CN103612262A - 一种热室环境下靶体遥控自动维护装置及其维护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种遥控自动维护装置及维护方法，尤指一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置及维护方法，所述的靶体遥控自动维护装置主要包括密闭热室、上天车、下天车、动力机械手和立体视觉，所述的密闭热室顶面安装有进口盖，所述的上、下天车通过压紧力抵住密闭热室内两侧壁，所述的动力机械手安装在下天车的滑块下方；所述的立体视觉设置为安装在密闭热室侧壁、天车、动力机械手以及密闭热室内的便携式摄像头。本发明采用立体视觉技术与动力机械手相结合的方法来提高遥控维护的效率和智能化水平，立体视觉主要负责对被维护对象的三维重建以及建立被维护对象与动力机械手之间的坐标关系，而动力机械手来对遥控维护的对象进行维修或更换工作。

Description

一种热室环境下靶体遥控自动维护装置及其维护方法

技术领域

本发明涉及一种遥控自动维护装置及维护方法，尤指一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置及维护方法。

背景技术

在科研技术的不断发展下，零部件工作需要有系统、完整的工作及维护设备，很多时候的工作需要在大中型的热室、操作放射性物质工作室、有毒有害、有爆炸性危险或超净环境等工作环境中进行工作，甚至是在辐射环境下工作过的零部件也存在着辐射，需要拖入热室当中进行遥控维护，但是热室环境下人无法靠近设备进行维护，目前使用的方法是采用主从机械手来进行维护工作，且由于操作人员是隔着铅窗玻璃或者摄像头看到被维护对象进行维护，而铅窗玻璃对光线存在光的折射和反射，所以操作人员常常无法快速准确的定位到被维护的零件，所以维护效率低下、操作人员也易疲劳，所以主从机械手存在着效率低，智能化不足等问题，故在热室环境下最好能有一种采用基于立体视觉及动力机械手的自动维护装置。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在公开一种遥控自动维护装置及维护方法，尤指一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置及维护方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，所述的靶体遥控自动维护装置整体结构包括密闭热室、上天车、下天车、动力机械手和立体视觉，所述的密闭热室设置有安装上天车与下天车的腔体，密闭热室顶面安装有进口盖，密闭热室内两边侧壁各设置有两侧壁对称的上、下位置的两个凸槽以及设置有对称的凹槽；

所述的上天车通过压紧力抵住密闭热室内两侧壁，固定悬挂在密闭热室的上凸槽上方，上天车安装有滑块，滑块通过卡位凹槽与上天车下端的小凸缘卡扣式配合；滑块下方安装有卷丝轮与电机，电机侧面设置有键，与卷丝轮键连接；卷丝轮两侧面各设置有凸圆柱，通过圆柱与滑块下端的孔形成孔柱配合；

所述的下天车通过压紧力抵住密闭热室内两侧壁，固定悬挂在密闭热室的下凸槽上方，下天车安装有两个滑块，滑块通过卡位凹槽与下天车下端的小凸缘卡扣式配合；

所述的动力机械手安装在下天车的滑块下方，通过动力机械手对遥控维护的对象进行维修和更换工作； 

所述的立体视觉设置为安装在密闭热室侧壁、天车、动力机械手的摄像头以及密闭热室内的便携式摄像头，装置通过立体视觉对被维护对象的三维重建，并建立被维护对象，动力机械手通过立体视觉建立与被维护对象的坐标关系，并通过坐标关系准确定位。

所述的密闭热室的顶面至少有一个进口盖。

所述的密闭热室的顶面设置有两个进口盖。

所述的密闭热室内侧壁的凹槽至少有一个大凹槽和一个小凹槽。

所述的墙体内两边侧壁各有3个大凹槽和6个小凹槽。

一种热室环境下的靶体遥控自动维护方法，所述的遥控自动维护方法包括以下步骤：

第一步：摄像机标定：系统标定就是获得立体视觉系统的数学模型的过程，包括摄像机的内参数，两摄像机之间的位置关系，摄像机坐标系和世界坐标系的关系等；通过从不同角度拍摄照片，标定好摄像机之间的位置关系，摄像坐标系与世界坐标系的关系，以保证后续的激光扫描的精确性；

第二步：激光扫描：系统进行标定后，安装在动力机械手末端的两个激光摄像头发出激光扫描目标区域，激光扫描过程中碰触到被维护对象会形成反射，反射的光线由摄像机检测，检测到光线形成被维护对象的点云数据；

第三步：三维重建：在获取被维护对象的点云数据之后，通过点云数据处理软件，对被维护对象的进行三维重建，重建的结果来帮助动力机械手对环境的理解；

第四步：天车移动：在确立了被维护对象的三维结构信息之后，把被维护对象的三维信息通讯给带动动力机械手移动的天车（天车由可伸缩的电缆带动，移动的范围覆盖整个热室环境），天车理解被维护对象的三维坐标关系后，就可以准确的定位该维护对象；

第五步：动力机械手工作：由于天车带动动力机械手快速定位到被维护的对象，所以针对不同的维护过程，动力机械手采用不同的工装对维护对象进行维修或更换工作；完成之后修复或更换工作之后，动力机械手自动回到初始位置，到此，整个维护过程完成。

本发明的有益效果体现在：本发明采用立体视觉技术代替了人的眼睛来实现对维护对象的立体定位，从而消除人的眼睛由于铅窗玻璃的反射造成的视觉误差，并由动力机械手代替主从机械手对维护对象进行维护，由天车拖动的动力机械手可以覆盖整个热室的范围，并且能够快速准确的定位到被维护对象，从而克服了主从机械手效率低下，维护周期长的特点；同时采用立体视觉技术与动力机械手相结合的方法来提高遥控维护的效率和智能化水平，发明首先通过立体视觉对被维护对象的三维重建并建立被维护对象及动力机械手与被维护对象的坐标关系，建立了动力机械手与被维护对象的坐标关系后，通过相关的控制指令传送至动力机械手，动力机械手就可以快速准确的靠近被维护对象来进行遥控维护，而且动力机械手可对遥控维护的对象进行维修或更换工作。

附图说明

图1为热室自动遥控维护装置平面图；

图2为热室自动遥控维护装置立体图；

图3为热室内部结构简图；

图4为上天车局部结构图。

附图标注说明：1-密闭热室，2-上天车，3-下天车，4-动力机械手，5-立体视觉，6-天车电缆，11-进口盖，12-凸槽，13-凹槽，21-滑块，22-电机，23-卷丝轮，24-凸圆柱，25-卡位凹槽，26-小凸缘。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，所述的靶体遥控自动维护装置整体结构包括密闭热室1、上天车2、下天车3、动力机械手4和立体视觉5，所述的密闭热室1设置有安装上天车2与下天车3的腔体，密闭热室1顶面安装有进口盖11，密闭热室1内两边侧壁各设置有两侧壁对称的上、下位置的两个凸槽12以及设置有对称的凹槽13；

所述的上天车2通过压紧力抵住密闭热室1内两侧壁，固定悬挂在密闭热室1的上凸槽12上方，上天车2安装有滑块21，滑块21通过卡位凹槽25与上天车2下端的小凸缘26卡扣式配合；滑块21下方安装有卷丝轮23与电机22，电机22侧面设置有键，与卷丝轮23键连接；卷丝轮23两侧面各设置有凸圆柱24，通过圆柱与滑块21下端的孔形成孔柱配合；

所述的下天车3通过压紧力抵住密闭热室1内两侧壁，固定悬挂在密闭热室1的下凸槽12上方，下天车安装有两个滑块31，滑块31通过卡位凹槽与下天车3下端的小凸缘卡扣式配合；

所述的动力机械手4安装在下天车3的滑块31下方，通过动力机械手4对遥控维护的对象进行维修和更换工作； 

所述的立体视觉5设置为安装在密闭热室1侧壁、天车、动力机械手4的摄像头51以及密闭热室1内的便携式摄像头52，装置通过立体视觉5对被维护对象的三维重建，并建立被维护对象，动力机械手4通过立体视觉5建立与被维护对象的坐标关系，并通过坐标关系准确定位。

所述的密闭热室1的顶面至少有一个进口盖11。

所述的密闭热室1的顶面设置有两个进口盖11。

所述的密闭热室1内侧壁的凹槽至少有一个大凹槽和一个小凹槽。

所述的墙体内两边侧壁各有3个大凹槽和6个小凹槽。

一种热室环境下的靶体遥控自动维护方法，所述的遥控自动维护方法包括以下步骤：

第一步：摄像机标定：系统标定就是获得立体视觉系统的数学模型的过程，包括摄像机的内参数，两摄像机之间的位置关系，摄像机坐标系和世界坐标系的关系等；通过从不同角度拍摄照片，标定好摄像机之间的位置关系，摄像坐标系与世界坐标系的关系，以保证后续的激光扫描的精确性；

第二步：激光扫描：系统进行标定后，安装在动力机械手4末端的两个激光摄像头发出激光扫描目标区域，激光扫描过程中碰触到被维护对象会形成反射，反射的光线由摄像机检测，检测到光线形成被维护对象的点云数据；

第三步：三维重建：在获取被维护对象的点云数据之后，通过点云数据处理软件，对被维护对象的进行三维重建，重建的结果来帮助动力机械手4对环境的理解；

第四步：天车移动：在确立了被维护对象的三维结构信息之后，把被维护对象的三维信息通讯给带动动力机械手4移动的天车（天车由可伸缩的电缆带动，移动的范围覆盖整个热室环境），天车理解被维护对象的三维坐标关系后，就可以准确的定位该维护对象；

第五步：动力机械手4工作：由于天车带动动力机械手4快速定位到被维护的对象，所以针对不同的维护过程，动力机械手4采用不同的工装对维护对象进行维修或更换工作；完成之后修复或更换工作之后，动力机械手4自动回到初始位置，到此，整个维护过程完成。

核设施当中的核心部件如靶体插件，慢化器和反射体插件等长期运行于高辐射区域，需要考虑辐照损伤对其寿命的影响，应在设计中考虑常规的维护和更换。由于部件材料在高辐射区域受到辐射后会引起感生放射性，对于那些活化或表面污染部件的维护都必须在具备防护的条件下遥控操作，避免辐射对维护人员的危害。遥控维护是设备维护人员在远离维护现场的安全区域，通过操纵机械手或专门的自动化设备在核设施的内部开展设备监测和维护工作。过去维护过程采用全手工遥控的方式来完成，由于环境的非结构化，非确定性和放射性，导致工作低效且成本贵，使用遥操作需要的时间是直接操作的十到百倍，并且质量不高。基于机器人在自动化执行方面的优势，建立自动化的遥控维护过程是提高遥控维护水平的重要途径。

靶体遥控自动维护装置具有特殊的应用环境：本发明为针对热室环境下的自动维护装置；以动力机械手代替主从机械手：在目前的热室遥控维护中，主要采用主从机械手对活化的零件进行维修及更换，但主从机械手只能覆盖很小的区域，因此，要完成整个维护过程，需要大量的主从机械手，而且维护过程效率低下，而采用动力机械手的话，动力机械手由热室顶端的天车控制，可以覆盖整个热室的范围，并且可以快速定位至维护对象；以立体视觉代替一般摄像头：目前在遥控维护过程中，操作者主要通过透过铅窗玻璃及摄像机观察，因此，不可避免的存在视觉误差，而采用立体视觉技术可以帮助动力机械手建立于被维护对象的坐标关系，通过坐标关系就可以是动力机械手准确的定位，从而消除由于人的视觉误差，并提高效率。

本发明采用立体视觉技术代替了人的眼睛来实现对维护对象的立体定位，从而消除人的眼睛由于铅窗玻璃的反射造成的视觉误差，并由动力机械手代替主从机械手对维护对象进行维护，由天车拖动的动力机械手可以覆盖整个热室的范围，并且能够快速准确的定位到被维护对象，从而克服了主从机械手效率低下，维护周期长的特点；同时采用立体视觉技术与动力机械手相结合的方法来提高遥控维护的效率和智能化水平，发明首先通过立体视觉对被维护对象的三维重建并建立被维护对象及动力机械手与被维护对象的坐标关系，建立了动力机械手与被维护对象的坐标关系后，通过相关的控制指令传送至动力机械手，动力机械手就可以快速准确的靠近被维护对象来进行遥控维护，而且动力机械手可对遥控维护的对象进行维修或更换工作。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，所述的靶体遥控自动维护装置整体结构包括密闭热室、上天车、下天车、动力机械手和立体视觉，其特征在于：

所述的密闭热室设置有安装上天车与下天车的腔体，密闭热室顶面安装有进口盖，密闭热室内两边侧壁各设置有两侧壁对称的上、下位置的两个凸槽以及设置有对称的凹槽；

所述的上天车通过压紧力抵住密闭热室内两侧壁，固定悬挂在密闭热室的上凸槽上方，上天车安装有滑块，滑块通过卡位凹槽与上天车下端的小凸缘卡扣式配合；滑块下方安装有卷丝轮与电机，电机侧面设置有键，与卷丝轮键连接；卷丝轮两侧面各设置有凸圆柱，通过圆柱与滑块下端的孔形成孔柱配合；

所述的下天车通过压紧力抵住密闭热室内两侧壁，固定悬挂在密闭热室的下凸槽上方，下天车安装有两个滑块，滑块通过卡位凹槽与下天车下端的小凸缘卡扣式配合；

所述的动力机械手安装在下天车的滑块下方，通过动力机械手对遥控维护的对象进行维修和更换工作； 

所述的立体视觉设置为安装在密闭热室侧壁、天车、动力机械手的摄像头以及密闭热室内的便携式摄像头，装置通过立体视觉对被维护对象的三维重建，并建立被维护对象，动力机械手通过立体视觉建立与被维护对象的坐标关系，并通过坐标关系准确定位。

2.根据权利要求1所述的一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，其特征在于：所述的密闭热室的顶面至少有一个进口盖。

3.根据权利要求1所述的一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，其特征在于：所述的密闭热室的顶面设置有两个进口盖。

4.根据权利要求1所述的一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，其特征在于：所述的密闭热室内侧壁的凹槽至少有一个大凹槽和一个小凹槽。

5.根据权利要求1所述的一种热室环境下的靶体遥控自动维护装置，其特征在于：所述的墙体内两边侧壁各有3个大凹槽和6个小凹槽。

6.一种热室环境下的靶体遥控自动维护方法，其特征在于：所述的遥控自动维护方法包括以下步骤：

第一步：摄像机标定：系统标定就是获得立体视觉系统的数学模型的过程，包括摄像机的内参数，两摄像机之间的位置关系，摄像机坐标系和世界坐标系的关系等；通过从不同角度拍摄照片，标定好摄像机之间的位置关系，摄像坐标系与世界坐标系的关系，以保证后续的激光扫描的精确性；

第二步：激光扫描：系统进行标定后，安装在动力机械手末端的两个激光摄像头发出激光扫描目标区域，激光扫描过程中碰触到被维护对象会形成反射，反射的光线由摄像机检测，检测到光线形成被维护对象的点云数据；

第三步：三维重建：在获取被维护对象的点云数据之后，通过点云数据处理软件，对被维护对象的进行三维重建，重建的结果来帮助动力机械手对环境的理解；

第四步：天车移动：在确立了被维护对象的三维结构信息之后，把被维护对象的三维信息通讯给带动动力机械手移动的天车（天车由可伸缩的电缆带动，移动的范围覆盖整个热室环境），天车理解被维护对象的三维坐标关系后，就可以准确的定位该维护对象；

第五步：动力机械手工作：由于天车带动动力机械手快速定位到被维护的对象，所以针对不同的维护过程，动力机械手采用不同的工装对维护对象进行维修或更换工作；完成之后修复或更换工作之后，动力机械手自动回到初始位置，到此，整个维护过程完成。

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