辐射环境下遥操作机器人防撞系统设计.pdfVIP

中国核科学技术进展报告第二卷 辐射防护分卷 年 月 辐射环境下遥操作机器人防撞系统的设计 石正坤 刘满禄 谢 云 中国工程物理研究院核物理与化学研究所四川 绵阳 西南科技大学四川 绵阳 摘要针对利用 机器人进行放射性污染远距离测量和机械剥离去污的需求设计了一种适合遥操作机器人搭 载的防撞系统以辅助操作人员安全完成作业任务系统综合考虑 型机器人的本体结构特点选取合理 的传感器安装位置利用超声波传感器 探测环境障碍物 作为系统的 实现了多路 环境障碍物距离信息实时检测与反馈危险距离声光报警经验证此系统满足遥操作机器人防撞系统实时性稳定 性的需求 关键词遥操作机器人超声波传感器防撞系统 随着经济社会的快速发展核技术的综合应用给人类社会带来巨大的经济和社会效益但由于 核辐射对人体的致命伤害以及核辐射事故及核辐射恐怖事件具有的突发性对社会安全和国家政治 经济构成极大危害容易造成社会恐慌美国三哩岛苏联切尔诺贝利核事故以及日本福岛核电站泄 漏事件带来的危险环境后续关键处置作业技术将关系到核安全核技术及社会经济的可持续发展 因此在核工业科研生产放射性废物处理处置乏燃料利用及核设施退役中急需高可靠耐辐照 的机器人监测预警作业与应急处置系统而传统的遥控操作机器人过分依赖人的感官来感知环 境具有很大的局限性 尤其在核环境下因操作失误机器人系统碰撞带来的原件损毁等事故 后果不堪设想 本文以 机器人为平台进行放射性污染远距离测量和机械剥离去污的需求为背景结合 机器人本体结构特点设计了一种可以加载在遥操作机器人上的防撞系统辅助操作人员进一步感知 环境信息避免在操作过程中对环境造成破坏或者损害机器人系统本身 本文利用 型机器人原有结构在进行抗辐射设计基础上通过增加高精度超声传感 器和碰撞检测电路来避免机器人与作业环境碰撞解决原机器人缺乏碰撞检测的不足达到维持作业 环境原貌并保护机器人自身携带昂贵探测设备的目的实验证明该防撞系统可有效避免机器人与环 境发生的碰撞其检测盲区 响应时间 防撞系统的总体设计 系统主要分为前端超声波测距系统和控制台警示系统两部分总体设计思路如图 所示前段 超声波测距系统主要在机器人本体机械臂及工具头关键位置安装超声波传感器实时探测机器人周 边环境以确定机器人的位置控制台实现友好的交互式声光警示以提醒操作人员机器人处于危险 区域 全面考虑机器人操作速度和操作人员反应时间防撞系统需满足检测距离精确响应时间快等条 件本设计预期指标如下 检测距离 检测盲区 覆盖范围包括机器人本体 度机械臂 支节臂工具头 响应时间