一種應(yīng)用于核工業(yè)的自動(dòng)檢修機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】一種核工業(yè)自動(dòng)檢修機(jī)器人。核工業(yè)自動(dòng)檢修機(jī)器人是為滿足核電站自動(dòng)化作業(yè)的需求而設(shè)計(jì)的。它具有插接焊縫自動(dòng)檢測、放射性污染物清理、危險(xiǎn)災(zāi)難現(xiàn)場搜救等功能。本課題擬采用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建檢修機(jī)器人硬件平臺(tái)，建立搜集任務(wù)環(huán)境模型，利用探測傳感器（如紅外傳感器、激光測距儀等）感知目標(biāo)，采用人工智能方法進(jìn)行自主運(yùn)動(dòng)規(guī)劃并完成相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制解算，從而保證檢修機(jī)器人自主、優(yōu)化地完成目標(biāo)搜集作業(yè)。
【專利說明】—種應(yīng)用于核工業(yè)的自動(dòng)檢修機(jī)器人
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自動(dòng)檢修機(jī)器人，具體說是一種應(yīng)用于核工業(yè)中的自動(dòng)檢修機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]核電站有很多檢修和維護(hù)過程都帶有放射性，操作人員的工作環(huán)境比較惡劣。核電站檢修機(jī)器人是應(yīng)用在輻射環(huán)境下，能夠在大范圍內(nèi)自主移動(dòng)并做檢查和維護(hù)的特種機(jī)器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是提供一種自動(dòng)尋找目標(biāo)，并能自主導(dǎo)航定位的高度自動(dòng)化，智能化的核工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的機(jī)器人。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]它主要包括嵌入式MINI2440開發(fā)板(I)，IXD顯示(2)上位機(jī)與下位機(jī)的通訊系統(tǒng)(3)，激光測距儀(4)，單片機(jī)子系統(tǒng)(5)，驅(qū)動(dòng)電路(6)，PID控制器(7)，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)
(8)，碼盤測距定位機(jī)構(gòu)(9).[0006]它的工作原理是這樣子的:
[0007]首先通過激光測距儀(4)對(duì)工作區(qū)域進(jìn)行掃描。
[0008]將收集到的數(shù)據(jù)通過上位機(jī)與下位機(jī)的通訊系統(tǒng)(3 )傳送給嵌入式I MINI2440開發(fā)板(I)進(jìn)行模式識(shí)別和處理.[0009]并將處理后的命令發(fā)給單片機(jī)子系統(tǒng)(5)。
[0010]通過碼盤測距定位機(jī)構(gòu)(9)`進(jìn)行定位和導(dǎo)航到目標(biāo)區(qū)。
[0011]它的動(dòng)作過程是這樣的:
[0012]本文采用激光測距儀進(jìn)行目標(biāo)物體的探測。依靠光電碼盤計(jì)算脈沖數(shù)來推算機(jī)器人相對(duì)于起始位置的位移；且由于機(jī)器人做有轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)彎時(shí)兩輪產(chǎn)生差動(dòng)，為位移計(jì)算帶來困難，因此機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中只能原地旋轉(zhuǎn)而不能進(jìn)行有轉(zhuǎn)彎半徑轉(zhuǎn)向，以此來提高定位精度。碼盤脈沖數(shù)與行進(jìn)距離關(guān)系式為:
[0013]距離(m)=脈沖數(shù)/ 16500 * 0.67(4.1)
[0014]其中，16500為主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一圈光電編碼器產(chǎn)生的脈沖數(shù)，0.67為主動(dòng)輪的周長，單位為米。
[0015]機(jī)器人在工作空間中以一定方式巡游，直至發(fā)現(xiàn)并定位所有目標(biāo)物，作業(yè)結(jié)束。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:
[0017]嵌入式檢修機(jī)器人對(duì)于核電站等高危場所的自動(dòng)化作業(yè)有著重要的意義。在核電站核心區(qū)工作的人員很有可能受到核輻射的侵害，它的出現(xiàn)正可以代替人類，通過自主控制或遠(yuǎn)程遙控，深入這些區(qū)域，完成相應(yīng)作業(yè)。本論文的預(yù)期標(biāo)的是使用嵌入式系統(tǒng)控制機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主運(yùn)動(dòng)；通過采集激光測距儀信息，識(shí)別出目標(biāo)并執(zhí)行相應(yīng)作業(yè)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)際工作空間示意圖
[0019]圖2是說明坐標(biāo)變換
[0020]圖3為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合圖1和圖2，工作空間中有若干目標(biāo)，目標(biāo)的數(shù)量為3個(gè)，圓柱體，半徑約15cm。為簡化問題，設(shè)工作空間中沒有障礙物。X軸和Y軸定義如圖所示。機(jī)器人位于起點(diǎn)處，其運(yùn)動(dòng)過程中位置的確定都是以起點(diǎn)為基準(zhǔn)的相對(duì)位移。圖2是說明激光測距儀采集到的都是距離信息，創(chuàng)建局部環(huán)境地圖需要將極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為平面直角坐標(biāo)具體方法為:
[0022]X=Cos (40+0.5 X n) Xd
[0023]y=sin (40+0.5 Xn) Xd
[0024]根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，可以判斷出圖中圈內(nèi)的距離值都是來自工作空間中的同一物體用激光測距儀測一半徑約為15cm的圓柱體，得到一組數(shù)據(jù)。將距離值轉(zhuǎn)換為坐標(biāo)后，使用VC++6.0編寫界面顯示。為使圖像更加清晰，顯示時(shí)用線將坐標(biāo)點(diǎn)連接起來，可以看出圖像中心有一段近似為圓弧。使用三角函數(shù)的方式計(jì)算出目標(biāo)半徑，進(jìn)而識(shí)別出目標(biāo)。
[0025]結(jié)合圖3，通過上位機(jī)與激光測距儀之間的通信協(xié)議用于設(shè)置激光測距儀的工作模式、采集激光測距儀環(huán)境目標(biāo)測量數(shù)據(jù)，通過激光測距儀采集到的數(shù)據(jù)，判斷出掃描到的工作空間中有幾個(gè)物體，將艏向?qū)?zhǔn)最近的物體，前進(jìn)。當(dāng)行進(jìn)到安全距離時(shí)，計(jì)算出掃描到的物體的掃描開角，通過掃描開角和設(shè)定的安全距離可以計(jì)算出被掃描到的物體的半徑，與已知的目標(biāo)信息進(jìn)行比較，以確定是否為目標(biāo)。機(jī)器人通過光電編碼器記錄位移來確定在工作空間中的坐標(biāo)，為了提高定位精度，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中只做勻速直線運(yùn)動(dòng)，每次的轉(zhuǎn)向都是原地旋轉(zhuǎn)90°。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于核工業(yè)的自動(dòng)檢修機(jī)器人，其組成包括:上位機(jī)系統(tǒng)(I)和下位機(jī)系統(tǒng)(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于核工業(yè)的自動(dòng)檢修機(jī)器人，其特征在于所述的上位機(jī)系統(tǒng)(I)包括:嵌入式MINI2440開發(fā)板，IXD顯示，上位機(jī)與下位機(jī)的通訊系統(tǒng)，激光測距儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于核工業(yè)的自動(dòng)檢修機(jī)器人，其特征在于所述的下位機(jī)系統(tǒng)(2)主要包括單片機(jī)子系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)電路，PID控制器，機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)，碼盤測距定位機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核工業(yè)自動(dòng)檢修機(jī)器人，其特征是:通過上位機(jī)與激光測距儀之間的通信協(xié)議用于設(shè)置激光測距儀的工作模式、采集激光測距儀環(huán)境目標(biāo)測量數(shù)據(jù)，通過激光測距儀采集到的數(shù)據(jù)(為一個(gè)含有201個(gè)元素的數(shù)組)判斷出掃描到的工作空間中有幾個(gè)物體，將艏向?qū)?zhǔn)最近的物體，前進(jìn)。當(dāng)行進(jìn)到安全距離時(shí)，計(jì)算出掃描到的物體的掃描開角，通過掃描開角和設(shè)定的安全距離可以計(jì)算出被掃描到的物體的半徑，與已知的目標(biāo)信息進(jìn)行比較，以確定是否為目標(biāo)。機(jī)器人通過光電編碼器記錄位移來確定在工作空間中的坐標(biāo)，為了提高定位精度，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)中只做勻速直線運(yùn)動(dòng)，每次的轉(zhuǎn)向都是原地旋轉(zhuǎn)90°。設(shè)計(jì)了基于目標(biāo)特征的目標(biāo)識(shí)別方法。
【文檔編號(hào)】B25J9/16GK103862455SQ201210529247
【公開日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月10日
【發(fā)明者】汪小君 申請(qǐng)人:哈爾濱網(wǎng)騰科技開發(fā)有限公司