核电站作业机器人及其控制系统

摘要

核电站作业机器人及其控制系统属于机器人及自动化设备领域。该核电站作业机器人为履带式移动机械手，由双履带驱动的移动平台及其搭载的四自由度的机械手组成，可以在核电站内部移动，并有人工遥控和自主控制两种控制模式，采用无线或有线方式对其进行远程控制。所述的核电站作业机器人的控制系统分为上位监测与规划控制系统和机器人控制系统两部分，二者配合使用控制机器人的运作。该机器人自主运行，安全可靠，可在高放射的环境下完成一些危险的任务；机身小巧，性能稳定、机动灵活，运营成本低；履带式底盘抓地力强，有一定的爬坡与越障能力，适合在较复杂的地形中行走；机器人智能化程度高，可实现自主控制与人工远程遥控。

主权项

核电站作业机器人控制系统，所述机器人为履带式移动机械手，由双履带驱动的移动平台及其搭载的四自由度的机械手组成，具体结构为：在底盘(9)的左侧通过左侧履带驱动电机(2)、左侧电机输出减速机构(3)安装左侧履带式行走机构(1)，在底盘(9)的右侧通过右侧履带驱动电机(6)、右侧电机输出减速机构(7)安装右侧履带式行走机构(5)，通过左侧履带驱动电机(2)和右侧履带驱动电机(6)产生不同的差速控制行走；在左侧履带式行走机构(1)和右侧履带式行走机构(5)的尾端分别安装左侧光电码盘(4)和右侧光电码盘(8)，两个光电码盘检测机器人行走距离，并提供距离信息；在底盘(9)上表面的前端安装4自由度机械手(12)，在底盘(9)上表面的4自由度机械手(12)后方安装图像发射模块(10)、图像天线(11)、蓄电池(20)、嵌入式计算机控制系统(17)、主摄像机/云台摄像机(13)、数据天线(18)、陀螺仪(19)，在底盘(9)的前部安装辐射/温度/湿度传感器(16)和红外/声纳避障传感器(15)，在底盘(9)的尾部安装副摄像机/尾部摄像机(14)；其特征在于，该控制系统分为上位监测与规划控制系统和机器人控制系统两部分：所述上位监测与规划控制系统由监视器、操作台和规划器组成：监视器利用履带式移动机械手携带的两个摄像机采集的图像呈现工作现场的状况及履带式移动机械手的工作状态；操作台利用监视器提供的信息生成三维仿真图像，实时显示工作现场的状况及履带式移动机械手的工作状态，并为操作员提供操作界面，对履带式移动机械手进行控制；规划器接收操作台发来的指令和监视器发来的环境信息，完成自主规划任务，并给履带式移动机械手发送指令，控制其完成相应的作业任务；所述机器人控制系统由移动机械手自主导航系统、机械手控制系统、数据链 路系统、基于多传感器融合的在线监测系统构成；所述移动机械手自主导航系统使用核电站环境地图进行路径规划，通过所述两个光电码盘和陀螺仪(19)所提供的里程和角度信息，完成履带式移动机械手的导航定位，并根据实时定位和预先规划路径轨迹确定行走误差，进行行走路径修正；通过所述红外或声纳避障传感器(15)进行障碍检测，实时调整局部路径，完成实时避障；所述机械手控制系统控制所述4自由度机械手(12)运作，在4自由度机械手(12)末端任务给定的情况下进行动作规划；所述数据链路系统使用所述数据天线(18)与图像天线(11)，在上位监测与规划控制系统和履带式移动机械手之间提供采用数字载波调制的双向的数据通信通道，除了基本数据传输，数据链路系统还提供数据压缩，抗干扰数据处理功能；所述基于多传感器融合的在线监测系统通过所述辐射/温度/湿度传感器(16)对核电站内环境温度、湿度与辐射量进行实时监测并上传至监视器，结合专家知识库找出导致故障或错误的原因。