專利名稱：危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法
技術領域：
本發(fā)明屬于自動控制技術領域，特別是涉及一種危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法。
背景技術：
目前，危險化學存儲器泄漏封堵工作仍然沿用傳統(tǒng)的人工封堵。現(xiàn)場檢測傳感器檢測到泄露之后，通過遠程無線報警系統(tǒng)將泄露位置、泄露處的機械聯(lián)接形式等信息傳送給監(jiān)控室，監(jiān)控室的工作人員接收到報警信息之后，選取相應的封堵方案，并人工將封堵機構送到泄露地點，人工進行封堵裝置對泄露點的定位，實施封堵操作。該泄露封堵工作方式，危險性高，適用的場合和工作范圍因人的因素而受到種種限制，特別不適合于有毒、放射性等危險化學存儲器的泄露封堵。

發(fā)明內容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術存在的問題，提供了一種危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法。
本發(fā)明的目的是利用現(xiàn)代計算機控制技術實現(xiàn)泄露封堵移動機械手自主定位，代替人工判斷施工，方便、安全，特別適合于危險化學存儲器泄露的封堵操作。
危險環(huán)境下的封堵移動機械手自主定位的工作原理和過程多點式檢測系統(tǒng)的現(xiàn)場檢測傳感器在檢測到泄露之后，通過遠程無線報警系統(tǒng)將泄露位置、泄露處的機械聯(lián)接形式等信息傳送給監(jiān)控室，監(jiān)控室在接收到報警信息之后，根據(jù)泄露處的機械聯(lián)接形式，選取相應的封堵方案并將封堵機構通過快裝裝置固定到移動機械手的末端，移動機械手通過自主的方式快速運動到泄露報警位置，并根據(jù)泄露點的車體位置標志進行移動平臺的初定位，車載控制計算機根據(jù)泄露檢測環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫確定泄露點相對于車體位置標志的空間位置，并進行機械手的運動學逆向求解，進而通過運動控制器驅動機械手的封堵裝置趨向泄露點運動，實現(xiàn)封堵裝置相對于泄露點的粗定位，然后通過機械手末端的超聲測距傳感器和基于CCD攝像機的計算機視覺對封堵裝置進行相對于泄露點的精確定位，然后利用封堵裝置對泄露點進行快速封堵。
本發(fā)明提供了移動機械手車體的到達泄露區(qū)域定位控制方法和移動機械手執(zhí)行裝置對泄露點的精確定位控制方法。
移動機械手車體的控制方法有兩種一種是顏色傳感器和條形碼傳感器相結合的控制方法。基于光電傳感器的導航定位技術通過顏色傳感器對顏色的辨識，對路徑進行辨識，當機械手走出線時，顏色變化引起傳感器I/O輸出量變化，主機PC檢測到后程序糾偏，完成巡跡。條形碼傳感器主要是起定位的作用，當機械手運動到條形碼的上方時，條碼掃描器掃中條碼同時將條碼的內容通過串口發(fā)給主機，主機解析條碼的內容來做出相應的動作。
另一種是基于計算機視覺的控制方法。基于計算機視覺的導航定位技術應用了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡的技術。將模糊控制技術應用到車體導航中，實現(xiàn)了路徑跟蹤，采用了神經(jīng)網(wǎng)絡技術進行路標識別。
為了實現(xiàn)移動車體的跟蹤定位，預先鋪設了路徑和路標，移動機械手通過識別路徑和路標到達指定的位置。
移動機械手執(zhí)行裝置對泄露點的精確定位控制方法?；谟嬎銠C視覺的機械手精定位方法移動機械手車體到達指定的泄漏區(qū)域后車體停止，根據(jù)讀取到的路標信息機械手自動將各關節(jié)調整到一個姿態(tài)，然后通過布置在機械手末端的超聲測距傳感器和攝像頭進行精確定位。移動機械手的精定位流程包括初始化、圖像的采集及閾值分割、去除噪聲點、判斷圖像中是否包括目標、計算不變矩、判斷是否為給定的圖形、計算圖形的質心、通過矩陣變換得到目標點在空間坐標系中的坐標等判斷執(zhí)行過程，來確定執(zhí)行器對泄露點的精定位。
本發(fā)明采用如下技術方案危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，監(jiān)控裝置接到現(xiàn)場檢測傳感器泄露信號后，確定泄露位置，移動機械手按照泄露封堵方案，控制車體移動到泄露地點，然后移動機械手定位于泄露點，實現(xiàn)封堵裝置對泄露點的封堵；其特點是移動機械手自主定位方法包括(1)移動機械手控制執(zhí)行器車體移動到泄露地點的自主定位過程，采用基于光電傳感器的導航定位過程或者基于計算機視覺的導航定位過程基于光電傳感器的導航定位過程預先鋪設顏色路徑和路標，移動機械手通過路徑顏色傳感器、路標傳感器識別路徑和路標，控制車體到達指定位置；基于計算機視覺的導航定位過程預先鋪設顏色路徑和路標，移動機械手從攝像機拍攝的圖像中提取出顏色路徑，控制車體進行路徑跟蹤，將提取的路標圖像處理到達指定位置。
(2)移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)封堵裝置對準泄露點自主定位過程，采用基于計算機視覺的定位過程基于計算機視覺的定位過程移動機械手車體到達指定的泄漏區(qū)域后，車體停止并根據(jù)路標信息調整車體姿態(tài)，然后通過設置在機械手上的超聲傳感器測量距離，通過攝像頭獲取泄露點二維平面位置信息，實現(xiàn)泄露點的定位。
本發(fā)明還可以采取如下技術措施上述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特點是基于光電傳感器的導航定位過程中的路徑顏色傳感器為兩組，對路徑進行辯識，當機械手車體走出線時，顏色變化引起傳感器I/O輸出量變化，控制器檢測變化進行糾偏，完成巡跡。
上述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特點是基于光電傳感器的導航定位過程中的路標為條形碼、圖案或數(shù)字，當機械手運動到路標時，路標傳感器掃描路標，同時將內容傳給控制器，控制器解析內容確定位置，并做出相應動作。
上述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特點是基于計算機視覺的導航定位過程中預先鋪設顏色路徑為紅色路徑。
上述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特點是移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)對準泄露點采用基于計算機視覺的自主定位過程中，在容易發(fā)生泄漏的部位布置圓形標志，執(zhí)行器通過對圓形標志的圓心確定得到封堵裝置噴槍的起始點的位置。
本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點和積極效果危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，具有自動化程度高、技術可靠、巡際糾偏能力強、定位準確、誤差小、系統(tǒng)結構簡單、運行成本低、封堵快捷、方便安全等優(yōu)點，很好地滿足了移動機械手自主定位操作過程，達到了很好的危險化學存儲器泄漏封堵效果。


圖1是本發(fā)明機械手執(zhí)行器精確定位流程示意圖；圖2是移動機械手路徑跟蹤時恰好位于路徑上示意圖；圖3是移動機械手路徑跟蹤時有較大偏差示意圖；圖4是路標識別流程示意圖；圖5是移動機械手執(zhí)行器確定位置信息示意圖。
具體實施例方式
為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內容、特點及功效，茲列舉以下實例。
實施例1參照附圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。
危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，監(jiān)控裝置接到現(xiàn)場檢測傳感器泄露信號后，確定泄露位置，移動機械手按照泄露封堵方案，控制車體移動到泄露地點，然后移動機械手定位于泄露點，實現(xiàn)封堵裝置對泄露點的封堵；移動機械手自主定位方法包括(1)移動機械手控制執(zhí)行器車體移動到泄露地點的自主定位過程。該定位過程是基于光電傳感器的導航定位過程預先鋪設紅色路徑和條形碼路標，移動機械手通過路徑顏色傳感器、路標傳感器識別路徑和路標，控制車體到達指定位置。
顏色傳感器使用的是KEYENCE公司的CZ-V1，CZ-10，它對顏色的辨識準確、誤報率低、運行可靠。選用兩組對路徑進行辨識，當機械手走出線時，顏色變化引起傳感器I/O輸出量變化，主機PC檢測到后程序糾偏，完成巡跡。條形碼傳感器主要是起定位的作用，當機械手運動到條形碼的上方時，條碼掃描器掃中條碼同時將條碼的內容通過串口發(fā)給主機，主機解析條碼的內容來做出相應的動作。
顏色傳感器巡跡定位控制左右傳感器的輸出只有四種組合(0，0)，(1，0)，(0，1)，(0，0)；對于這幾種輸出能判斷的出的信息是有限的，所以要利用一種算法彌補硬件的不足。單次的信息判斷并不能判斷當前車體相對于路徑的位置，尤其是當車體偏移路徑以外兩個傳感器的信號都為0的時候。所以，程序中設計了一個信號采集隊列，每隔300ms采集一次傳感器信號并把它存儲在隊列中，隊列遵循FIFO規(guī)則，每次采集的信號都放在隊列的最后，如果所采集的信號與上次相同則不保存，程序中根據(jù)隊列中儲存的傳感器信息判斷當前的車體位置狀態(tài)，從而進行下一步的控制操作。
為了保證控制的準確性，要把車體所有的運動情況考慮清楚，指定控制狀態(tài)表 條形碼傳感器到達指定區(qū)域控制條形碼傳感器讀取預先放置在路徑上的條碼，通過讀取到的條碼信息判斷車體是否到達指定的區(qū)域。條形碼傳感器采用的型號是SymbolLS1900。
(2)移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)封堵裝置對泄露點精確自主定位過程。采用基于計算機視覺的定位過程移動機械手車體到達指定的泄漏區(qū)域后，車體停止并根據(jù)路標信息調整車體姿態(tài)，然后通過設置在機械手上的超聲傳感器測量距離，通過攝像頭獲取泄露點二維平面位置信息，實現(xiàn)泄露點的定位。移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)對準泄露點采用基于計算機視覺的自主定位過程中，在容易發(fā)生泄漏的部位布置圓形標志，執(zhí)行器通過對圓形標志的圓心確定得到封堵裝置噴槍的起始點的位置。
泄露點定位過程如下移動機械手車體到達指定的泄漏區(qū)域后車體停止，根據(jù)讀取到的路標信息機械手自動將各關節(jié)調整到一個姿態(tài)，然后通過布置在機械手末端的超聲測距傳感器和攝像頭進行精確定位。
為了完成上述的運動方案，需要我們獲取目標泄漏點相對于末端執(zhí)行器的位置信息。通過在末端布置一個攝像頭來獲取在一個二維平面的相對位置信息，在垂直該二維平面方向的距離通過超聲測距傳感器來獲得，如圖5所示。在容易發(fā)生泄漏的部位布置圓形標志，末端執(zhí)行器通過對圓形標志的圓心確定得到噴槍的起始點的位置。圖5中O-XYZ是空間坐標系，O′-X′Y′Z′是攝像機坐標系，O″-UV是圖像平面坐標系，空間中一點P在圖像平面坐標系中的投影如圖所示。
移動機械手的精定位流程圖1所示。包括初始化、圖像的采集及閾值分割、去除噪聲點、判斷圖像中是否包括目標、計算不變矩、判斷是否為給定的圖形、計算圖形的質心、通過矩陣變換得到目標點在空間坐標系中的坐標等判斷執(zhí)行過程，來確定執(zhí)行器對泄露點的精定位。
通過不變矩計算得到的圖形質心坐標轉換為空間坐標系下的坐標，然后控制機械手移動到泄漏點開始封堵。
實施例2參照附圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。
危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，監(jiān)控裝置接到現(xiàn)場檢測傳感器泄露信號后，確定泄露位置，移動機械手按照泄露封堵方案，控制車體移動到泄露地點，然后移動機械手定位于泄露點，實現(xiàn)封堵裝置對泄露點的封堵；移動機械手自主定位方法包括(1)移動機械手控制執(zhí)行器車體移動到泄露地點的自主定位過程。該定位方法是基于計算機視覺的導航定位過程應用了模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡的技術，將模糊控制技術應用到車體導航中，實現(xiàn)了路徑跟蹤，采用了神經(jīng)網(wǎng)絡技術進行路標識別。
為了實現(xiàn)移動機械手的導航，預先鋪設了紅色路徑，從攝像機拍攝的圖像中提取出路徑，然后輸入到模糊控制器中，從而實現(xiàn)移動機械手路徑跟蹤。將提取到的路標圖像經(jīng)過歸一化后輸入到神經(jīng)網(wǎng)絡中進行識別。在路徑和路標的提取過程中采用了HSI技術，其中色調用H(hue)表示，S(saturation)表示飽和度，I(intensity)對應成像亮度和圖像灰度。
模糊控制算法的過程為微機經(jīng)采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較，得到誤差信號E，一般選取誤差信號E作為模糊控制器的一個輸入量，然后把誤差信號E模糊量化為模糊量，誤差E的模糊量可用相應的模糊語言表示，至此得到了誤差E的模糊語言集合的一個子集(實際上是一個模糊向量)。再由和模糊控制規(guī)則(模糊關系)根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制向量。移動機械手路徑跟蹤示意圖如圖2、圖3所示。圖2為移動機械手恰好位于路徑上的情況，圖3為移動機械手有大的位置偏差時的情況。
兼顧移動機械手路徑跟蹤系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應速度，歸納出49條控制規(guī)則，見下表。其中，輸入量NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB分別代表負大，負中，負小，零，正小，正中，正大(夾角)，控制量LVB，LB，LM，LS，NA，RS，RM，RB，RVB分別代表左拐很大，左拐大，左拐中，左拐小，方向不變，右拐小，右拐中，右拐大，右拐很大。
模糊控制規(guī)則表 分割出的路標圖形首先要去處噪聲點，調整傾斜度，歸一化處理后輸入到BP(BackPropagation)神經(jīng)網(wǎng)絡中進行識別。識別過程如圖4所示。
(2)移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)封堵裝置對泄露點精確自主定位過程，同實施例1。
權利要求
1.危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，監(jiān)控裝置接到現(xiàn)場檢測傳感器泄露信號后，確定泄露位置，移動機械手按照泄露封堵方案，控制車體移動到泄露地點，然后移動機械手定位于泄露點，實現(xiàn)封堵裝置對泄露點的封堵；其特征是移動機械手自主定位方法包括(1)移動機械手控制執(zhí)行器車體移動到泄露地點的自主定位過程，采用基于光電傳感器的導航定位過程或者基于計算機視覺的導航定位過程基于光電傳感器的導航定位過程預先鋪設顏色路徑和路標，移動機械手通過路徑顏色傳感器、路標傳感器識別路徑和路標，控制車體到達指定位置；基于計算機視覺的導航定位過程預先鋪設顏色路徑和路標，移動機械手從攝像機拍攝的圖像中提取出顏色路徑，控制車體進行路徑跟蹤，將提取的路標圖像處理到達指定位置。(2)移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)封堵裝置對泄露點精確自主定位過程，采用基于計算機視覺的定位過程基于計算機視覺的定位過程移動機械手車體到達指定的泄漏區(qū)域后，車體停止并根據(jù)路標信息調整車體姿態(tài)，然后通過設置在機械手上的超聲傳感器測量距離，通過攝像頭獲取泄露點二維平面位置信息，實現(xiàn)泄露點的定位。
2.根據(jù)權利要求1所述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特征是基于光電傳感器的導航定位過程中的路徑顏色傳感器為兩組，對路徑進行辯識，當機械手車體走出線時，顏色變化引起傳感器I/O輸出量變化，控制器檢測變化進行糾偏，完成巡跡。
3.根據(jù)權利要求1所述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特征是基于光電傳感器的導航定位過程中的路標為條形碼、圖案或數(shù)字，當機械手運動到路標時，路標傳感器掃描路標，同時將內容傳給控制器，控制器解析內容確定位置，并做出相應動作。
4.根據(jù)權利要求1所述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特征是基于計算機視覺的導航定位過程中預先鋪設顏色路徑為紅色路徑。
5.根據(jù)權利要求1所述的危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，其特征是移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)對準泄露點采用基于計算機視覺的自主定位過程中，在容易發(fā)生泄漏的部位布置圓形標志，執(zhí)行器通過對圓形標志的圓心確定得到封堵裝置噴槍的起始點的位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法。本發(fā)明屬于自動控制技術領域。危險化學存儲器泄漏封堵用移動機械手自主定位方法，監(jiān)控裝置接到現(xiàn)場檢測傳感器泄露信號后，移動機械手自主定位包括(1)移動機械手控制執(zhí)行器車體移動到泄露地點的自主定位過程，采用基于光電傳感器的導航定位過程或者基于計算機視覺的導航定位過程；(2)移動機械手控制執(zhí)行器實現(xiàn)封堵裝置對準泄露點自主定位過程，采用基于計算機視覺的定位過程。本發(fā)明具有自動化程度高、技術可靠、巡際能力強、定位準確、系統(tǒng)結構簡單、封堵快捷、方便安全等優(yōu)點，達到了危險化學存儲器移動機械手自主定位快速泄漏封堵效果。
文檔編號B25J5/00GK1730249SQ20051001470
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月4日 優(yōu)先權日2005年8月4日
發(fā)明者丁承君, 張明路, 張大朋, 趙君鑫 申請人:河北工業(yè)大學