[发明专利]工作在核聚变舱中的视觉观测机构及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于核环境遥操纵机器人及自动化技术领域，更具体地说是涉及一种工作在核聚变舱中的视觉观测机构及控制方法。

背景技术

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，其中央是一个外面缠绕着线圈的环形真空室；在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。全托卡马克装置的内部舱体一般被称为核聚变反应舱，作为当代核能源产生和制备的核心载体，其内部环境属于一种典型极端环境，一方面具有强辐射、高温、强磁场以及高真空等物理特点，另一方面，反应舱内部设备众多，管道错综复杂，通道狭隘，工作空间小，再加上舱内的某些部件会受到放射性和有毒物质的污染，即使在设备的维护保养期间维护人员也不能或不宜直接对反应舱内部相关部件进行操作，因此需要借助于舱外遥操纵手段，通过一种智能型机电设备替代人类进入舱内完成相应的作业任务。为了应对反应舱内部的恶劣环境，保证核聚变反应堆的正常工作秩序，需要研制一种面向核聚变反应舱环境的视觉观测机构，用来执行反应舱内部件的日常观测、侦察和巡检等对各种状态信息的采集、处理、表示和识别等任务，监视核聚变反应堆的具体工作情况，以便为异常情况出现时采取相应的决策提供依据。

目前国内外对于工作在核聚变舱中的视觉观测机构的公开报道为数不多。荷兰爱思唯尔(Elsevier)科学出版公司出版的《聚变工程与设计》(Fusion Engineering and Design，83(2008)，pp:1833–1836.)中公开了一种Articulated Inspection Arm(AIA)机器人，属是一种为实现核聚变舱中视觉观测的悬空式机器人行走机构，在其行走机构中采用五个关节的模块化设计，每个关节处分别有一个俯仰自由度和一个偏转自由度，偏转运动由安装在模块内的驱动电机提供，俯仰运动由平行四边形杆内的螺旋千斤顶处的电机提供，各电机输出轴的运动通过钢索传递至大角度回转关节索轮处，带动机器人各模段之间产生相对回转运动，该机器人可在核聚变舱物理实验的间歇期内进入舱内移动，对真空室第一壁进行近距离视觉观测，监测全托卡马克装置在运行期间真空室内的工作情况；但由于该机器人采用悬臂式结构，一方面其动力驱动装置分别集成在各机械臂关节内部，增加了机器人关节臂的重量，加大了机器人末端支撑装置的承载负担，使得机器人总体尺寸不宜过长，从而限制了机器人在核聚变舱内的进行视觉探测的活动范围；另一方面由于该机器人各关节行走机构的回转运动需要各自驱动装置同步协调控制，步态轨迹较难精准规划,且受机械臂自重的干扰，机器人前端探测装置在运行过程中容易出现抖动现象，影响了系统的定位精度和运动稳定性。

中国专利申请CN102233575A公开的一种用于核辐射环境下的小型应急救援及探测机器人，其行走机构采用履带式底盘，驱动电机放置在底盘中部，通过链条驱动履带运行，底盘前端设有四自由度机械手，伽马相机及成像系统位于机器人后部，可以对核环境下的辐射强度和方位进行探测，并通过机器人机械臂进行应急处理；该机器人的行走机构虽然具备一定的通过能力，可用于核聚变舱外围的一些非结构化环境，但仍然无法在几何构造条件苛刻的核聚变舱内部空间运行，限制了其使用范围。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种工作在核聚变舱中的视觉观测机构及控制方法，以克服现有技术中悬臂式方案所造成的对核聚变舱内部空间探测范围及定位精度有限并且运行不稳定等缺陷，使其运动轨迹可遍及整个核聚变舱底部的大双环形槽道，运动步态类似蠕虫行走，运行稳定性好且控制简单，搭载视觉观测云台实现对核聚变舱内部空间三个自由度的全方位视觉信息采集，以期降低机器人行走机构本体对承载能力的要求，改善核环境遥操纵机器人平台对核聚变舱内部结构化特定环境的运动适应性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明工作在核聚变舱中的视觉观测机构的结构特点是：由前体节侧向定位模块与后体节侧向定位模块在中体节轴向运动模块的两端对称设置构成行走机构；