CN110749479B - 一种遥操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种遥操作系统，涉及定量取样技术领域，解决了以解决现有技术中存在的现有化工实验室内进行定量取样时，危害实验人员人身健康、操作过程繁琐、实验室远离居住区，工作路途遥远的技术问题。该装置包括工作台、机械臂、摄像头、开瓶器、取样机、第一双向信号转换器、数据压缩系统、操纵手柄、显示器和第二双向信号转换器；所述摄像头实时拍摄所述机械臂以及开瓶器的工作影像；所述机械臂、摄像头、开瓶器和取样机四者与所述第一双向信号转换器电连接；所述第一、二双向信号转换器均与网络接口连通；所述操作手柄操纵所述机械手臂移动样品瓶，且能够操作所述取样机开启和停止运行。本发明用于远程控制，对危险化学溶液进行定量取样。

Description

一种遥操作系统

技术领域

本发明涉及定量取样技术领域，尤其是涉及一种遥操作系统。

背景技术

在核工业系统的分析实验室中，经常要分析一些带有一定水平放射性的样品，使实验室内的放射性水平明显高于环境本底，对分析人员有一定危害。为了保证实验室内的放射性物质不扩散到环境中，一般采用强排风系统，导致实验室内气压明显低于环境，也对分析工作人员的身体健康带来不利影响。

本技术建立了基于机械臂和力反馈手柄的遥操作系统，使工作人员可在安全环境下通过视频和力反馈手柄，控制位于实验室内的机械臂进行分析工作。本技术可以完成分析岗位的大部分工作，一些本技术不能进行的工作，如样品接收、分析试剂添加、废液收集等工作，可在实验室内将这些工作做完之后，在到遥操作控制室，通过本技术完成耗时更长的工作。也可委托在实验室内的其他人员进行那些本技术无法进行的工作。

本技术是人通过遥控系统和视频系统指挥机械臂工作，本质上还是人在工作，只是人在安全环境下，被遥控的机械臂在有害的实际工作场所，所有的判断和执行方案都由人来做并执行，人不动机械臂不动，相当于人手臂和视觉的延伸，可延伸上千公里，因此我们称之为“千里手”技术。

该技术对核电站的分析实验室尤其有用，因为核电站工作人员居住地与工作场所相隔几十公里，每天都要在路上度过两三个小时，若采用了本技术，若分析实验室有三十个工作人员，每天只需十人去实验室进行那些本技术不能完成的工作，其余二十人就可在居住地的城市里通过本技术建立的系统完成分析实验室的大部分工作。本来三天都要去几十公里以外的放射性实验室工作，采用本技术只需去一天。不但降低所受的放射性剂量，还省去了鞍马劳顿。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

1、现有化工实验室对实验人员身体健康危害较大；

2、现有化工实验室内，进行定量取样，过程繁琐且耗时较长；

3、化工实验室通常远离生活区，工作人员工作路途遥远。

发明内容

本发明的目的在于提供一种遥操作系统，以解决现有技术中存在的现有化工实验室内进行定量取样时，危害实验人员人身健康、操作过程繁琐、实验室远离居住区，工作路途遥远的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种遥操作系统，包括工作台、机械臂、摄像头、开瓶器、取样机、第一双向信号转换器、数据压缩系统、操纵手柄、显示器和第二双向信号转换器；所述工作台、摄像头设置在实验区；所述机械臂、开瓶器、取样机设置在所述工作台上，所述摄像头实时拍摄所述机械臂以及开瓶器的工作影像；所述机械臂、摄像头、开瓶器和取样机四者与所述第一双向信号转换器电连接；所述第一双向信号转换器设置在实验区，所述第二双向信号转换器设置在人工操作区，两者均与网络接口连通，且两者之间信号交互转化；所述数据压缩系统设置在第一双向信号转换器与第二双向信号转换器之间，对两者之间的交互信号进行压缩传递；所述操作手柄和显示器设置在人工操作区，且均与所述第二双向信号转换器电连接；所述操作手柄操纵所述机械手臂移动样品瓶，且能够操作所述取样机以及所述开瓶器开启和停止运行。

优选地，所述摄像头至少有两个，所述显示器的数量为一。

优选地，所述摄像头的数量有三个，三个所述摄像头分别设置在所述工作台的前端、上端以及左端。

优选地，所述开瓶器包括第一固定台、夹持部和旋转升降部；所述第一固定台设置有第一电机以及第一电机驱动的第一卡爪；所述夹持部为开设有凹槽的橡胶块，凹槽的形状大小与样品瓶的瓶盖相吻合；所述旋转升降部包括第二电机、第三电机以及由所述第二电机和第三电机控制旋转升降的传动轴；所述传动轴竖直设置，所述夹持部的橡胶块固定设置在所述传动轴的底端，所述橡胶块上的凹槽开设在所述橡胶块的底部，所述第一卡爪设置在所述橡胶块的下方；第一、二、三电机均与所述第一双向信号转换器电连接。

优选地，所述机械臂的首端设置有环形机械手指，所述环形机械手指闭合时围合呈圆环形，圆环的内径大小与样品瓶的外径大小相等。

优选地，所述环形机械手指的内侧设置有柔性橡胶垫。

优选地，所述样品瓶的中上部，周向方向上设置有环形凹槽，所述凹槽截面的外沿线为弧线；所述柔性橡胶垫的内侧面为内凸弧面；竖直方向上，所述柔性橡胶垫的宽度不大于所述环形凹槽的宽度，水平方向上，所述柔性橡胶垫的厚度不小于所述环形凹槽的深度。

优选地，所述取样机包括第二固定台、液压泵、取液管和收纳瓶；所述第二固定台设置在所述工作台上部，所述液压泵和所述收纳瓶设置在所述工作台外部；所述第二固定台设置有第四电机以及第四电机驱动的第二卡爪，所述第二卡爪用于加持样品瓶；所述取液管一端位于所述第二卡爪上方，另一端位于所述收纳瓶内；所述液压泵设置在所述取液管中部，与所述第一双向信号转换器电连接。

优选地，所述取液管中部采用刚性管与所述工作台固定连接，所述取液管的两端采用柔性管。

优选地，所述第二固定台还设置有支撑架、收缩套管和第五电机；所述收缩套管位于所述第二卡爪上方，所述收缩套管竖直设置，与所述支撑架固定连接，所述收缩套管的上端与所述取液管靠近所述第二固定台的一端连通，所述收缩套管的下端在在所述第五电机的驱动下能够进入/脱出样品瓶；所述第五电机与所述第一双向信号转换器电连接。

本发明提供的遥操作系统，在实验区设置有工作台、机械臂、摄像头、开瓶器、取样机、第一双向信号转换器，在人工操作区设置有操纵手柄、显示器和第二双向信号转换器，第一双向信号转换器与第二双向信号转换器之间设置有数据压缩系统，保障两者之间的信号交互迅速进行，摄像机实施拍摄试验区的现场画面并传输到人工操作区的显示屏，实验人员根据显示屏反馈的画面通过操作手柄遥控机械臂、开瓶器和取样机，完成定量取样。采用本发明所涉及的要操作系统，使得工作人员能够在家办公，省去了鞍马劳顿，并且工作人员能够远离实验区，有效的保障了实验人员的人身健康。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所涉及的实验区部分的结构示意图；

图2是本发明所涉及的人工操作区部分的结构示意图；

图3是本发明所涉及的环形机械手指部分的结构示意图；

图4是本发明所涉及的开瓶器部分的机构示意图；

图5是本发明所涉及的取样机部分的结构示意图。

图中1、工作台；2、机械臂；21、环形机械手指；22、柔性橡胶垫；3、摄像头；4、开瓶器；41、第一固定台；411、第一卡爪；42、夹持部；43、旋转升降部；5、取样机；51、第二固定台；511、第二卡爪；512、支撑架；52、液压泵；53、取液管；531、收缩套管；54、收纳瓶；6、操作手柄；7、显示器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1、图2所示，本发明提供的一种遥操作系统，包括工作台1、机械臂2、摄像头3、取样机5、开瓶器4、第一双向信号转换器、数据压缩系统、操纵手柄、显示器7和第二双向信号转换器；工作台1、摄像头3设置在实验区；机械臂2(机械臂2、操纵手柄采用现有技术，器具体内容不再本发明保护范围内，可参考CN201610919764.X面向空间站机械臂2力反馈遥操作训练的仿真控制系统)、开瓶器4、取样机5设置在工作台1上，摄像头3实时拍摄机械臂2、开瓶器4以及取样机5的工作影像；机械臂2、摄像头3、开瓶器4和取样机5四者与第一双向信号转换器电连接；第一双向信号转换器设置在试验区，第二双向信号转换器设置在人工操作区，两者均与网络接口连通，且两者之间信号交互转化；数据压缩系统设置在第一双向信号转换器与第二双向信号转换器之间，对两者之间的交互信号进行压缩传递；操作手柄6和显示器7设置在人工操作区，且均与第二双向信号转换器电连接；操作手柄6操纵机械手臂移动样品瓶，且能够操作取样机5以及开瓶器4开启和停止运行。现有实验室中采用取样枪进行定量取样，取样枪的操作过程复杂，利用机械手臂难以进行操作，本发明中利用机械臂2移动样品瓶，开启瓶盖、定量取样采用专用器械；实现区与人工操作区之间设置数据压缩系统(其中数据压缩系统采用现有技术，具体内容不再本发明的保护范围内，可参照CN201810178356.2用于液晶显示器7的数据压缩系统及其省电方法)，保障数据在实验区与人工操作区之间进行快速传递，保障实验的精度；摄像机实时拍摄实验区工作画面，反馈到显示屏，实验人员根据显示屏反应信息控制操纵手柄进行实验，第一步，利用机械臂2，把样品瓶放到开瓶器4处；第二步，启动开瓶器4取下瓶盖，暂停开瓶器4，对盖持续抓取并保持；第三步，控制机械臂2移动样瓶品至取样机5；第四步，开启取样机5，抽取所需样品后关闭取样机5；第五步，控制机械臂2把样品瓶移动回开瓶器4；第六步，第二次启动开瓶器4，把瓶盖安装回样品瓶。采用本发明所涉及的遥操作系统，是实验人员远离放射性试剂，有效的保障了自身的人身健康，并且能够实现在家办公，省去了鞍马劳顿。

作为本发明一种可选的实施方式，摄像头3至少有两个，显示器7的数量为一，采用多个摄像头3，对试验区进行多角度画面拍摄、信息信息反馈，信息量采集更丰富；所有画面在一张显示屏上体现，便于实验人员观察。

作为本发明一种可选的实施方式，摄像头3的数量有三个，三个摄像头3分别设置在工作台1的前端、上端以及左端。

如图4所示，作为本发明一种可选的实施方式，开瓶器4包括第一固定台41、夹持部42和旋转升降部43；第一固定台41设置有第一电机以及第一电机驱动的第一卡爪411(卡爪固定取样瓶的具体结构采用现有技术，其具体结构不在本发明保护范围之内，可参考实用新型]CN201721463437.4卡爪、转台以及加工设备)；夹持部42为开设有凹槽的橡胶块，凹槽的形状大小与样品瓶的瓶盖相吻合；旋转升降部43包括第二电机、第三电机以及由第二电机和第三电机控制旋转升降的传动轴；传动轴竖直设置，夹持部42的橡胶块固定设置在传动轴的底端，橡胶块上的凹槽开设在橡胶块的底部，第一卡爪411设置在橡胶块的下方；第一、二、三电机均与第一双向信号转换器电连接。

如图3所示，作为本发明一种可选的实施方式，机械臂2的首端设置有环形机械手指21，环形机械手指21闭合时围合呈圆环形，圆环的内径大小与样品瓶的外径大小相等，环形机械手指21的末端设置有与与第一双向信号转换器电连接的电动收缩缸，调整环形机械手指21开合；采用环形机械手指21与瓶身的形状更加契合。

作为本发明一种可选的实施方式，环形机械手指21的内侧设置有柔性橡胶垫22，防止机械手指磕碎试剂瓶，还具有一定的防滑效果。

作为本发明一种可选的实施方式，样品瓶的中上部，周向方向上设置有环形凹槽，凹槽截面的外沿线为弧线；柔性橡胶垫22的内侧面为内凸弧面；竖直方向上，柔性橡胶垫22的宽度不大于环形凹槽的宽度，水平方向上，柔性橡胶垫22的厚度不小于环形凹槽的深度，加强环形机械手指21与样瓶品之间结合的稳定性。

如图5所示，作为本发明一种可选的实施方式，取样机5包括第二固定台51、液压泵52、取液管53和收纳瓶54；第二固定台51设置在工作台1上部，液压泵52和收纳瓶54设置在工作台1外部；第二固定台51设置有第四电机以及第四电机驱动的第二卡爪511，第二卡爪511用于加持样品瓶，第四电机与第一双向转换器电连接；取液管一端位于第二卡爪511上方，另一端位于收纳瓶54内；液压泵52设置在取液管53中部，与第一双向信号转换器电连接；取液管53靠近收纳瓶54一端的端口还设置有电动节流阀和流量计，第二固定台上还设置有与流量计电连接的显示窗口，电动节流阀与第一双向信号转换器电连接。

作为本发明一种可选的实施方式，取液管53中部采用刚性管与工作台1固定连接，减小取液管53对机械臂2的干扰；取液管53的两端采用柔性管，柔性管的端部设置有连接螺栓，刚性管的端部设置有连接螺栓相匹配的螺纹，柔性管与刚性管可拆卸连接，便于设备维修。

作为本发明一种可选的实施方式，第二固定台51还设置有支撑架512、收缩套管531(收缩套管531采用现有技术，其具体结构不再本发明保护范围内，可参考CN201410784421.8承插压合式铠甲复合管)和第五电机；收缩套管531位于第二卡爪511上方，收缩套管531竖直设置，与支撑架512固定连接，收缩套管531的上端与取液管53靠近第二固定台51的一端连通，收缩套管531的下端在在第五电机的驱动下能够进入/脱出样品瓶；第五电机与第一双向信号转换器电连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种遥操作系统，其特征在于，应用于核工业分析实验室，包括工作台、机械臂、摄像头、开瓶器、取样机、第一双向信号转换器、数据压缩系统、操作手柄、显示器和第二双向信号转换器；

所述工作台、摄像头设置在实验区；

所述机械臂、开瓶器、取样机设置在所述工作台上，所述摄像头实时拍摄所述机械臂以及开瓶器的工作影像；所述机械臂、摄像头、开瓶器和取样机四者与所述第一双向信号转换器电连接；

所述第一双向信号转换器设置在实验区，所述第二双向信号转换器设置在人工操作区，两者均与网络接口连通，且两者之间信号交互转化；所述数据压缩系统设置在第一双向信号转换器与第二双向信号转换器之间，对两者之间的交互信号进行压缩传递；

所述操作手柄和显示器设置在人工操作区，且均与所述第二双向信号转换器电连接；

所述操作手柄操纵所述机械手臂移动样品瓶，且能够操作所述取样机以及所述开瓶器开启和停止运行；

所述开瓶器包括第一固定台、夹持部和旋转升降部；

所述第一固定台设置有第一电机以及第一电机驱动的第一卡爪；所述夹持部为开设有凹槽的橡胶块，凹槽的形状大小与样品瓶的瓶盖相吻合；所述旋转升降部包括第二电机、第三电机以及由所述第二电机和第三电机控制旋转升降的传动轴；

所述传动轴竖直设置，所述夹持部的橡胶块固定设置在所述传动轴的底端，所述橡胶块上的凹槽开设在所述橡胶块的底部，所述第一卡爪设置在所述橡胶块的下方；

第一、二、三电机均与所述第一双向信号转换器电连接；

所述机械臂的首端设置有环形机械手指，所述环形机械手指闭合时围合成圆环形，圆环的内径大小与样品瓶的外径大小相等；

所述环形机械手指的内侧设置有柔性橡胶垫；

所述样品瓶的中上部，周向方向上设置有环形凹槽，所述凹槽截面的外沿线为弧线；所述柔性橡胶垫的内侧面为内凸弧面；竖直方向上，所述柔性橡胶垫的宽度不大于所述环形凹槽的宽度，水平方向上，所述柔性橡胶垫的厚度不小于所述环形凹槽的深度；

所述取样机包括第二固定台、液压泵、取液管和收纳瓶；

所述第二固定台设置在所述工作台上部，所述液压泵和所述收纳瓶设置在所述工作台外部；

所述第二固定台设置有第四电机以及第四电机驱动的第二卡爪，所述第二卡爪用于加持样品瓶；所述取液管一端位于所述第二卡爪上方，另一端位于所述收纳瓶内；所述液压泵设置在所述取液管中部，与所述第一双向信号转换器电连接；所述取液管中部采用刚性管与所述工作台固定连接，所述取液管的两端采用柔性管；所述第二固定台还设置有支撑架、收缩套管和第五电机；所述收缩套管位于所述第二卡爪上方，所述收缩套管竖直设置，与所述支撑架固定连接，所述收缩套管的上端与所述取液管靠近所述第二固定台的一端连通，所述收缩套管的下端在所述第五电机的驱动下能够进入/脱出样品瓶；所述第五电机与所述第一双向信号转换器电连接。

2.根据权利要求1所述的遥操作系统，其特征在于，所述摄像头至少有两个，所述显示器的数量为一。

3.根据权利要求2所述的遥操作系统，其特征在于，所述摄像头的数量有三个，三个所述摄像头分别设置在所述工作台的前端、上端以及左端。

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