[发明专利]一种基于多关节机械臂的安全控制系统和方法

说明书

本发明具体涉及一种基于多关节机械臂的安全控制系统，包括带电工况的保护系统、失电工况的保护系统及任何工况下的保护系统；所述带电工况的保护系统在带电工况下对多关节机械臂相应关节进行接近开关限位保护、电机过载保护、电机力矩过大保护、异常状态急停保护、软件限位保护以及安全电子围栏保护；所述失电工况的保护系统在失电工况下对多关节机械臂相应关节进行失电保持保护；所述任何工况下的保护系统在任何工况下对多关节机械臂相应关节进行机械限位保护。本发明的基于多关节机械臂的安全控制系统，保证多关节机械臂本体在蒸汽发生器内安全高效运行。

技术领域

本发明涉及核工业机器人技术领域，特别是涉及一种基于多关节机械臂的安全控制系统和方法。

背景技术

核电站换料大修期间，需要通过一次侧高水位堵板对蒸汽发生器主管道进行隔离，可保证核电站高水位时可同时进行蒸汽发生器内的其他检修工作，节省大修时间。目前一次侧高水位堵板的安装和拆除普遍采取人工操作的方式实现。蒸汽发生器内属于高辐射区域，且空间相对密闭、狭窄，在人工拆装一次侧高水位堵板过程中，存在人员受照剂量大，安装质量受人因因素影响较大的问题，国内已出现多起因人员安装质量导致一回路水大量泄露，造成核岛大面积放射性污染，因此国内外很多研究单位已经开始研究用多关节机械臂完成容器内部的工作。

由于多关节机械臂结合了多自由度机械链路结构、伺服驱动技术、远程实时操控技术、运动学解析等方法，且工况复杂、信号较多、目标位数量较多，受辐射干扰、人员误操作、系统逻辑异常等影响，可能引起以下安全事故：

(1)由于各种干扰造成程序跑飞，机械臂不按规定指令动作，与容器内壁发生碰撞；

(2)电机惯性过大，机械臂动作超出安全范围，使机械臂本体产生卡死；

(3)电气元件的老化、损坏产生错误信号，导致机械臂误动作产生机械碰撞；

(4)人员误操作导致机械碰撞。

发明内容

基于此，有必要针对多关节机械臂存在的上述问题，提供一种基于多关节机械臂的安全控制系统和方法，保证多关节机械臂本体在蒸汽发生器内安全高效运行。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于多关节机械臂的安全控制系统，包括带电工况的保护系统、失电工况的保护系统及任何工况下的保护系统；所述带电工况的保护系统在带电工况下对多关节机械臂相应关节进行接近开关限位保护、电机过载保护、电机力矩过大保护、异常状态急停保护、软件限位保护以及安全电子围栏保护；所述失电工况的保护系统在失电工况下对多关节机械臂相应关节进行失电保持保护；所述任何工况下的保护系统在任何工况下对多关节机械臂相应关节进行机械限位保护。

进一步地，所述多关节机械臂是将传统的六转动副关节机器人中的将第四关节替换为滑动副，包括第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，所述第一关节、第二关节和第三关节依次连接组成球铰关节，所述第五关节和第六关节连接组成腕关节，所述球铰关节和腕关节通过第四关节滑动副连接。

进一步地，所述带电工况的保护系统包括接近限位开关、急停装置、力矩过大及过载保护装置、软件限位装置和安全电子围栏；

所述多关节机械臂的各关节均配置接近限位开关，触发关节上的接近限位开关，所述带电工况的保护系统控制相应关节上的电机停止运行并发出报警信号，防止误碰撞；

所述急停装置设置在安全控制系统的操作端，当出现异常时，按下急停装置，所述带电工况的保护系统控制整个多关节机械臂停止运行，防止事故扩大；

所述力矩过大及过载保护装置监控多关节机械臂的各关节电机电流及扭矩，当关节上的电机电流及扭矩超出安全范围，所述带电工况的保护系统控制相应关节上的电机停止运行并发出报警信号，防止误碰撞；