【摘 要】
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核用破拆机器人是一种通过遥控控制液压驱动的核工业特种机器人,可根据核设施退役拆除的任务需求配备不同的属具,代替作业人员进入放射性环境进行废物处理与破拆任务,是目前核设施退役与核应急安全救援领域的重要装备。现有核用破拆机器人在进行属具的换装时,需遥控机器人返回安全区域进行去污洗消,再采用人工换装或遥控换装的方式完成属具换装。这种属具换装方式降低了工作效率,不利于核设施退役工程项目成本的控制。针对以上
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核用破拆机器人是一种通过遥控控制液压驱动的核工业特种机器人,可根据核设施退役拆除的任务需求配备不同的属具,代替作业人员进入放射性环境进行废物处理与破拆任务,是目前核设施退役与核应急安全救援领域的重要装备。现有核用破拆机器人在进行属具的换装时,需遥控机器人返回安全区域进行去污洗消,再采用人工换装或遥控换装的方式完成属具换装。这种属具换装方式降低了工作效率,不利于核设施退役工程项目成本的控制。针对以上问题,本文对核用破拆机器人属具远程快速换装关键问题进行研究,实现破拆机器人在放射性作业现场即时进行属具远程快速换装,具体研究内容如下:（1）针对核用破拆机器人运动学建模进行研究。采用改进型D-H参数法分析破拆机器人连杆参数,建立破拆机器人坐标系,重点对破拆机器人正运动学方程与逆运动学方程进行分析并求解,实现机器人末端快换装置对接点坐标系姿态的获取。（2）研究基于视觉定位的破拆机器人属具姿态测量方法。研究分析视觉定位标签的原理,采用定位标签黑色外边缘的顶点计算单应矩阵,并通过单应矩阵与相机外参矩阵的关系计算定位标签的姿态。通过在破拆机器人属具边缘粘贴视觉定位标签进行定位,采用单目工业相机完成对属具姿态的测量与可视化显示。（3）研究破拆机器人属具换装误差补偿方法。分析破拆机器人属具换装过程中误差的产生。通过引入误差补偿参考坐标系,提出一种以参考坐标系为基准的属具换装误差补偿方法,编制误差补偿程序,通过理论计算与实验验证的方式验证属具换装误差补偿方法的有效性,满足属具换装精度要求。（4）针对核用破拆机器人属具换装轨迹规划进行研究。提出破拆机器人单关节运动属具换装方法,确保换装过程中机器人末端快换装置坐标系轨迹与属具对接点坐标系轨迹之间的距离误差最小,编制破拆机器人属具换装轨迹规划算法程序。对比实验研究结果表明,采用轨迹规划进行破拆机器人属具远程换装方法可减少46%的总时间消耗。（5）开发核用破拆机器人属具快速换装可视化系统。构建破拆机器人URDF模型,将破拆机器人正运动学方程、属具姿态的视觉测量方法、属具误差补偿方法与属具换装轨迹规划等进行统一与整合,构建破拆机器人属具快速换装可视化程序包,并应用到实际的破拆机器人上。论文对核用破拆机器人属具远程快速换装关键问题进行研究,研究成果可实现破拆机器人在放射性作业现场即时地完成属具遥控换装,有利于提高破拆机器人在核设施退役工作中的作业效率与安全性,降低核设施退役工程项目的成本。
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