CN111360831B - 核退役机器人末端工具远程换装方法 - Google Patents

Abstract

核退役机器人末端工具远程换装方法，应用于核退役机器人末端工具远程换装系统。核退役机器人末端工具远程换装系统，包括计算机、核退役机器人、遥控器、传感器组件、数据传输组件、快换装置及末端工具。核退役机器人末端工具远程换装方法，步骤如下：初始准备工作；获取核退役机器人与卸载用的子区域之间的实时位置关系；移动到卸载用的子区域并卸下当前末端工具；获取核退役机器人与对接用的子区域之间的实时位置关系；移动到对接用的子区域并装载所需末端工具。本发明提供的换装方法，可使操作者在安全区域遥控位于核辐射区域的核退役机器人远程换装末端工具，降低了核退役成本，提高了核退役机器人的工作效率，缩短了核设施退役的时间。

Description

核退役机器人末端工具远程换装方法

技术领域

本发明涉及核退役机器人技术领域，特别是一种核退役机器人末端工具远程换装方法。

背景技术

我国1991年投入运行的秦山核电站一期将在2021年达到设计寿命并面临退役。为了保证工作人员的健康，尽快研发能在核辐射环境下进行去污、破拆、清理等任务的工程装备显得非常有必要。

现有的核退役机器人虽然可通过远程控制实现破拆、清理、去污等功能，但其机械臂末端通常仅安装一种工具(如挖斗、破碎锤、切割锯)，在换装工具的过程中，必须由操作人员近距离实时观测和判断机械臂末端相对于工具的位姿，然后反复调整机械臂的位姿使其与工具对接。

但在核设施退役过程中，操作员无法随同核退役机器人进入高危辐射环境，机器人也就无法在核辐射环境中及时的换装工具。当机器人需要换装工具时，先由操作者遥控操纵机器人返回安全区域进行去污处理，然后由操作员身穿防护服接近机器人完成工具换装，最后遥控操纵机器人进入核辐射区域再次工作。

上述的换装过程步骤非常繁琐，并且机器人往返于核辐射环境及安全区域换装工具会消耗大量的时间，提高了核退役的成本，降低了机器人的工作效率，也延长了核设施退役的时间。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，而提供一种核退役机器人末端工具远程换装方法。它解决了现有的核退役机器人无法在核辐射环境中及时的换装工具的问题，降低了核退役成本，提高了核退役机器人的工作效率，缩短了核设施退役的时间。

本发明的技术方案是：核退役机器人末端工具远程换装方法，其特征是，基于核退役机器人末端工具远程换装系统；

所述的核退役机器人末端工具远程换装系统，包括计算机、核退役机器人、遥控器、传感器组件、数据传输组件、快换装置及末端工具；

计算机包括图像处理模块、位姿计算模块、显示器、数据收发模块A及三维动画模块；

核退役机器人包括机身及安装在机身上的多节段机械臂，多节段机械臂包含多节依次铰接相连的手臂和用于驱动每一节手臂绕其铰接处转动的液压缸；

遥控器与核退役机器人以通信方式连接，以控制核退役机器人动作；

传感器组件包括单目摄像头、数据采集卡、直线位移传感器；单目摄像头固定安装在核退役机器人的机身上，并具有核退役机器人的多节段机械臂活动范围内的视野；多个直线位移传感器分别安装在多节段机械臂的每一个液压缸上，以实时检测液压缸活塞杆的伸缩长度，直线位移传感器与数据采集卡以通信方式连接

数据传输组件包括数据收发模块B；数据收发模块B与单目摄像头以通信方式连接，数据收发模块B与计算机的数据收发模块A以通信方式连接；

快换装置包括第一装配体和第二装配体；第二装配体安装在多节段机械臂的末端，第一装配体与第二装配体可拆卸的连接；第一装配体包括工具盘、公接头座及公接头；工具盘外侧表面设有工具安装面，内侧表面从上至下依次设有勾接部A和锁定臂；公接头座固定安装在工具盘的内侧表面上，公接头安装在公接头座上；第二装配体包括基座、母接头座、母接头及对接锁定组件；基座两端分别设有与多节段机械臂的末端相连接的第一连接段和与工具盘相连接的第二连接段，第二连接段的上端设有与勾接部A相配合的勾接部B，下端设有用于抵住锁定臂的定位缺口，第二连接段内设有元件安装腔，第二连接段的下端两侧设有连通至元件安装腔的锁定销孔；母接头安装在母接头座上，母接头座安装在对接锁定组件上；对接锁定组件设在基座上，对接锁定组件包括同步液压缸和锁定销；两个同步液压缸对称安设置在元件容纳腔的两侧，两个同步液压缸的活塞分别固接在元件容纳腔的上端两侧，两根锁定销分别固接在两个同步液压缸的缸体上，同步液压缸的活塞杆伸缩时带动同步液压缸的缸体在元件容纳腔中做往复直线运动，进而带动锁定销从锁定销孔中伸出或缩回；当第一装配体与第二装配体连接时，第二装配体通过勾接部B与第一装配体的勾接部A相互勾接，工具盘上的锁定臂与基座上的定位缺口相抵，对接锁定组件用于锁定锁定臂的同时带动母接头与公接头对接，或解锁锁定臂的同时带动母接头与公接头分离；在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销伸出锁定销孔时，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，当锁定销缩回锁定销孔时，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头与公接头分离；勾接部B为对称设置在基座第二连接段上端两侧的勾爪；勾接部A为对称设置设在工具盘内侧表面上端两侧的定位短轴，定位短轴的形状与勾爪相适应，定位短轴的外露长度与勾爪的宽度相适应；

末端工具固定连接在第一装配体的工具盘的工具安装面上；

步骤如下：

S01，初始准备工作：

a、在多个第一装配体上分别粘贴标识码A，再将不同的末端工具分别连接在粘贴有标识码A的第一装配体上；

b、在核退役机器人的工作区域附近设置换装区域，在换装区域的边缘处设置墙体，沿着墙体在换装区域内划分出多个并列排布的子区域，再在墙体上分别粘贴与每个子区域位置对应的标识码B；

c、将多个连接有末端工具的第一装配体分别放置在换装区域的各个子区域内，并使所有末端工具朝向墙体；

本步骤中，每个子区域内仅可放置一个连接有末端工具的第一装配体；

S02，获取核退役机器人与卸载用的子区域之间的实时位置关系：

a、操控核退役机器人机身上的单目摄像头扫过不同的标识码B，计算机的图像处理模块实时提取并识别单目摄像头拍摄画面中的标识码B，并通过显示器实时显示当前拍摄画面中的标识码B所对应的子区域，以供操作者决策；

b、当操作者确认搜寻到卸载用的子区域时，位姿计算模块随即开始计算单目摄像头与目标子区域对应的标识码B的实时相对位置，并通过显示器实时显示；

本步骤中，标识码B与对应子区域的位置关系不会发生变化，据此，事先测量标识码B与对应子区域的相对位置，再结合单目摄像头与目标子区域对应的标识码B的实时相对位置即可计算出单目摄像头与目标子区域的实时相对位置；

S03，移动到卸载用的子区域并卸下当前末端工具：

a、控制核退役机器人向着目标子区域对应的最佳卸载区域移动；此过程中，操作者基于单目摄像头与目标子区域的实时相对位置，以及目标子区域与其对应的最佳卸载区域的相对位置，即可实现核退役机器人的移动导向；

b、当核退役机器人移动进入目标子区域对应的最佳卸载区域时，操作者控制多节段机械臂下放，使连接有末端工具的第一装配体在目标子区域内接地；此过程中，操作者基于多节段机械臂与目标子区域的实时相对位置即可实现多节段机械臂的准确控制；

c、控制第一装配体与第二装配体分离，将连接有末端工具的第一装配体卸载在目标子区域内；此过程中，第一装配体与第二装配体的分离过程如下：1，控制两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中缩回，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头脱离公接头，从而解除第一装配体与第二装配体的锁定关系；2，操纵多节段机械臂动作，使第二装配体绕定位短轴转动，直至公、母接头之间达到安全距离时停止，然后操纵多节段机械臂，使基座的勾爪脱离工具盘的定位短轴，即将第一装配体与第二装配体分离；

本步骤中，液压缸的活塞杆伸缩带动多节段机械臂中对应的手臂转动，液压缸的活塞杆的伸缩量与多节段机械臂中对应的手臂的转动角度的关系是确定的，通过直线位移传感器测量各个液压缸的活塞杆的伸缩量，位姿计算模块即可计算出多节段机械臂中的各节手臂的运动状态，进而合成多节段机械臂的整体运动状态；位姿计算模块再结合单目摄像头与目标子区域的实时相对位置，以及单目摄像头与多节段机械臂的相对位置，即可计算出多节段机械臂与目标子区域的实时相对位置；

本步骤中，每个子区域分别具有对应的最佳卸载区域，当核退役机器人进入最佳卸载区域时，仅操作多节段机械臂即可将连接有末端工具的第一装配体卸载在对应的子区域内，那么，子区域与其对应的最佳卸载区域的相对位置是固定的，事先测定待用；

S04，获取核退役机器人与对接用的子区域之间的实时位置关系：

a、操作者控制多节段机械臂抬起一定高度，防止在后续的移动过程中碰撞或剐蹭地面；

b、操控核退役机器人机身上的单目摄像头扫过不同的标识码B，计算机的图像处理模块实时提取并识别单目摄像头拍摄画面中的标识码B，并通过显示器实时显示当前拍摄画面中的标识码B所对应的子区域，以供操作者决策；

c、当操作者确认搜寻到对接用的子区域时，位姿计算模块随即开始计算单目摄像头与目标子区域对应的标识码B的实时相对位置，并通过显示器实时显示，操作者据此控制核退役机器人向目标子区域移动；

S05，移动到对接用的子区域并装载所需末端工具：

a、控制核退役机器人向着目标子区域移动，核退役机器人上搭载的单目摄像头与目标标识码A的距离越来越近，当单目摄像头识别到目标标识码A时，位姿计算模块同时进行以下两项操作：1、计算单目摄像头与目标标识码A的实时相对位置；2、标定目标标识码A对应的最佳对接区域的位置；

b、控制核退役机器人向着目标标识码A对应的最佳对接区域移动；此过程中，操作者基于单目摄像头与目标标识码A的实时相对位置，以及目标标识码A与其对应的最佳对接区域的相对位置，即可实现核退役机器人的移动导向；

c、当核退役机器人到达目标标识码A对应的最佳对接区域时，计算机的三维动画模块基于其内置的连接有第二装配体的多节段机械臂三维模型和连接有末端工具的第一装配体三维模型，结合多节段机械臂与第一装配体的实时相对位置，生成对接过程的实时三维动画；

d、操作者在实时三维动画的辅助下，控制多节段机械臂动作，使连接在多节段机械臂末端的第二装配体与连接有末端工具的第一装配体进行对接；此过程中，第二装配体与第一装配体的对接过程如下：1、调整多节段机械臂的位姿，使基座的勾爪勾住工具盘上的定位短轴，然后操纵多节段机械臂，使第二装配体绕定位短轴转动，直至基座的定位缺口抵住工具盘的锁定臂；2、两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中伸出，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，即完成第二装配体与第一装配体的对接；

本步骤中，目标标识码A为目标子区域内放置的第一装配体上的标识码A；

本步骤中，目标子区域内放置有粘贴了标识码A的第一装配体，所述第一装配体上连接有所需末端工具；

本步骤中，每个第一装配体分别具有对应的最佳对接区域，当核退役机器人进入最佳对接区域时，仅操作多节段机械臂即可实现第二装配体与第一装配体的对接，那么，第一装配体与其对应的最佳对接区域的相对位置是固定的，第一装配体上粘贴的标识码A与其对应的最佳对接区域的相对位置也是固定的，事先测定待用；

本步骤中，计算机的位姿计算模块结合多节段机械臂与目标子区域的实时相对位置，以及单目摄像头与目标标识码A的实时相对位置，即可计算出多节段机械臂与第一装配体的实时相对位置。

本发明进一步的技术方案是：公接头包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

基于本发明提供的换装系统及方法，操作者可在安全区域遥控位于核辐射区域的核退役机器人远程换装末端工具，解决了现有的核退役机器人无法在核辐射环境中及时换装工具的问题，降低了核退役成本，提高了核退役机器人的工作效率，缩短了核设施退役的时间。

以下结合图和实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为核退役机器人末端工具远程换装系统的结构示意简图；

图2为换装方法的S01步骤状态示意图；

图3为换装方法的S03步骤状态示意图；

图4为换装方法的S05步骤状态示意图；

图5为快换装置的结构示意图；

图6为第一装配体在一种视角下的结构示意图；

图7为第一装配体在另一种视角下的结构示意图；

图8为第二装配体在一种视角下的结构示意图；

图9为第二装配体在另一种视角下的结构示意图；

图10为第二装配体在第三种视角下的结构示意图；

图11为第一装配体勾接部A与第二装配体勾接部B相互勾接的状态图；

图12为快换装置的公、母接头未对接时的状态图；

图13为快换装置的公、母接头已对接时的状态图；

图14为快换装置与末端工具及机多节段机械臂的连接关系示意图。

说明：图1中相邻部件之间的虚线连接为电连接或通信方式连接，粗实线连接为物理/机械方式连接。

具体实施方式

实施例1：

如图1-14所示，核退役机器人末端工具远程换装系统，包括计算机1、核退役机器人2、遥控器3、传感器组件4、数据传输组件5、快换装置6及末端工具7。

计算机1包括图像处理模块11、位姿计算模块12、显示器13、数据收发模块A14及三维动画模块15。

核退役机器人2包括机身21及安装在机身21上的多节段机械臂22。多节段机械臂22包含多节依次铰接相连的手臂221和用于驱动每一节手臂221绕其铰接处转动的液压缸222。

遥控器3与核退役机器人2以通信方式连接，以分别控制核退役机器人2的机身21或多节段机械臂22动作。

传感器组件4包括单目摄像头41及直线位移传感器42。单目摄像头41固定安装在核退役机器人2的机身21上，并具有核退役机器人2的多节段机械臂22活动范围内的视野。多个直线位移传感器42分别安装在多节段机械臂22的每一个液压缸222上，以实时检测液压缸222的伸缩长度。

数据传输组件5包括数据采集卡51和数据收发模块B52。数据采集卡51分别与单目摄像头41、直线位移传感器42和数据收发模块B52以通信方式连接，数据收发模块B52与计算机1的数据收发模块A14以通信方式连接。

快换装置6包括第一装配体和第二装配体。第二装配体安装在多节段机械臂22的末端，第一装配体与第二装配体可拆卸的连接。

第一装配体包括工具盘61、公接头座62及公接头63。工具盘61外侧表面设有工具安装面611，内侧表面从上至下依次设有勾接部A612和锁定臂613。勾接部A612为对称设置设在工具盘61内侧表面上端两侧的定位短轴。公接头座62固定安装在工具盘61的内侧表面上，公接头63安装在公接头座62上。

第二装配体包括基座64、母接头座65、母接头66及对接锁定组件。基座64两端分别设有与多节段机械臂22末端相连接的第一连接段641和与工具盘61相连接的第二连接段642。第一连接段641上设有两片用于连接多节段机械臂末端的连接耳6411。第二连接段642的上端设有与勾接部A612相配合的勾接部B6421，下端设有用于抵住锁定臂613的定位缺口6422。勾接部B6421为对称设置在基座64第二连接段642上端两侧的勾爪，勾爪的形状与定位短轴相适应，勾爪的宽度与定位短轴的外露长度相适应。第二连接段642内设有元件安装腔6423，第二连接段642的下端两侧设有连通至元件安装腔6423的锁定销孔6424。母接头座65固定安装在对接锁定组件的同步液压缸67的缸体上，母接头66安装在母接头座65上。对接锁定组件包括同步液压缸67和锁定销68。两个同步液压缸67对称安设置在元件容纳腔6423的两侧，两个同步液压缸67的活塞分别固接在元件容纳腔6423的上端两侧，两根锁定销68分别固接在两个同步液压缸67的缸体上，同步液压缸67的活塞杆伸缩时带动同步液压缸67的缸体在元件容纳腔6423中做往复直线运动，进而带动锁定销68从锁定销孔6424中伸出或缩回。

当第一装配体与第二装配体连接时，第二装配体通过勾爪与第一装配体的定位短轴相互勾接，工具盘61上的锁定臂613与基座64上的定位缺口6422相抵，对接锁定组件用于锁定锁定臂613的同时带动母接头66与公接头63对接，或解锁锁定臂613的同时带动母接头66与公接头63分离。

在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销68伸出锁定销孔6424时，一方面将锁定臂613锁定在锁定销68与定位缺口6422之间，另一方面带动母接头66与公接头63对接，当锁定销68缩回锁定销孔6424时，一方面将锁定臂613解锁，另一方面带动母接头66与公接头63分离。

末端工具7固定连接在第一装配体的工具盘61的工具连接面611上。末端工具7为铲斗、液压锤、液压剪、液压钳或切割机等破拆工具。

优选，核退役机器人2的机身21上设有可转动的监控摄像头23。

优选，公接头63包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头66是与公接头63相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

优选，基座64的定位缺口6422为弧形缺口，所述弧形缺口的形状与锁定臂613外形轮廓相适应。

采用本发明远程换装末端工具的方法如下：

S01，初始准备工作：

a、在多个第一装配体上分别粘贴标识码A81，再将不同的末端工具77分别连接在粘贴有标识码A81的第一装配体上；

b、在核退役机器人的工作区域附近设置换装区域9，在换装区域9的边缘处设置墙体，沿着墙体在换装区域9内划分出多个并列排布的子区域91，再在墙体上分别粘贴与每个子区域91位置对应的标识码B82；

c、将多个连接有末端工具7的第一装配体分别放置在换装区域的各个子区域91内，并使所有末端工具7朝向墙体；

本步骤中，每个子区域91内仅可放置一个连接有末端工具7的第一装配体。

S02，获取核退役机器人2与卸载用的子区域91之间的实时位置关系：

a、操控核退役机器人2机身上的单目摄像头41扫过不同的标识码B82，计算机1的图像处理模块11实时提取并识别单目摄像头41拍摄画面中的标识码B82，并通过显示器13实时显示当前拍摄画面中的标识码B82所对应的子区域91，以供操作者决策；

b、当操作者确认搜寻到卸载用的子区域91时，位姿计算模块12随即开始计算单目摄像头41与目标子区域91对应的标识码B82的实时相对位置，并通过显示器13实时显示；

本步骤中，标识码B82与对应子区域91的位置关系不会发生变化，据此，事先测量标识码B82与对应子区域91的相对位置，再结合单目摄像头41与目标子区域91对应的标识码B82的实时相对位置即可计算出单目摄像头41与目标子区域91的实时相对位置。

S03，移动到卸载用的子区域91并卸下当前末端工具7：

a、控制核退役机器人2向着目标子区域91对应的最佳卸载区域移动；此过程中，操作者基于单目摄像头41与目标子区域91的实时相对位置，以及目标子区域91与其对应的最佳卸载区域的相对位置，即可实现核退役机器人2的移动导向；

b、当核退役机器人2移动进入目标子区域91对应的最佳卸载区域时，操作者控制多节段机械臂22下放，使连接有末端工具7的第一装配体在目标子区域91内接地；此过程中，操作者基于多节段机械臂22与目标子区域91的实时相对位置即可实现多节段机械臂22的准确控制；

c、控制第一装配体与第二装配体分离，将连接有末端工具7的第一装配体卸载在目标子区域91内；此过程中，第一装配体与第二装配体的分离过程如下：1，控制两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中缩回，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头脱离公接头，从而解除第一装配体与第二装配体的锁定关系；2，操纵多节段机械臂22动作，使第二装配体绕定位短轴转动，直至公、母接头之间达到安全距离时停止，然后操纵多节段机械臂22，使基座的勾爪脱离工具盘的定位短轴，即将第一装配体与第二装配体分离；

本步骤中，液压缸的活塞杆伸缩带动多节段机械臂22中对应的手臂转动，液压缸的活塞杆的伸缩量与多节段机械臂22中对应的手臂的转动角度的关系是确定的，通过直线位移传感器42测量各个液压缸的活塞杆的伸缩量，位姿计算模块12即可计算出多节段机械臂22中的各节手臂的运动状态，进而合成多节段机械臂22的整体运动状态；位姿计算模块12再结合单目摄像头41与目标子区域91的实时相对位置，以及单目摄像头41与多节段机械臂22的相对位置，即可计算出多节段机械臂22与目标子区域91的实时相对位置；

本步骤中，每个子区域91分别具有对应的最佳卸载区域，当核退役机器人2进入最佳卸载区域时，仅操作多节段机械臂22即可将连接有末端工具7的第一装配体卸载在对应的子区域91内，那么，子区域91与其对应的最佳卸载区域的相对位置是固定的，事先测定待用。

S04，获取核退役机器人2与对接用的子区域91之间的实时位置关系：

a、操作者控制多节段机械臂22抬起一定高度，防止在后续的移动过程中碰撞或剐蹭地面；

b、操控核退役机器人2机身上的单目摄像头41扫过不同的标识码B82，计算机1的图像处理模块11实时提取并识别单目摄像头41拍摄画面中的标识码B82，并通过显示器13实时显示当前拍摄画面中的标识码B82所对应的子区域91，以供操作者决策；

c、当操作者确认搜寻到对接用的子区域91时，位姿计算模块12随即开始计算单目摄像头41与目标子区域91对应的标识码B82的实时相对位置，并通过显示器13实时显示，操作者据此控制核退役机器人2向目标子区域91移动。

S05，移动到对接用的子区域91并装载所需末端工具7：

a、控制核退役机器人2向着目标子区域91移动，核退役机器人2上搭载的单目摄像头41与目标标识码A81的距离越来越近，当单目摄像头41识别到目标标识码A81时，位姿计算模块12同时进行以下两项操作：1、计算单目摄像头41与目标标识码A81的实时相对位置；2、标定目标标识码A81对应的最佳对接区域的位置；

b、控制核退役机器人2向着目标标识码A81对应的最佳对接区域移动；此过程中，操作者基于单目摄像头41与目标标识码A81的实时相对位置，以及目标标识码A81与其对应的最佳对接区域的相对位置，即可实现核退役机器人2的移动导向；

c、当核退役机器人2到达目标标识码A81对应的最佳对接区域时，计算机1的三维动画模块15基于其内置的连接有第二装配体的多节段机械臂22三维模型和连接有末端工具7的第一装配体三维模型，结合多节段机械臂22与第一装配体的实时相对位置，生成对接过程的实时三维动画；

d、操作者在实时三维动画的辅助下，控制多节段机械臂22动作，使连接在多节段机械臂22末端的第二装配体与连接有末端工具7的第一装配体进行对接；此过程中，第二装配体与第一装配体的对接过程如下：1、调整多节段机械臂22的位姿，使基座的勾爪勾住工具盘上的定位短轴，然后操纵多节段机械臂22，使第二装配体绕定位短轴转动，直至基座的定位缺口抵住工具盘的锁定臂；2、两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中伸出，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，即完成第二装配体与第一装配体的对接；

本步骤中，目标标识码A81为目标子区域91内放置的第一装配体上的标识码A81；

本步骤中，目标子区域91内放置有粘贴了标识码A81的第一装配体，所述第一装配体上连接有所需末端工具7；

本步骤中，每个第一装配体分别具有对应的最佳对接区域，当核退役机器人2进入最佳对接区域时，仅操作多节段机械臂22即可实现第二装配体与第一装配体的对接，那么，第一装配体与其对应的最佳对接区域的相对位置是固定的，第一装配体上粘贴的标识码A81与其对应的最佳对接区域的相对位置也是固定的，事先测定待用；

本步骤中，计算机1的位姿计算模块12结合多节段机械臂22与目标子区域91的实时相对位置，以及单目摄像头41与目标标识码A81的实时相对位置，即可计算出多节段机械臂22与第一装配体的实时相对位置。

Claims (2)

1.核退役机器人末端工具远程换装方法，其特征是，基于核退役机器人末端工具远程换装系统；

所述的核退役机器人末端工具远程换装系统，包括计算机、核退役机器人、遥控器、传感器组件、数据传输组件、快换装置及末端工具；

计算机包括图像处理模块、位姿计算模块、显示器、数据收发模块A及三维动画模块；

核退役机器人包括机身及安装在机身上的多节段机械臂，多节段机械臂包含多节依次铰接相连的手臂和用于驱动每一节手臂绕其铰接处转动的液压缸；

遥控器与核退役机器人以通信方式连接，以控制核退役机器人动作；

传感器组件包括单目摄像头、数据采集卡、直线位移传感器；单目摄像头固定安装在核退役机器人的机身上，并具有核退役机器人的多节段机械臂活动范围内的视野；多个直线位移传感器分别安装在多节段机械臂的每一个液压缸上，以实时检测液压缸活塞杆的伸缩长度，直线位移传感器与数据采集卡以通信方式连接

数据传输组件包括数据收发模块B；数据收发模块B与单目摄像头以通信方式连接，数据收发模块B与计算机的数据收发模块A以通信方式连接；

快换装置包括第一装配体和第二装配体；第二装配体安装在多节段机械臂的末端，第一装配体与第二装配体可拆卸的连接；第一装配体包括工具盘、公接头座及公接头；工具盘外侧表面设有工具安装面，内侧表面从上至下依次设有勾接部A和锁定臂；公接头座固定安装在工具盘的内侧表面上，公接头安装在公接头座上；第二装配体包括基座、母接头座、母接头及对接锁定组件；基座两端分别设有与多节段机械臂的末端相连接的第一连接段和与工具盘相连接的第二连接段，第二连接段的上端设有与勾接部A相配合的勾接部B，下端设有用于抵住锁定臂的定位缺口，第二连接段内设有元件安装腔，第二连接段的下端两侧设有连通至元件安装腔的锁定销孔；母接头安装在母接头座上，母接头座安装在对接锁定组件上；对接锁定组件设在基座上，对接锁定组件包括同步液压缸和锁定销；两个同步液压缸对称安设置在元件容纳腔的两侧，两个同步液压缸的活塞分别固接在元件容纳腔的上端两侧，两根锁定销分别固接在两个同步液压缸的缸体上，同步液压缸的活塞杆伸缩时带动同步液压缸的缸体在元件容纳腔中做往复直线运动，进而带动锁定销从锁定销孔中伸出或缩回；当第一装配体与第二装配体连接时，第二装配体通过勾接部B与第一装配体的勾接部A相互勾接，工具盘上的锁定臂与基座上的定位缺口相抵，对接锁定组件用于锁定锁定臂的同时带动母接头与公接头对接，或解锁锁定臂的同时带动母接头与公接头分离；在第一装配体与第二装配体连接的状态下，当锁定销伸出锁定销孔时，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，当锁定销缩回锁定销孔时，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头与公接头分离；勾接部B为对称设置在基座第二连接段上端两侧的勾爪；勾接部A为对称设置设在工具盘内侧表面上端两侧的定位短轴，定位短轴的形状与勾爪相适应，定位短轴的外露长度与勾爪的宽度相适应；

末端工具固定连接在第一装配体的工具盘的工具安装面上；

步骤如下：

S01，初始准备工作：

a、在多个第一装配体上分别粘贴标识码A，再将不同的末端工具分别连接在粘贴有标识码A的第一装配体上；

b、在核退役机器人的工作区域附近设置换装区域，在换装区域的边缘处设置墙体，沿着墙体在换装区域内划分出多个并列排布的子区域，再在墙体上分别粘贴与每个子区域位置对应的标识码B；

c、将多个连接有末端工具的第一装配体分别放置在换装区域的各个子区域内，并使所有末端工具朝向墙体；

本步骤中，每个子区域内仅可放置一个连接有末端工具的第一装配体；

S02，获取核退役机器人与卸载用的子区域之间的实时位置关系：

a、操控核退役机器人机身上的单目摄像头扫过不同的标识码B，计算机的图像处理模块实时提取并识别单目摄像头拍摄画面中的标识码B，并通过显示器实时显示当前拍摄画面中的标识码B所对应的子区域，以供操作者决策；

b、当操作者确认搜寻到卸载用的子区域时，位姿计算模块随即开始计算单目摄像头与目标子区域对应的标识码B的实时相对位置，并通过显示器实时显示；

本步骤中，标识码B与对应子区域的位置关系不会发生变化，据此，事先测量标识码B与对应子区域的相对位置，再结合单目摄像头与目标子区域对应的标识码B的实时相对位置即可计算出单目摄像头与目标子区域的实时相对位置；

S03，移动到卸载用的子区域并卸下当前末端工具：

a、控制核退役机器人向着目标子区域对应的最佳卸载区域移动；此过程中，操作者基于单目摄像头与目标子区域的实时相对位置，以及目标子区域与其对应的最佳卸载区域的相对位置，即可实现核退役机器人的移动导向；

b、当核退役机器人移动进入目标子区域对应的最佳卸载区域时，操作者控制多节段机械臂下放，使连接有末端工具的第一装配体在目标子区域内接地；此过程中，操作者基于多节段机械臂与目标子区域的实时相对位置即可实现多节段机械臂的准确控制；

c、控制第一装配体与第二装配体分离，将连接有末端工具的第一装配体卸载在目标子区域内；此过程中，第一装配体与第二装配体的分离过程如下：1，控制两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中缩回，一方面将锁定臂解锁，另一方面带动母接头脱离公接头，从而解除第一装配体与第二装配体的锁定关系；2，操纵多节段机械臂动作，使第二装配体绕定位短轴转动，直至公、母接头之间达到安全距离时停止，然后操纵多节段机械臂，使基座的勾爪脱离工具盘的定位短轴，即将第一装配体与第二装配体分离；

本步骤中，液压缸的活塞杆伸缩带动多节段机械臂中对应的手臂转动，液压缸的活塞杆的伸缩量与多节段机械臂中对应的手臂的转动角度的关系是确定的，通过直线位移传感器测量各个液压缸的活塞杆的伸缩量，位姿计算模块即可计算出多节段机械臂中的各节手臂的运动状态，进而合成多节段机械臂的整体运动状态；位姿计算模块再结合单目摄像头与目标子区域的实时相对位置，以及单目摄像头与多节段机械臂的相对位置，即可计算出多节段机械臂与目标子区域的实时相对位置；

本步骤中，每个子区域分别具有对应的最佳卸载区域，当核退役机器人进入最佳卸载区域时，仅操作多节段机械臂即可将连接有末端工具的第一装配体卸载在对应的子区域内，那么，子区域与其对应的最佳卸载区域的相对位置是固定的，事先测定待用；

S04，获取核退役机器人与对接用的子区域之间的实时位置关系：

a、操作者控制多节段机械臂抬起一定高度，防止在后续的移动过程中碰撞或剐蹭地面；

b、操控核退役机器人机身上的单目摄像头扫过不同的标识码B，计算机的图像处理模块实时提取并识别单目摄像头拍摄画面中的标识码B，并通过显示器实时显示当前拍摄画面中的标识码B所对应的子区域，以供操作者决策；

c、当操作者确认搜寻到对接用的子区域时，位姿计算模块随即开始计算单目摄像头与目标子区域对应的标识码B的实时相对位置，并通过显示器实时显示，操作者据此控制核退役机器人向目标子区域移动；

S05，移动到对接用的子区域并装载所需末端工具：

a、控制核退役机器人向着目标子区域移动，核退役机器人上搭载的单目摄像头与目标标识码A的距离越来越近，当单目摄像头识别到目标标识码A时，位姿计算模块同时进行以下两项操作：1、计算单目摄像头与目标标识码A的实时相对位置；2、标定目标标识码A对应的最佳对接区域的位置；

b、控制核退役机器人向着目标标识码A对应的最佳对接区域移动；此过程中，操作者基于单目摄像头与目标标识码A的实时相对位置，以及目标标识码A与其对应的最佳对接区域的相对位置，即可实现核退役机器人的移动导向；

c、当核退役机器人到达目标标识码A对应的最佳对接区域时，计算机的三维动画模块基于其内置的连接有第二装配体的多节段机械臂三维模型和连接有末端工具的第一装配体三维模型，结合多节段机械臂与第一装配体的实时相对位置，生成对接过程的实时三维动画；

d、操作者在实时三维动画的辅助下，控制多节段机械臂动作，使连接在多节段机械臂末端的第二装配体与连接有末端工具的第一装配体进行对接；此过程中，第二装配体与第一装配体的对接过程如下：1、调整多节段机械臂的位姿，使基座的勾爪勾住工具盘上的定位短轴，然后操纵多节段机械臂，使第二装配体绕定位短轴转动，直至基座的定位缺口抵住工具盘的锁定臂；2、两个同步液压缸的活塞杆同步伸出，带动锁定销从锁定销孔中伸出，一方面将锁定臂锁定在锁定销与定位缺口之间，另一方面带动母接头与公接头对接，即完成第二装配体与第一装配体的对接；

本步骤中，目标标识码A为目标子区域内放置的第一装配体上的标识码A；

本步骤中，目标子区域内放置有粘贴了标识码A的第一装配体，所述第一装配体上连接有所需末端工具；

本步骤中，每个第一装配体分别具有对应的最佳对接区域，当核退役机器人进入最佳对接区域时，仅操作多节段机械臂即可实现第二装配体与第一装配体的对接，那么，第一装配体与其对应的最佳对接区域的相对位置是固定的，第一装配体上粘贴的标识码A与其对应的最佳对接区域的相对位置也是固定的，事先测定待用；

本步骤中，计算机的位姿计算模块结合多节段机械臂与目标子区域的实时相对位置，以及单目摄像头与目标标识码A的实时相对位置，即可计算出多节段机械臂与第一装配体的实时相对位置。

2.如权利要求1所述的核退役机器人末端工具远程换装方法，其特征是：公接头包括液压公接头和/或电气公接头和/或气路公接头，母接头是与公接头相匹配的液压母接头和/或电气母接头和/或气路母接头。

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