一种耐辐照动力机械手控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种耐辐照动力机械手控制系统，包括中央控制器和子控制系统，子控制系统包括行车运动控制系统、机械臂运动控制系统、工具换装控制系统和遥操作控制系统；中央控制系统与子控制系统通信相连；行车运动控制系统包括行车控制器、伺服系统和传感器系统；机械臂运动控制系统包括机械臂控制器、示教器和机械臂伺服系统；工具换装控制系统包括工具换装控制器、工业相机和快换装置；遥操作控制系统包括遥操作控制器、主手传感器和深度相机，采用“集中管理、分散控制”的控制模式有效实现耐辐照动力机械手控制。

An radiation resistant power manipulator control system

The invention discloses a control system of radiation resistant power machinery, including the central controller and sub control system, sub control system includes vehicle motion control system, motion control system, tool changing control system and remote control system; communication control system connected to the central control system and motion control system including driving; driving controller the servo system and the sensor system; manipulator motion control system including manipulator controller, teaching device and manipulator servo system; tool changing control system includes a tool changing controller, industrial camera and quick change device; a remote control system including teleoperation controller, sensor and main hand depth camera, using a centralized control mode decentralizedcontrolquot effective radiation resistant power manipulator control.

【技术实现步骤摘要】
一种耐辐照动力机械手控制系统
本专利技术涉及控制
，具体涉及一种用于耐辐照动力机械手的控制系统。
技术介绍
耐辐照动力机械手是核退役及放射性废物处理过程中的核心设备。中国是核电大国，伴随着核电的发展和核设施退役的推进，我国对耐辐照动力机械手的需求日益增加。目前国内使用的耐辐照动力机械手均为国外进口产品。现有动力机械手的运动控制采用位置开环控制方式，无法快速精确控制末端工具达到指定位姿；前端的多关节机械臂采用单轴点动控制方式，无法实现多轴联动控制；采用局部图像辅助人工完成工具换装，换装效率低下；工具末端无力和距离传感装置，导致操作人员临场感较低，降低了操作效率。综上所述，现有耐辐照动力机械手的控制系统自动化程度较低，使得现有动力机械手的远程操作效率较低。
技术实现思路
本专利技术针对现有耐辐照动力机械手系统自动化程度较低、远程作业效率较低等问题，采用伺服运动控制技术提高行车运行精度、采用多关节联动控制技术提高机械臂控制效率、采用机器视觉技术提高工具换装效率、采用末端力传感和主手力反馈技术提高作业临场感，从而提高中、低剂量辐射环境中的远程作业效率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，其特征在于：包括中央控制器和子控制系统，子控制系统包括行车运动控制系统、机械臂运动控制系统、工具换装控制系统和遥操作控制系统；中央控制系统与子控制系统通信相连；行车运动控制系统包括行车控制器、伺服系统和传感器系统；机械臂运动控制系统包括机械臂控制器、示教器和机械臂伺服系统；工具换装控制系统包括工具换装控制器、工业相机和快换装置；遥操作控制系统包括遥操作控制器、主手传感器和深度相机。所述中央控制系统与子控制系统之间是通过EtherCAT工业以太网实现通信相连的。所述行车运动控制系统，行车动控制器通过数据通信总线与伺服系统进行信息交互，通过数字和/或模拟模块采集传感器系统的信息，实现对机械手行车空间位置精确控制。所述机械臂运动控制系统，包括全局环境监控摄像头、末端监控摄像头、带有示教器的中央控制器和前端带有主手的机械臂；主手具有力反馈装置，主手与中央控制器通过以太网数据通信，全局环境监控摄像头和末端监控摄像头通过以太网实现数据交互，并将采集的视频数据在中央控制器的示教器上显示，机械臂通过TCP/IP协议与中央控制器数据相连；机械臂控制器通过数据通信总线与机械手的机械臂伺服系统通讯相连，通过示教总线与示教器进行通讯，实现机械臂单关节点动和多关节联动控制；操作人可通过示教器对机械臂进行编程控制。所述工具换装控制系统，工具换装控制器通过工业相机采集工具搁架上的靶标图像信息，经过图像处理获取工具母盘与公盘之间的位姿误差，并以此误差作为为输入值，经过控制算法计算得到机械臂末端目标位姿，进而通过中央控制器控制机械臂到达上述目标位姿，实现工具对中及趋近控制。所述工业相机包括安装于机械臂末端的面阵工业相机和照明光源。所述遥操作控制系统，遥操作控制器通过遥操作总线与机械手的主手通讯相连，通过通信总线采集主手传感器信息，并通过网络采集深度相机的图像及深度信息。所述深度相机包括设置在机械手运动空间的顶部的全局环境监控摄像头和设置在机械臂腕关节处的末端监控摄像头。本专利技术的有益效果如下：一、本专利技术提供的一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，采用伺服运动控制技术提高行车运行精度和动力机械手的位姿控制精度，采用多关节联动控制技术提高机械臂控制效率，采用机器视觉技术提高工具换装效率，采用末端力传感和主手力反馈技术提高作业临场感，采用遥操作控制系统增强了动力机械手操作人员的临场感从而提高中、低剂量辐射环境中的远程作业效率。二、本专利技术提供的一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，EtherCAT工业以太网通信稳定扩展性强，支持EtherCAT的设备范围更广，方便系统扩展。三、本专利技术提供的一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，可通过视屏的实时显示对机械臂进行操作，中央控制器对全局环境监控摄像头和末端监控摄像头检测到的主手活机械臂的位姿数据转换计算实现检测系统数据与主手、机械臂实际位置数据的换算保证控制精度，也将机械臂动作状态视屏化展现在操作者眼前，实现第一视角操作的环境，同时主手上还设置有力反馈装置，实时向操作者反馈力数据，增强操作感，使操作者身临其境，更好操作，也使得一些操作者不能直接接触的特殊使用环境中对机械臂的操作更为便利；增加了主手按钮控制机械臂腕部关节处的伸缩，扩展了多自由度主手在核工业领域的运动方式，推进了工业机械臂在核工业领域的应用。附图说明图1是本专利技术一种优选方案的系统总框图；图2是本专利技术一种优选方案的行车运动控制系统框图；图3是本专利技术一种优选方案的机械臂运动控制系统框图；图4是本专利技术一种优选方案的多关节联动控制流程图；图5是本专利技术一种优选方案的机械臂结构图；图6是本专利技术一种优选方案的工具换装控制流程图。具体实施方式以下通过几个具体实施例来进一步说明为实现本专利技术目的的技术方案，需要说明的是，本专利技术所要求保护的技术方案包括但不限于以下实施例。实施例1如图1至图6，一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，包括中央控制器和子控制系统，子控制系统包括行车运动控制系统、机械臂运动控制系统、工具换装控制系统和遥操作控制系统；中央控制系统与子控制系统通信相连；行车运动控制系统包括行车控制器、伺服系统和传感器系统；机械臂运动控制系统包括机械臂控制器、示教器和机械臂伺服系统；工具换装控制系统包括工具换装控制器、工业相机和快换装置；遥操作控制系统包括遥操作控制器、主手传感器和深度相机。这是本专利技术一种最基本的实施方案。采用伺服运动控制技术提高行车运行精度和动力机械手的位姿控制精度，采用多关节联动控制技术提高机械臂控制效率，采用机器视觉技术提高工具换装效率，采用末端力传感和主手力反馈技术提高作业临场感，采用遥操作控制系统增强了动力机械手操作人员的临场感从而提高中、低剂量辐射环境中的远程作业效率。实施例2如图1至图6，一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，包括中央控制器和子控制系统，子控制系统包括行车运动控制系统、机械臂运动控制系统、工具换装控制系统和遥操作控制系统；中央控制系统与子控制系统通信相连；行车运动控制系统包括行车控制器、伺服系统和传感器系统；机械臂运动控制系统包括机械臂控制器、示教器和机械臂伺服系统；工具换装控制系统包括工具换装控制器、工业相机和快换装置；遥操作控制系统包括遥操作控制器、主手传感器和深度相机；所述中央控制系统与子控制系统之间是通过EtherCAT工业以太网实现通信相连的；所述行车运动控制系统，行车动控制器通过数据通信总线与伺服系统进行信息交互，通过数字和/或模拟模块采集传感器系统的信息，实现对机械手行车空间位置精确控制；所述机械臂运动控制系统，包括全局环境监控摄像头、末端监控摄像头、带有示教器的中央控制器和前端带有主手的机械臂；主手具有力反馈装置，主手与中央控制器通过以太网数据通信，全局环境监控摄像头和末端监控摄像头通过以太网实现数据交互，并将采集的视频数据在中央控制器的示教器上显示，机械臂通过TCP/IP协议与中央控制器数据相连；机械臂控制器通过数据通信总线与机械手的机械臂伺服系统通讯相连，通过示教总线与示教器进行通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，其特征在于：包括中央控制器和子控制系统，子控制系统包括行车运动控制系统、机械臂运动控制系统、工具换装控制系统和遥操作控制系统；中央控制系统与子控制系统通信相连；行车运动控制系统包括行车控制器、伺服系统和传感器系统；机械臂运动控制系统包括机械臂控制器、示教器和机械臂伺服系统；工具换装控制系统包括工具换装控制器、工业相机和快换装置；遥操作控制系统包括遥操作控制器、主手传感器和深度相机。

【技术特征摘要】
1.一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，其特征在于：包括中央控制器和子控制系统，子控制系统包括行车运动控制系统、机械臂运动控制系统、工具换装控制系统和遥操作控制系统；中央控制系统与子控制系统通信相连；行车运动控制系统包括行车控制器、伺服系统和传感器系统；机械臂运动控制系统包括机械臂控制器、示教器和机械臂伺服系统；工具换装控制系统包括工具换装控制器、工业相机和快换装置；遥操作控制系统包括遥操作控制器、主手传感器和深度相机。2.如权利要求1所述的一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，其特征在于：所述中央控制系统与子控制系统之间是通过EtherCAT工业以太网实现通信相连的。3.如权利要求1所述的一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，其特征在于：所述行车运动控制系统，行车动控制器通过数据通信总线与伺服系统进行信息交互，通过数字和/或模拟模块采集传感器系统的信息，实现对机械手行车空间位置精确控制。4.如权利要求1所述的一种用于耐辐照动力机械手的控制系统，其特征在于：所述机械臂运动控制系统，包括全局环境监控摄像头、末端监控摄像头、带有示教器的中央控制器和前端带有主手的机械臂；主手具有力反馈装置，主手与中央控制器通过以太网数据通信，全局环境监控摄像头和末端监控摄像头通过以太网实现数据交互，并将采...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏清平，凌乐，陈远强，刘丝丝，周东，莫堃，董娜，于信宾，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51