CN111015686A - 拉力拆解移动机器人及其拉力拆解回收***与控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拉力拆解移动机器人及其拉力拆解回收***与控制方法，属于机器人领域。该拉力拆解移动机器人包括第一视觉定位单元和可控移动本体，可控移动本体上安装有夹持单元、控制单元和至少两个千斤顶；可控移动本体包括第一基座，夹持单元包括第一安装座，第一安装座底部铰接有两个第一钩爪，两个第一钩爪之间通过调节两者之间夹角的第一调节件连接，第一安装座与第一基座之间通过调节两者之间间距的第二调节件连接；控制单元分别与第一调节件、第二调节件、第一视觉定位单元、千斤顶、可控移动本体、无线通信模块连接；千斤顶的伸缩端与可控移动本体的移动平面垂直。

Description

拉力拆解移动机器人及其拉力拆解回收***与控制方法

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种拉力拆解移动机器人及其拉力拆解回收***与控制方法。

背景技术

在核能工业发展及核技术利用的过程中，人类新建了许多用于科研、医疗和发电等用途的设施，这些设施满足了国防和国民经济发展的需求，但在核能工业及核技术利用发展的过程中势必会对环境造成或大或小的影响。核能及核技术的利用应当把避免环境破坏和降低对公众的影响作为发展的前提，为此，在利用核能的同时，制定了相应的补偿模式，即通过核退役对环境进行补偿。核设施退役为了充分考虑工作人员和公众的健康与安全及环境保护，最终目的是使现场址不受限制的开发和使用，尽可能将环境恢复到最初的状态。

目前核退役中对核设施废料的拆除过程中，普遍需要对地下检修平台进行拆除。地下检修平台普遍为不锈钢材质，由多块长方形检修板拼接胡焊接而成，检修板上开设有呈阵列分布的通孔，检修板四角存在半圆柱卡槽，搭设在管道或墙体上。同时目前普遍通过遥操作控制的核机器人直接对地下检修平台进行拉拽分离后回取，但是这种直接拉拽的方式无法提供足够的拉力拆解部分地下检修平台。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种拉力拆解移动机器人及其拉力拆解回收***与控制方法，其提供的拉力大于直接拉拽方式提供的拉力，从而能够适用于拆解更多的地下检修平台。

为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种拉力拆解移动机器人，其包括第一视觉定位单元和可控移动本体，可控移动本体上安装有夹持单元、控制单元和至少两个千斤顶；

可控移动本体包括第一基座，夹持单元包括第一安装座，第一安装座底部铰接有两个第一钩爪，两个第一钩爪之间通过调节两者之间夹角的第一调节件连接，第一安装座与第一基座之间通过调节两者之间间距的第二调节件连接；

控制单元分别与第一调节件、第二调节件、第一视觉定位单元、千斤顶、可控移动本体、无线通信模块连接；千斤顶的伸缩端与可控移动本体的移动平面垂直。

进一步地，第一视觉定位单元包括安装在第一安装座底部的第一相机，第一相机的镜头前安装有具有两个孔体的视觉参考件。

进一步地，第一调节件包括其两端分别与第一钩爪铰接的第一电动推杆，第一电动推杆与控制单元连接。

进一步地，第二调节件包括第一安装座顶部安装的第一导向杆和位于第一导向杆两侧的两个第二导向杆，第一导向杆和第二导向杆均贯穿第一基座，延伸至第一基座外的第一导向杆上安装有防脱凸起，位于第一基座与第一安装座之间的第一导向杆上安装有第一凸起；第一基座顶部安装有与防脱凸起配合的限位件，第一基座上安装有第一电机，第一电机的输出端上安装有与第一凸起配合的凸轮。

进一步地，可控移动单元包括分别通过一第二电机安装在第一基座底部的4个麦克纳姆轮。

第二方面提供一种拉力拆解回收***，其包括本方案提供的拉力拆解移动机器人、具有抓手和第二视觉定位单元的机械臂以及与拉力拆解移动机器人和机械臂配合的遥控操作端。

进一步地，抓手包括安装在机械臂末端的第二安装座，第二安装座底部安装有两个平行的滑轨，滑轨上安装有两个滑块，滑块上安装有锁紧件，滑块上铰接有第二钩爪，位于不同滑轨上的两个第二钩爪之间通过调节两者之间夹角的第三调节件连接，所有第三调节件相互平行；第二视觉定位单元包括安装在第二安装座底部的第二相机。第三方面，提供一种基于本方案提供的拉力拆解回收***的控制方法，其包括：

S1、将拉力拆解移动机器人移动至设定位置；

S2、基于第一视觉定位单元控制可控移动本体移动至目标位置，使两个第一钩爪分别对准检修平台上的检修板上的两个通孔；

S3、第二调节件调节第一安装座与第一基座之间的距离为第一设定距离，使两个第一钩爪分别贯穿一通孔；

S4、控制第一调节件缩小两个第一钩爪之间的夹角至第一设定夹角，使两个钩爪夹持住检修板；

S5、控制千斤顶伸缩端伸出，使检修板与检修平台骨架分离；

S6、控制千斤顶伸缩端缩回，之后扩大两个第一钩爪之间的夹角至第二设定夹角，使检修板与拉力拆解移动机器人脱离，并调节第一安装座与第一基座之间的距离为第二设定距离，第二设定距离小于第一设定距离；

S7、改变目标位置并重复执行步骤S2-S6设定次数，完成所有检修板与检修平台骨架的分离；

S8、将拉力拆解移动机器人移动至初始位置；

S9、基于机械臂回取所有已经分离的检修板。

进一步地，基于第一视觉定位单元控制可控移动本体至目标位置的方法进一步包括：

控制单元基于第一视觉定位单元和视觉伺服算法控制可控移动本体至目标位置。

进一步地，控制单元基于第一视觉定位单元和视觉伺服算法控制可控移动本体至目标位置的方法进一步包括：

采集目标位置的图像；

接收图像，并对图像进行处理得到图像中目标位置的位置信息，并依据位置信息生成控制指令发送给可控移动本体；

根据控制指令进行移动，使得可控移动本体移动至目标位置。

本发明的有益效果为：

基于拉力拆解移动机器人中两个第一钩爪、第一调节件和第二调节件的设置，并利用检修平台上同一检修板上的两个通孔实现对该检修板的夹持，进而利用千斤顶实现对该检修板的拉力拆解，如此完成检修平台中所有检修板的拉力拆解。其能够提供的拉力大于直接拉拽方式能够提供的拉力，从而能够适用于拆解更多的地下检修平台。

附图说明

图1为具体实施例中拉力拆解移动机器人的正视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的仰视图；

图4为图1的侧视图；

图5为沿图4中A-A线的剖视图；

图6为图1中第一安装座的右视图；

图7为图6的结构示意图；

图8为另一实施例中拉力拆解移动机器人的正视图；

图9为图8的仰视图；

图10为具体实施例中机械臂的正视图；

图11为图10的结构示意图；

图12为沿图10中B-B线的剖视图；

图13为图10的左视图；

图14为沿图13中C-C线的剖视图；

图15为具体实施例中视觉参考件的结构示意图；

图16为通孔与孔***置关系示意图。

其中，1、限位件；2、第一基座；3、吊环；4、第一电动推杆；5、第一钩爪；6、麦克纳姆轮；7、千斤顶；8、第一相机；9、防脱凸起；10、第二导向杆；11、凸轮；12、第一安装座；13、第一凸起；14、第一电机；15、防护罩；16、第二基座；17、第一驱动件；18、第一驱动座；19、第一伺服电机；20、第一减速机；21、连杆传动轴；22、连杆；23、第二安装座；24、滑轨；25、第二钩爪；26、第二电动推杆；27、第一子机械臂；28、第二伺服电机；29、第二减速机；30、第二相机；31、第二安装法兰；32、轴承套；33、视觉参考件；34、孔体；35、通孔。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，本领域技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图4所示，该拉力拆解移动机器人包括第一视觉定位单元和可控移动本体，可控移动本体上安装有夹持单元、控制单元和至少两个千斤顶7；可控移动本体包括第一基座2。

如图5至图7所示，夹持单元包括第一安装座12，第一安装座12底部铰接有两个第一钩爪5，两个第一钩爪5之间通过调节两者之间夹角的第一调节件连接，第一安装座12与第一基座2之间通过调节两者之间间距的第二调节件连接。

控制单元分别与第一调节件、第二调节件、第一视觉定位单元、千斤顶7、可控移动本体、无线通信模块连接；千斤顶7的伸缩端与可控移动本体的移动平面垂直。

实施时，本方案优选第一基座2顶部安装有4个吊环3，以便于将拉力拆解移动机器人吊装至设定位置。

如图5至图7所示，第一调节件包括其两端分别与第一钩爪5铰接的第一电动推杆4，所述第一电动推杆4与控制单元连接。电动推杆的调节精度较高，使得应用过程中对目标位置的定位更加精确和快捷。

如图5至图7所示，第二调节件包括第一安装座12顶部安装的第一导向杆和位于第一导向杆两侧的两个第二导向杆10，第一导向杆和第二导向杆10均贯穿第一基座2，延伸至第一基座2外的第一导向杆上安装有防脱凸起9，位于第一基座2与第一安装座12之间的第一导向杆上安装有第一凸起13；第一基座2顶部安装有与防脱凸起9配合的限位件1，第一基座2上安装有第一电机14，第一电机14的输出端上安装有与第一凸起13配合的凸轮11。其工作过程如下：第一电机14工作带动凸轮11转动，在凸轮11转动的过程中第一凸起13始终与凸轮11边缘最高点抵靠并位于凸轮11边缘上方，凸轮11转动带动第一凸起13上下运动，在该过程中，第一安装座12、第一钩爪5、第一导向杆和第二导向杆10与第一凸起13同步上下运动。为两个第一钩爪5与同一检修板上的两个通孔35的配合提供的基础。

如图1至图4所示，可控移动单元包括分别通过一第二电机安装在第一基座2底部的4个麦克纳姆轮6，通过第二电机带动4个麦克纳姆轮6移动从而带动第一第一基座2移动。

如图5至图7所示，第一视觉定位单元包括安装在第一安装座12底部的第一相机8，用于采集图像信息，第一相机8的镜头前安装有具有两个孔体34的视觉参考件33。

在另一实施例中，如图8至图9所示，第一安装座12底部底面安装有防护罩15，防护罩15底部开设有供第一钩爪5穿过和光线进入第一相机8的过孔。

第二方面，本方案还提供一种拉力拆解回收***，其包括本方案提供的拉力拆解移动机器人、具有抓手和第二视觉定位单元的机械臂以及与拉力拆解移动机器人和机械臂配合的遥控操作端。

实施时，如图10至图12所示，本方案优选抓手包括安装在机械臂末端的第二安装座23，第二安装座23底部安装有两个平行的滑轨24，滑轨24上安装有两个滑块，滑块上安装有锁紧件，滑块上铰接有第二钩爪25，位于不同滑轨24上的两个第二钩爪25之间通过调节两者之间夹角的第三调节件连接，所有第三调节件相互平行；第二视觉定位单元包括安装在第二安装座23底部的第二相机30。通过滑块、滑轨24和锁紧件实现同一滑轨24上的两个滑块之间间距的调节，进而使得在一定范围内，该抓手能够适用于不同阵列分布的检修板,也即检修板上通孔35的间距不同。其中，第三调节件包括其两端分别与对应第二钩爪25铰接的第二电动推杆26。

其中，锁紧件包括安装在滑块上的螺栓，螺栓的末端与滑轨24侧面抵靠配合实现锁紧，避免滑块相对滑轨24移动。第二相机30位于两个滑轨24之间的中心。

机械臂的自由度为3。如图10至图12所示，其中，机械臂包括第二基座16基座和通过第二基座16上安装的第一驱动件17绕第二基座16做水平旋转运动的第一驱动座18，第一驱动座18两侧分别安装有第一减速机20和第二减速机29，第一减速机20和第二减速机29上分别通过一第一安装法兰安装有第一伺服电机19和第二伺服电机28。

如图10至图13所示，第一减速机20的输出端通过第二安装法兰31与第一子机械臂27连接，第一子机械臂27具有容纳腔；第二减速机29的输出端通过一轴承套32与延伸至容纳外的连杆传动轴21连接，连杆传动轴21的另一端与连杆22铰接，连杆22；第一子机械臂27的末端和连杆22的末端均与第二安装座23顶部铰接。

其运动过程如下：第一伺服电机19工作带动第一减速机20的输出轴转动，过程中第二安装法兰31和第一子机械臂27与第一减速机20的输出轴同步转动，实现第一子机械臂27相对第一驱动座18做空间垂直平面内的摆动。第二伺服电机28工作带动第二减速机29的输出轴转动，过程中轴承套32和连杆传动轴21与第二减速机29的输出轴同步转动，实现连杆传动轴21相对第一驱动座18做空间垂直平面内的摆动或旋转，进而改变连杆22末端与第一子机械臂27末端之间的距离，从而改变第二安装座23与水平面之间的夹角，以便于实现已经分离的检修板的回收。

如图14所示，第一驱动件17的驱动方式为蜗轮蜗杆，蜗杆转动带动涡轮转动。

第三方面，本方案还提供一种本方案提供的拉力拆解回收***的控制方法，其包括：

S1、将拉力拆解移动机器人移动至设定位置。该设定位置位于步骤S2中目标位置的附近，也即拉力拆解移动机器人的粗定位，可以借助现场通常具有的地下监控***和第一相机8通过吊装的方式将拉力拆解移动机器人移动至该设定位置。也可以是借助现场的地下监控***、第一相机8和升降平台将拉力拆解移动机器人移动至该设定位置。

S2、基于第一视觉定位单元控制可控移动本体移动至目标位置，使两个第一钩爪5分别对准检修平台上的检修板上的两个通孔35；一般选择相邻的通孔35。也即实现拉力拆解移动机器人的精确定位。

S3、第二调节件调节第一安装座12与第一基座2之间的距离为第一设定距离，使两个第一钩爪5分别贯穿一通孔35。

S4、控制第一调节件缩小两个第一钩爪5之间的夹角至第一设定夹角，使两个钩爪夹持住检修板。

S5、控制千斤顶7伸缩端伸出，使检修板与检修平台骨架分离。

S6、控制千斤顶7伸缩端缩回，之后扩大两个第一钩爪5之间的夹角至第二设定夹角，使检修板与拉力拆解移动机器人脱离，并调节第一安装座12与第一基座2之间的距离为第二设定距离，所述第二设定距离小于第一设定距离。

S7、改变目标位置并重复执行步骤S2-S6设定次数，完成所有检修板与检修平台骨架的分离。

S8、将拉力拆解移动机器人移动至初始位置，也即将拉力拆解移动机器人移开，为后续机械臂回取已经分离的检修板提供空间。

S9、基于机械臂回取所有已经分离的检修板。

在一实施例中，如图15所示，视觉参考件33为其上设置有两个圆环的支架，圆环形成孔体34；基于第一视觉定位单元控制可控移动本体至目标位置的方法进一步包括：

控制单元基于第一视觉定位单元和视觉伺服算法控制可控移动本体至目标位置。其中，控制单元基于第一视觉定位单元和视觉伺服算法控制可控移动本体至目标位置的方法进一步包括：

第一视觉定位单元，用于采集目标位置的图像；

控制单元，用于接收图像，并对图像进行处理得到图像中目标位置的位置信息，并依据位置信息生成控制指令发送给可控移动本体；具体地,利用Hough圆检测，对图像进行处理得到目标位置处(也即待定位)的两个通孔35在图像中的位置，分别计算待定位两个通孔35中心与视觉参考件33上两个孔体34中心在X,Y方向的像素差后将其映射到X,Y方向上的实际距离差,然后根据X,Y方向的实际距离差生成相应控制指令，直至待定位两个通孔35中心与视觉参考件33上两个孔体34中心在X,Y方向上的实际距离差均小于设定阀值，以便于控制单元根据控制指令控制可控移动本体至目标位置。最终状态时，其待定位两个通孔35中心与视觉参考件33上两个孔体34中心的位置关系如图16所示。

可控移动本体，用于根据控制指令进行移动，使得可控移动本体移动至目标位置。

在另一实施例中，第一视觉定位单元为相机，基于第一视觉定位单元控制可控移动本体移动至目标位置的方法为通过第一相机的视觉辅助远程遥控可控移动本体移动至目标位置。

Claims (10)

1.拉力拆解移动机器人，其特征在于，包括第一视觉定位单元和可控移动本体，所述可控移动本体上安装有夹持单元、控制单元和至少两个千斤顶(7)；

所述可控移动本体包括第一基座(2)，所述夹持单元包括第一安装座(12)，所述第一安装座(12)底部铰接有两个第一钩爪(5)，两个第一钩爪(5)之间通过调节两者之间夹角的第一调节件连接，所述第一安装座(12)与第一基座(2)之间通过调节两者之间间距的第二调节件连接；

所述控制单元分别与第一调节件、第二调节件、第一视觉定位单元、千斤顶(7)、可控移动本体、无线通信模块连接；所述千斤顶(7)的伸缩端与可控移动本体的移动平面垂直。

2.根据权利要求1所述的拉力拆解移动机器人，其特征在于，所述第一视觉定位单元包括安装在第一安装座(12)底部的第一相机(8)，所述第一相机(8)的镜头前安装有具有两个孔体(34)的视觉参考件(33)。

3.根据权利要求1所述的拉力拆解移动机器人，其特征在于，所述第一调节件包括其两端分别与第一钩爪(5)铰接的第一电动推杆(4)，所述第一电动推杆(4)与控制单元连接。

4.根据权利要求1所述的拉力拆解移动机器人，其特征在于，所述第二调节件包括第一安装座(12)顶部安装的第一导向杆和位于第一导向杆两侧的两个第二导向杆(10)，所述第一导向杆和第二导向杆(10)均贯穿第一基座(2)，延伸至第一基座(2)外的第一导向杆上安装有防脱凸起(9)，位于第一基座(2)与第一安装座(12)之间的第一导向杆上安装有第一凸起(13)；所述第一基座(2)顶部安装有与防脱凸起(9)配合的限位件(1)，所述第一基座(2)上安装有第一电机(14)，所述第一电机(14)的输出端上安装有与所述第第一凸起(13)配合的凸轮(11)。

5.根据权利要求1-4任一所述的拉力拆解移动机器人，其特征在于，所述可控移动单元包括分别通过一第二电机安装在第一基座(2)底部的4个麦克纳姆轮(6)。

6.拉力拆解回收***，其特征在于，包括权利要求1-4任一所述的拉力拆解移动机器人、具有抓手和第二视觉定位单元的机械臂以及与拉力拆解移动机器人和机械臂配合的遥控操作端。

7.根据权利要求1所述的拉力拆解回收***，其特征在于，所述抓手包括安装在机械臂末端的第二安装座(23)，所述第二安装座(23)底部安装有两个平行的滑轨(24)，所述滑轨(24)上安装有两个滑块，所述滑块上安装有锁紧件，所述滑块上铰接有第二钩爪(25)，位于不同滑轨(24)上的两个第二钩爪(25)之间通过调节两者之间夹角的第三调节件连接，所有第三调节件相互平行；所述第二视觉定位单元包括安装在第二安装座(23)底部的第二相机(30)。

8.基于权利要求6或7所述的拉力拆解回收***的控制方法，其特征在于，包括：

S1、将拉力拆解移动机器人移动至设定位置；

S2、基于第一视觉定位单元控制可控移动本体移动至目标位置，使两个第一钩爪(5)分别对准检修平台上的检修板上的两个通孔(35)；

S3、第二调节件调节第一安装座(12)与第一基座(2)之间的距离为第一设定距离，使两个第一钩爪(5)分别贯穿一通孔(35)；

S4、控制第一调节件缩小两个第一钩爪(5)之间的夹角至第一设定夹角，使两个钩爪夹持住所述检修板；

S5、控制千斤顶(7)伸缩端伸出，使检修板与检修平台骨架分离；

S6、控制千斤顶(7)伸缩端缩回，之后扩大两个第一钩爪(5)之间的夹角至第二设定夹角，使检修板与拉力拆解移动机器人脱离，并调节第一安装座(12)与第一基座(2)之间的距离为第二设定距离，所述第二设定距离小于第一设定距离；

S7、改变目标位置并重复执行步骤S2-S6设定次数，完成所有检修板与检修平台骨架的分离；

S8、将拉力拆解移动机器人移动至初始位置；

S9、基于机械臂回取所有已经分离的检修板。

9.根据权利要求8所述的拉力拆解回收***的控制方法，其特征在于，基于第一视觉定位单元控制可控移动本体至目标位置的方法进一步包括：

控制单元基于第一视觉定位单元和视觉伺服算法控制可控移动本体至目标位置。

10.根据权利要求9所述的拉力拆解回收***的控制方法，其特征在于，控制单元基于第一视觉定位单元和视觉伺服算法控制可控移动本体至目标位置的方法进一步包括：

采集目标位置的图像；

接收所述图像，并对图像进行处理得到图像中目标位置的位置信息，并依据位置信息生成控制指令发送给可控移动本体；

根据控制指令进行移动，使得可控移动本体移动至目标位置。

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