CN105467425A - 一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，包括三自由度直角坐标移动机构，三自由度直角坐标移动机构包括X轴移动部分、Y轴移动部分和Z轴移动部分，X轴移动部分、Y轴移动部分和Z轴移动部分分别与数字伺服驱动系统连接，Z轴移动部分的下方与视觉伺服控制系统连接，视觉伺服控制系统的下方与机械臂(连接，机械臂的下方连接有拾取头。该拾取装置与传统的机械臂控制技术相比，具有更高的灵活性和更高的精度，特别适用于位置、形状和尺寸都存在一定不确定性的目标物的精确定位和抓取。

Description

一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置

技术领域

本发明涉及拾取装置领域，具体涉及一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置。

背景技术

在一些物质测定时，尤其是带测定物不方便人为移动时，都需要借助合适的拾取装置拾取待测定物。如在电离辐射计量中，γ活度计量标准装置主要用于γ放射源活度的准确测量，井形电离室γ活度标准装置是最常见的中、低活度γ放射源计量标准装置，井形电离室γ活度标准装置由高气压井形电离室、铅屏蔽体、标准放射源、电流测量系统等组成。在放射源的拾取过程中，目前的操作过程是工作人员使用镊子将放射源从储存罐中取出，放入井形电离室内，测量完成后再将放射源取出并放回到铅罐中。整个放射源拾取过程中工作人员会受到一定程度的辐射照射，特别是在工作量大，放射源活度较高时，这一问题更为突出。结合井形电离室标准装置的特点，建立放射源遥控拾取装置，实现放射源拾取的远程控制，对于降低职业照射剂量、保证人员的安全具有重要意义。

现有技术中，三坐标机械手应用于固定位置、特定形状物体的抓取已经十分普遍，但对于位置和形状都具有一定不确定性的目标物，如上述放置在样品盒及储源罐内的放射源，要实现目标物的可靠抓取就存在一定的困难。本发明正是针对该问题而提出的一种遥控拾取装置。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种遥控拾取装置，通过该装置可以有效提高不确定性目标物的拾取效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，包括三自由度直角坐标移动机构，三自由度直角坐标移动机构包括X轴移动部分、Y轴移动部分和Z轴移动部分，所述X轴移动部分、Y轴移动部分和Z轴移动部分分别与数字伺服驱动系统连接，Z轴移动部分的下方与视觉伺服控制系统连接，视觉伺服控制系统的下方与机械臂连接，机械臂的下方连接有拾取头。

进一步，如上所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，X轴移动部分包括平行布置的第一滑轨和第二滑轨，第一滑轨和第二滑轨上分别设有第一滑块和第二滑块；Y轴移动部分的第三滑轨垂直设置在第一滑轨和第二滑轨之间，第三滑轨上设有第三滑块；第一滑轨和第二滑轨分别通过第一滑块和第二滑块与第三滑轨连接；第三滑轨通过第三滑块与Z轴移动部分连接；第一滑块、第二滑块和第三滑块均与数字伺服驱动系统的伺服电机连接。

进一步，如上所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，Z轴移动部分包括沿竖直方向设置的滚珠丝杠，滚珠丝杠与数字伺服驱动系统的伺服电机连接。

进一步，如上所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，所述的拾取头为双气动手爪。

进一步，如上所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，所述的视觉伺服控制系统包括摄像头和设置在摄像头下方的光源。

进一步，如上所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，所述的光源为红色光源。

本发明的有益效果在于：本发明的拾取装置与传统的机械臂控制技术相比，具有更高的灵活性和更高的精度，特别适用于位置、形状和尺寸都存在一定不确定性的目标物(如放射源)的精确定位和抓取。

附图说明

图1为具体实施方式中一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1示出了本发明具体实施方式中一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置的结构示意图，该装置主要包括数字伺服驱动系统10、三自由度直角坐标移动机构20、视觉伺服控制系统30和拾取机构40，拾取机构40包括机械臂41和拾取头42。

其中，所述的三自由度直角坐标移动机构20包括X轴、Y轴和Z轴三个方向的移动部分，即图1中所示的X轴移动部分21、Y轴移动部分22和Z轴移动部分23，三个移动部分分别与数字伺服驱动系统10连接，Z轴移动部分23的下方与视觉伺服控制系统30连接，视觉伺服控制系统30的下方与机械臂41连接，机械臂41的下方连接有拾取头42.

本实施方式中的三自由度直角坐标移动机构20采用先进的直线定位系统，直线定位系统具有任意组合、超大行程、负载能力强、高动态特性、高精度、扩展能力强、高度稳定性的特点。优选的Z轴可选用ELSD40直线定位系统，Y轴可选用MLZ60直线定位系统，X轴可选用QLZ60直线定位系统。

具体的，本实施方式中的X轴移动部分21包括平行布置的第一滑轨211和第二滑轨212，第一滑轨211和第二滑轨212上分别设有第一滑块和第二滑块；Y轴移动部分22的第三滑轨221垂直设置在第一滑轨211和第二滑轨212之间，第三滑轨221上设有第三滑块；第一滑轨211和第二滑轨212分别通过第一滑块和第二滑块与第三滑轨221连接；第三滑轨221通过第三滑块与Z轴移动部分23连接；第一滑块、第二滑块和第三滑块均与数字伺服驱动系统10的伺服电机连接。

本实施方式中的滑轨可采用硬质圆柱钢制作，滑块通过滑轮与滑轨耦合，滑轨上的同步齿形带推动滑块实现直线运动，同步齿型带的张力可以通过滑块上简单的螺丝调整装置方便的实现，螺丝调整装置同时也可用于调整两个或多个定位单元的平行度。同步带仅作为动力的传输系统，在传输过程中不承载力的作用。同步带传动用来传递任意两同步轴间的运动和动力，其速度最高可达到15m/s，传递效率高，内置钢丝加固型同步齿型带当改变方向时不产生反向间隙。

数字伺服驱动系统10主要包括伺服驱动器和伺服电机，在控制三自由度直角坐标移动机构时，X轴移动部分21的第一滑块和第二滑块的同步运动可带动Y轴移动部分22和Z轴移动部分23整体纵向移动，Y轴移动部分的第三滑块可带动Z轴移动部分23横向移动，通过数字伺服驱动系统10带动滚珠丝杠231可直接控制Z轴移动部分的竖直运动。由于机械手40设置在Z轴的下方，因此，通过Z轴部分的纵向运动、横向运动和竖直运动可以实现机械手40三个方向的运动，通过伺服电机同步驱动来保证运行的同步性。

视觉伺服控制系统30的应用是本装置得以实现放射源可靠抓取及相应设计功能的关键，本实施方式中的视觉伺服控制系统30包括摄像头31和设置在摄像头下方的光源32，此外还包括视觉传感器、图像采集卡、图像处理软件、监视器、I/O单元组成等。视觉伺服控制系统30是由视觉传感器向控制器提供工作环境的外部信息，从而使机械臂能够实时地调整其位姿，实现精确的跟踪或定位，完成相应的操作。与传统非视觉传感器的机械臂控制技术相比，具有更高的灵活性、更高的精度和更强的环境自适应能力，特别适合于本应用中位置、形状和尺寸都存在一定不确定性的目标物(如放射源)的精确定位和抓取。照明光源采用红色光源，主要用于对黑暗环境下的目标物(井形电离室测量井内、储源罐内的放射源)提供附加照明以确保视觉定位系统CCD摄像头的清晰成像。

本实施方式中的机械手40主要包括机械臂41和设置在机械臂41下方的气动拾取头42，气动拾取头42是根据待抓取工件的尺寸设计，考虑工件定位、工件尺寸变化、夹持力量、定位系统运行速度等综合因素。由于大部分放射源为圆柱形结构，所以本实施方式中的气动拾取头42采用双气动手爪，平行抓取实现放射源的拾取。还可根据待抓取目标物的尺寸和形状进行更换。由于中低活度的放射源尺寸较小、材料、形状各异，加之井形电离室测量井的直径小、不仅拾取头的尺寸应与之相适应，拾取力矩的大小也要确保可靠抓取放射源，同时不应发生放射源掉落及压迫损坏事故。

本实施方式的遥控拾取装置的工作过程如下：

①拾取头42精确移动和定位在储源罐的上方，伺服电机驱动滚珠丝杠231运动使拾取头42沿Z轴方向降下，拾取头42降至储源罐中，借助视觉伺服定位系统30，准确抓住储源罐中的放射源50。②将放射源50沿Z轴提升至一定高度。③控制器(数字伺服驱动系统)控制拾取头沿Y轴向井形电离室方向移动，停止在井形电离室样品盒的上方(X轴方向运动可作为拾取头位置的调整)。④降下拾取头直至测量样品盒的底部，松开拾取头，将放射源放置在样品盒内。⑤升起拾取头，开始进行放射源活度测量。⑥测量完成后，拾取头降至井形电离室的样品盒内，借助视觉伺服定位系统，抓住放射源。⑦待升起至一定高度后，控制器控制拾取头沿Y轴向储源罐方向移动，停止在储源罐的上方。⑧降下拾取头直至储源罐的底部，松开拾取头，将放射源放置在储源罐内。⑨升起拾取头。至此完成一次测量操作。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，包括三自由度直角坐标移动机构(20)，三自由度直角坐标移动机构(20)包括X轴移动部分(21)、Y轴移动部分(22)和Z轴移动部分(23)，其特征在于，所述X轴移动部分(21)、Y轴移动部分(22)和Z轴移动部分(23)分别与数字伺服驱动系统(10)连接，Z轴移动部分(23)的下方与视觉伺服控制系统(30)连接，视觉伺服控制系统(30)的下方与机械臂(41)连接，机械臂(41)的下方连接有拾取头(42)。

2.如权利要求1所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，其特征在于，X轴移动部分(21)包括平行布置的第一滑轨(211)和第二滑轨(212)，第一滑轨(211)和第二滑轨(212)上分别设有第一滑块和第二滑块；Y轴移动部分(22)的第三滑轨(221)垂直设置在第一滑轨(211)和第二滑轨(212)之间，第三滑轨(221)上设有第三滑块；第一滑轨(211)和第二滑轨(212)分别通过第一滑块和第二滑块与第三滑轨(221)连接；第三滑轨(221)通过第三滑块与Z轴移动部分(23)连接；第一滑块、第二滑块和第三滑块均与数字伺服驱动系统(10)的伺服电机连接。

3.如权利要求1所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，其特征在于，Z轴移动部分(23)包括沿竖直方向设置的滚珠丝杠(231)，滚珠丝杠(231)与数字伺服驱动系统(10)的伺服电机连接。

4.如权利要求1所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，其特征在于，所述的拾取头(42)为双气动手爪。

5.如权利要求1所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，其特征在于，所述的视觉伺服控制系统(30)包括摄像头(31)和设置在摄像头下方的光源(32)。

6.如权利要求5所述的一种可用于井形电离室标准装置的放射源遥控拾取装置，其特征在于，所述的光源(32)为红色光源。