CN113084872B - 用于核电站的检查维护机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于核电站的检查维护机器人，包括机械臂、主设备、监视器；机械臂的末端执行器上设置有摄像头；摄像头用于获取执行图像，执行图像包括末端执行器；监视器用于显示执行图像；主设备用于获取外部控制指令，并控制机械臂按照控制指令对应的方向移动。本发明通过在机械臂的末端执行器上设置摄像头，从而便于用户通过监视器监视末端执行器的移动状况，实现对机械臂的准确移动，以便远程操作该用于核电站的检查维护机器人在核电站实施检查维护工作，提高操作人员的安全性。其从现场采集的视觉画面，可以通过AR+AI技术的画面增强来提供大量辅助信息和智能诊断能力，有效提升该检查维护机器人的工作效率和工作能力。

Description

用于核电站的检查维护机器人
技术领域
本发明属于核电站检查维护领域，尤其涉及一种用于核电站的检查维护机器人。
背景技术
核电厂安全壳内装有数百个模块组件，其检查和维护就成了一个值得关注的问题。当某个模块组件发生故障时，传统的维护手段是技术人员穿上防护服进入内部维护和处理，虽然可以运用最新的AR(增强现实)+AI(人工智能)技术大大提升诊断和维护的效率，但进入人员仍然会面临着电离辐射的风险，对身体的健康产生威胁。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中核电厂检查和维护由技术人员进行，安全风险大的缺陷，提供一种用于核电站的检查维护机器人。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
本发明提供一种用于核电站的检查维护机器人，包括机械臂、主设备、监视器；
机械臂的末端执行器上设置有摄像头；
摄像头用于获取执行图像，执行图像包括末端执行器；
监视器用于显示执行图像；
主设备用于获取外部控制指令，并控制机械臂按照控制指令对应的方向移动。
较佳地，主设备包括可旋转基座。
较佳地，主设备用于获取主设备根据用户对主设备的移动对应的运动矢量。
较佳地，主设备根据运动矢量得到对应的控制量，并根据控制量控制机械臂移动。
较佳地，机械臂包括若干关节。
较佳地，关节的数量为大于等于5。
较佳地，监视器还显示第一坐标系和第二坐标系；
第一坐标系为执行如图对应的坐标系；第二坐标系为摄像头所在的坐标系。
较佳地，摄像头设置于末端执行器的上方。
本发明的积极进步效果在于：本发明通过在机械臂的末端执行器上设置摄像头，从而便于用户通过监视器监视末端执行器的移动状况，实现对机械臂的准确移动，以便用户远程操作该用于核电站的检查维护机器人在核电站实施检查维护工作，提高操作人员的安全性，避免或减少操作人员暴露在核辐射条件下，保障工作人员的安全。同时其从现场采集的视觉画面，可以通过AR+AI技术的画面增强来提供大量辅助信息和智能诊断能力，有效提升该用于核电站的检查维护机器人的工作效率和工作能力。
附图说明
图1为本发明的一较佳实施例的用于核电站的检查维护机器人的局部的结构示意图。
图2为本发明的一较佳实施例的用于核电站的检查维护机器人的监视器的示意图。
图3为本发明的一较佳实施例的用于核电站的检查维护机器人的检查维护的场景的示意图。
图4为本发明的一较佳实施例的用于核电站的检查维护机器人的机械臂和主设备固定坐标系的示意图。
具体实施方式
下面通过一较佳实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施例提供一种用于核电站的检查维护机器人。参照图1、图2，该用于核电站的检查维护机器人包括机械臂12、监视器13、主设备。机械臂12的末端执行器121(即机械抓手)上设置有摄像头122。摄像头122用于获取执行图像，执行图像包括末端执行器121。也即，摄像头122获取末端执行器121执行操作时的执行图像，摄像头122朝向的方向使得执行图像中显示末端执行器121。
监视器13显示执行图像，并且，监视器13显示第一坐标系和第二坐标系。第一坐标系为视觉坐标系，即摄像头122拍摄的图像对应的坐标系；第二坐标系为摄像头122和监控坐标系，即摄像头122所在的坐标系。如图2所示，第一原点Oe为第一坐标系的原点，第一Z轴Ze为第一坐标系中的Z轴，第一Y轴Ye为第一坐标系中的Y轴，其中，X轴Xe未示出。参照图1、图2，第二原点Oc为第一坐标系的原点，第二Z轴Zc为第二坐标系中的Z轴，第二X轴Xc为第二坐标系中的X轴，第二Y轴Yc为第二坐标系中的Y轴。
具体实施时，主设备包括可旋转基座11。机械臂12设置于可旋转基座11上。图3示出了该用于核电站的检查维护机器人的检查维护的一种场景。用户通过监视器13观察末端执行器121与目标物3的相对位置，并操作主设备以发出控制末端执行器121移动的指令。也即，用户观察到的运动通过末端执行器121的摄像头122获得轨迹，通过直接操作主设备控制机械臂12和末端执行器121运动。(OoXoYoZo)为机器人的基坐标系，参照图1，Oo表征机器人的基坐标系的原点，Yo表征竖轴，Zo表征纵轴，Xo表征横轴(图中未示出)。图4示出了机械臂和主设备固定坐标系(OhXhYhZh)，其中，Oh表征机械臂和主设备固定坐标系的原点，Yh表征竖轴，Zh表征纵轴，Xh表征横轴(图中未示出)。当用户在发现位于右上角的螺栓时，会将主设备移动到右上角。基于主设备构建的手眼协作系统，将主设备的运动转化为末端执行器121的运动，并保证末端执行器121按照用户的预期向螺栓运动。其中，主设备获得机械臂和主设备固定坐标系(OhXhYhZh)下的运动矢量，并且用户在视觉坐标系(OeXeYeZe)中控制机器人移动在同一个平移矢量Veye中的末端执行器121。首先，主设备获得用户的运动矢量V，主设备控制末端执行器121跟随一个相同的矢量Veye作为V在监视器13上的纵向运动，主设备为末端执行器121Vc在第二坐标系(OcXcYcZc)中获得所需的路径，这是相同的V在纵向运动中(OhXhYhZh)。同时，机器人第五关节对应的坐标系(O5X5Y5Z5)与机器人的基坐标系(OoXoYoZo)之间的变换可以通过D-H矩阵计算，其具体实现方式是本领域技术人员能够实现的此处不再赘述。
作为一种可选的实施方式，基于手眼协作方法和人工势函数，末端执行器121上布置的摄像头122可以观测末端执行器121附近的情况。主设备的手眼协作系统中引入人工势函数，通过机械臂12与壁面之间距离可以通过产生手眼协作反馈力来感知。
在本实施例中，该用于核电站的检查维护机器人主要包括机械臂12、监视器13、主设备。机械臂12采用可遥控的高精度机械手实现，其包括末端执行器121和摄像头122。监视器13显示第一坐标系和第二坐标系。第一坐标系为视觉坐标系，即摄像头122拍摄的图像对应的坐标系；第二坐标系为摄像头122和监控坐标系，即摄像头122所在的坐标系。主设备包括可旋转基座11。
该机械臂12拥有多个关节，末端执行器121的上方布置有摄像头122，摄像头122用于观测检修环境。在一种可选的实施方式中，关节的数量为5。在另一种可选的实施方式中，关节的数量为大于5。
本实施例的用于核电站的检查维护机器人引入了经典人工势函数，且建立了触觉远程处理系统避免具体操作过程中的潜在碰撞。本实施例的用于核电站的检查维护机器人基于手眼协作方法，以保证遥控末端执行器121在监视器13上的末端执行器121的运动与操作者的手部运动保持一致。
本实施例的用于核电站的检查维护机器人通过在末端执行器121上设置摄像头122，加入手眼协作控制方法，同时在手眼协作控制系统中引入经典人工势函数避免潜在碰撞，可以完成基本的远程维护任务(拧紧螺栓，更换零件等)。
本实施例的用于核电站的检查维护机器人可根据实际需要调节设置各个关节(机械臂12)的长度，可以对操作人员不容易进入的设施或场所进行检修及维护。同时，该用于核电站的检查维护机器人引入了人工势函数避免碰撞，可操作性强。
进一步地，本实施例的用于核电站的检查维护机器人可配合AR+AI技术，在监视器显示画面中进行三维叠加和信息迭代，更能提升其工作能力，并能通过数据分析和比对及时发现安全壳内部各个模块的潜在的风险和问题，以便进行后续的处理。
本实施例的用于核电站的检查维护机器人通过在机械臂的末端执行器上设置摄像头，从而便于用户通过监视器监视末端执行器的移动状况，实现对机械臂的准确移动，以便用户远程操作该用于核电站的检查维护机器人在核电站实施检查维护工作，提高操作人员的安全性，避免或减少操作人员暴露在核辐射条件下，保障工作人员的安全。同时其从现场采集的视觉画面，可以通过AR+AI技术的画面增强来提供大量辅助信息和智能诊断能力，有效提升该用于核电站的检查维护机器人的工作效率和工作能力。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，包括机械臂、主设备、监视器；
所述机械臂的末端执行器上设置有摄像头；
所述摄像头用于获取执行图像，所述执行图像包括所述末端执行器；
所述监视器用于显示所述执行图像；
所述主设备用于获取外部控制指令，并控制所述机械臂按照所述控制指令对应的方向移动；
所述监视器还用于显示第一坐标系和第二坐标系；
所述第一坐标系为所述执行图像对应的坐标系；所述第二坐标系为所述摄像头所在的坐标系；
所述第一坐标系和所述第二坐标系均为三维坐标系，所述执行图像为三维图像。
2.如权利要求1所述的用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，所述主设备包括可旋转基座。
3.如权利要求1所述的用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，所述主设备用于获取所述主设备根据用户对所述主设备的移动对应的运动矢量。
4.如权利要求3所述的用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，所述主设备根据所述运动矢量得到对应的控制量，并根据所述控制量控制所述机械臂移动。
5.如权利要求1所述的用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，所述机械臂包括若干关节。
6.如权利要求5所述的用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，所述关节的数量为大于等于5。
7.如权利要求1所述的用于核电站的检查维护机器人，其特征在于，所述摄像头设置于所述末端执行器的上方。
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