帶驅動電機2、左側電機
輸出減速機構3安裝左側履帶式行走機構l，在底盤9的右側通過右側履帶驅動電機6、左
側電機輸出減速機構7安裝右側履帶式行走機構5，通過左側履帶驅動電機2和右側履帶驅
動電機6產(chǎn)生不同的差速控制行走；在左側履帶式行走機構1和右側履帶式行走機構5的
尾端分別安裝左側光電碼盤4和右側光電碼盤8，兩個光電碼盤檢測機器人行走距離，并提
供距離信息；在底盤9上表面的前端安裝4F0D機械手12，在底盤9上表面的4F0D機械手
12后方安裝圖像發(fā)射模塊10、圖像天線11、蓄電池20、嵌入式計算機控制系統(tǒng)17、主攝像機
/云臺攝像機13、數(shù)據(jù)天線18、陀螺儀19，在底盤9的前部安裝輻射/溫度/濕度傳感器16
和紅外/聲納避障傳感器15，在底盤9的尾部安裝副攝像機/尾部攝像機14。 嵌入式計算機控制系統(tǒng)17使用基于32位的精簡指令集計算機處理器的嵌入式系
統(tǒng)，該系統(tǒng)通過分布式控制進行傳感器信息采集，控制機器人的局部路徑規(guī)劃、實時避障、
并控制4F0D機械手12的操作。 4F0D機械手12包括底座旋轉、第一關節(jié)俯仰、第二關節(jié)俯仰以及手臂旋轉四個自 由度；在4F0D機械手12的末端安裝作為執(zhí)行機構的適配器，并在適配器后部安裝一個固定 攝像頭，方便實時監(jiān)控。 左側履帶式行走機構1和右側履帶式行走機構5采用結構相同的三角履帶結構， 由位于履帶式行走機構最前端的主動輪和三角形另兩個頂點的從動輪組成，主動輪懸空， 從動輪一前一后著地；在兩個從動輪之間設有三個張緊輪，在主動輪與前端從動輪之間設 有一個張緊輪，張緊輪對履帶起到支撐作用并提高履帶的抓地能力。三角履帶結構設計可 以使機器人在面對不高于主動輪離地高度的障礙物的時候都可以爬越，履帶式的設計使機 器人具備了原地轉彎的能力。左側履帶式行走機構1和右側履帶式行走機構5的履帶采用 橡膠材質，使底盤9具有減震性。在履帶式行走機構的尾部，安裝可拆卸的尾輪機構，為機 器人越障及攀爬樓梯提供輔助支撐作用。 主攝像機/云臺攝像機13具有旋轉和俯仰兩個自由度，并具有十倍的光學變焦能 力以及感紅外能力；在正常光照情況下顯示彩色的正常圖像模式，在光線不足的情況下切 換到紅外攝像模式，顯示圖像為黑白色。主攝像機/云臺攝像機13是監(jiān)控機器人狀態(tài)和輔 助操作的主要設備，可以通過監(jiān)視器控制攝像機進行變焦和自動對焦，以觀察不同距離的 圖像。主攝像機/云臺攝像機13與副攝像機/尾部攝像機14所采集的圖像信息通過圖像 發(fā)射模塊10與圖像天線11傳送至控制室；紅外/聲納避障傳感器15實時監(jiān)測機器人行走 路線中的障礙信息；輻射/溫度/濕度傳感器16檢測設備射線輻射以及環(huán)境溫度和環(huán)境濕 度；陀螺儀19獲取機器人自身的角度信息；蓄電池20為移動機械手提供電源。
本發(fā)明所述的核電站作業(yè)機器人的控制系統(tǒng)分為上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)和機 器人控制系統(tǒng)兩部分。
7
所述上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)由監(jiān)視器、操作臺和規(guī)劃器組成三者之間通過標 準的局域網(wǎng)技術進行互相連接，支持多種傳輸媒介；監(jiān)視器利用履帶式移動機械手攜帶的 兩個攝像機采集的圖像呈現(xiàn)工作現(xiàn)場的狀況及履帶式移動機械手的工作狀態(tài)；操作臺利用 監(jiān)視器提供的信息生成三維仿真圖像，實時顯示工作現(xiàn)場的狀況及帶式移動機械手的工作 狀態(tài)，包括機器人行走過的距離、現(xiàn)行的路線以及核電站溫度、濕度、放射強度、時間、日期 等環(huán)境信息，并為操作員提供操作界面及工作模式(人工遙控或自主控制)，對履帶式移動 機械手進行控制；規(guī)劃器接收操作臺發(fā)來的指令和監(jiān)視器發(fā)來的環(huán)境信息，進行數(shù)據(jù)分析， 完成自主規(guī)劃任務，并通過數(shù)據(jù)天線18給履帶式移動機械手發(fā)送指令，控制其完成相應的 作業(yè)任務。 機器人控制系統(tǒng)由移動機械手自主導航系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、基
于多傳感器融合的在線監(jiān)測系統(tǒng)構成。
(1)移動機械手自主導航系統(tǒng) 該系統(tǒng)使用核電站環(huán)境地圖進行路徑規(guī)劃，環(huán)境地圖通過核電站建設的CAD圖紙 獲得。通過兩個光電碼盤和陀螺儀19所提供的里程和角度信息，完成履帶式移動機械手的 導航定位，并根據(jù)實時定位和預先規(guī)劃路徑軌跡確定行走誤差，進行行走路徑修正；通過紅 外/聲納避障傳感器15進行障礙檢測，實時調整局部路徑，完成實時避障。
(2)機械手控制系統(tǒng) 該系統(tǒng)控制4F0D機械手12的運作，在4F0D機械手12末端任務給定的情況下進 行路徑規(guī)劃，通過預處理和動態(tài)規(guī)劃，能夠有效地回避靜態(tài)和動態(tài)障礙物，適合在復雜的核 電站環(huán)境中進行作業(yè)任務的執(zhí)行，有效地對不確定因素進行處理。
(3)數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng) 該系統(tǒng)使用數(shù)據(jù)天線18與圖像天線ll，在上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)和履帶式移 動機械手之間提供采用數(shù)字載波調制的雙向的數(shù)據(jù)通信通道，除了基本數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈 路系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)壓縮，抗干擾等數(shù)據(jù)處理功能。主攝像機/云臺攝像機13與副攝像機 /尾部攝像機14在履帶式移動機械手行進過程中拍攝周圍工作環(huán)境的圖像，通過無線通訊 發(fā)送器將圖像信息發(fā)送回監(jiān)視器，并保存在監(jiān)視器的存儲設備中。
(4)基于多傳感器融合的在線監(jiān)測系統(tǒng) 該系統(tǒng)通過輻射/溫度/濕度傳感器16對核電站內(nèi)環(huán)境溫度、濕度與輻射量進行 實時監(jiān)測并上傳至監(jiān)視器，建立三種信息的數(shù)據(jù)庫，作為以后的監(jiān)測參考數(shù)據(jù)。將輻射/溫 度/濕度傳感器16得到的信息通過專家知識庫處理，找出導致故障或錯誤的原因，并返回 給操作人員。 在對核電站執(zhí)行作業(yè)任務的時候，需要對履帶式移動機械手的初始位置進行初始 化，以便進行后續(xù)動作的執(zhí)行。隨后啟動自主導航控制程序，履帶式移動機械手進行自主移 動。在履帶式移動機械手自主移動的過程中，將各個傳感器的值、圖像、位置等信息送至上 位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)，并保存在數(shù)據(jù)庫中，之后由上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)對信號進行 分析處理。 在履帶式移動機械手蓄電池電量消耗到設定值時，啟動返航程序，機器人發(fā)送實 時位置并返回至出發(fā)點。工作人員對履帶式移動機械手的狀態(tài)進行必要的檢查，以便進行 下一次的作業(yè)任務執(zhí)行。
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當機器人出現(xiàn)故障或不可預知的錯誤時，人工可介入干預，或者執(zhí)行遠程重啟操 作，待機器人復位后再繼續(xù)進行任務的執(zhí)行。
權利要求
核電站作業(yè)機器人，其特征在于，所述機器人為履帶式移動機械手，由雙履帶驅動的移動平臺及其搭載的四自由度的機械手組成，具體結構為在底盤(9)的左側通過左側履帶驅動電機(2)、左側電機輸出減速機構(3)安裝左側履帶式行走機構(1)，在底盤(9)的右側通過右側履帶驅動電機(6)、左側電機輸出減速機構(7)安裝右側履帶式行走機構(5)，通過左側履帶驅動電機(2)和右側履帶驅動電機(6)產(chǎn)生不同的差速控制行走；在左側履帶式行走機構(1)和右側履帶式行走機構(5)的尾端分別安裝左側光電碼盤(4)和右側光電碼盤(8)，兩個光電碼盤檢測機器人行走距離，并提供距離信息；在底盤(9)上表面的前端安裝4FOD機械手(12)，在底盤(9)上表面的4FOD機械手(12)后方安裝圖像發(fā)射模塊(10)、圖像天線(11)、蓄電池(20)、嵌入式計算機控制系統(tǒng)(17)、主攝像機/云臺攝像機(13)、數(shù)據(jù)天線(18)、陀螺儀(19)，在底盤(9)的前部安裝輻射/溫度/濕度傳感器(16)和紅外/聲納避障傳感器(15)，在底盤(9)的尾部安裝副攝像機/尾部攝像機(14)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的核電站作業(yè)機器人，其特征在于，所述嵌入式計算機控制系 統(tǒng)(17)使用基于32位的精簡指令集計算機處理器的嵌入式系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制機器人的局 部路徑規(guī)劃、實時避障、并控制4F0D機械手(12)的操作。
3. 根據(jù)權利要求1所述的核電站作業(yè)機器人，其特征在于，所述4F0D機械手(12)包括 底座旋轉、第一關節(jié)俯仰、第二關節(jié)俯仰以及手臂旋轉四個自由度；在4F0D機械手(12)的 末端安裝作為執(zhí)行機構的適配器，并在適配器后部安裝一個固定攝像頭，方便實時監(jiān)控。
4. 根據(jù)權利要求1所述的核電站作業(yè)機器人系統(tǒng)，其特征在于，所述左側履帶式行走 機構(1)和右側履帶式行走機構(5)采用結構相同的三角履帶結構，由位于履帶式行走機 構最前端的主動輪和三角形另兩個頂點的從動輪組成，主動輪懸空，從動輪一前一后著地； 在兩個從動輪之間設有三個張緊輪，在主動輪與前端從動輪之間設有一個張緊輪，張緊輪 對履帶起到支撐作用并提高履帶的抓地能力；在履帶式行走機構的尾部，安裝可拆卸的尾 輪機構，為機器人越障及攀爬樓梯提供輔助支撐作用。
5. 根據(jù)權利要求1所述的核電站作業(yè)機器人，其特征在于，所述左側履帶式行走機構 (1)和右側履帶式行走機構(5)的履帶采用橡膠材質，具有減震性。
6. 根據(jù)權利要求1所述的核電站作業(yè)機器人，其特征在于，所述主攝像機/云臺攝像 機(13)具有旋轉和俯仰兩個自由度，并具有十倍的光學變焦能力以及感紅外能力；在正常 光照情況下顯示彩色的正常圖像模式，在光線不足的情況下切換到紅外攝像模式，顯示圖 像為黑白色。
7. 根據(jù)權利要求1所述的核電站作業(yè)機器人，其特征在于，所述履帶式移動機械手有 人工遙控和自主控制兩種模式，采用無線或有線方式對其進行遠程控制。
8. 核電站作業(yè)機器人控制系統(tǒng)，其特征在于，該控制系統(tǒng)分為上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系 統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)兩部分所述上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)由監(jiān)視器、操作臺和規(guī)劃器組成監(jiān)視器利用履帶式移 動機械手攜帶的兩個攝像機采集的圖像呈現(xiàn)工作現(xiàn)場的狀況及履帶式移動機械手的工作 狀態(tài)；操作臺利用監(jiān)視器提供的信息生成三維仿真圖像，實時顯示工作現(xiàn)場的狀況及帶式 移動機械手的工作狀態(tài)，并為操作員提供操作界面，對履帶式移動機械手進行控制；規(guī)劃器 接收操作臺發(fā)來的指令和監(jiān)視器發(fā)來的環(huán)境信息，完成自主規(guī)劃任務，并給履帶式移動機 械手發(fā)送指令，控制其完成相應的作業(yè)任務；所述機器人控制系統(tǒng)由移動機械手自主導航系統(tǒng)、機械手控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)、基 于多傳感器融合的在線監(jiān)測系統(tǒng)構成；所述移動機械手自主導航系統(tǒng)使用核電站環(huán)境地圖進行路徑規(guī)劃，通過權利要求1所 述的兩個光電碼盤和陀螺儀(19)所提供的里程和角度信息，完成履帶式移動機械手的導 航定位，并根據(jù)實時定位和預先規(guī)劃路徑軌跡確定行走誤差，進行行走路徑修正；通過權利 要求1所述的紅外/聲納避障傳感器(15)進行障礙檢測，實時調整局部路徑，完成實時避 障；所述機械手控制系統(tǒng)控制權利要求1所述的4F0D機械手(12)運作，在4F0D機械手 (12)末端任務給定的情況下進行動作規(guī)劃；所述數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)使用權利要求l所述的數(shù)據(jù)天線(18)與圖像天線(ll)，在上位監(jiān)測 與規(guī)劃控制系統(tǒng)和履帶式移動機械手之間提供采用數(shù)字載波調制的雙向的數(shù)據(jù)通信通道， 除了基本數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)還提供數(shù)據(jù)壓縮，抗干擾等數(shù)據(jù)處理功能；所述基于多傳感器融合的在線監(jiān)測系統(tǒng)通過權利要求1所述的輻射/溫度/濕度傳感 器(16)對核電站內(nèi)環(huán)境溫度、濕度與輻射量進行實時監(jiān)測并上傳至監(jiān)視器，結合專家知識 庫找出導致故障或錯誤的原因。
全文摘要
核電站作業(yè)機器人及其控制系統(tǒng)屬于機器人及自動化設備領域。該核電站作業(yè)機器人為履帶式移動機械手，由雙履帶驅動的移動平臺及其搭載的四自由度的機械手組成，可以在核電站內(nèi)部移動，并有人工遙控和自主控制兩種控制模式，采用無線或有線方式對其進行遠程控制。所述的核電站作業(yè)機器人的控制系統(tǒng)分為上位監(jiān)測與規(guī)劃控制系統(tǒng)和機器人控制系統(tǒng)兩部分，二者配合使用控制機器人的運作。該機器人自主運行，安全可靠，可在高放射的環(huán)境下完成一些危險的任務；機身小巧，性能穩(wěn)定、機動靈活，運營成本低；履帶式底盤抓地力強，有一定的爬坡與越障能力，適合在較復雜的地形中行走；機器人智能化程度高，可實現(xiàn)自主控制與人工遠程遙控。
文檔編號B62D55/065GK101774170SQ20101010417
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權日2010年1月29日
發(fā)明者馮哲軒, 劉春陽, 周宏 , 李國棟, 柳長安, 魏振華 申請人:華北電力大學