探针引导制造技术

本发明专利技术提供了用于将超冗余机械手探针改进地引导到受限空间中的技术，该技术利用了探针所插入的空间的已知特性来增加探针的路径的计算效率。本发明专利技术的实施例通过优化函数来实现这一点，该优化函数确定新定向，其最小化以下各项之间的偏差：a）探针上的探针开始跟随受限空间内限定的曲线的点和初始点，和b）探针的远端和所述限定的曲线。

【技术实现步骤摘要】
探针引导
本公开涉及探针和引导探针的方法。特别地但非排他地涉及例如用于检查目的引导探针，探针为超冗余机械手。
技术介绍
诸如燃气涡轮引擎的复杂机器通常在其结构内具有难以进入的区域，在该区域中人不可能视觉地检查或执行维修，或者甚至不可能利用简单的手持探针检查或到达。由于机器结构的复杂性和保持完整性的期望，通常不可行的是移除阻止进入的部件，或构建进入口和检查点。例如，燃气涡轮引擎的燃烧室需要定期检查故障，但是在不进行复杂且昂贵的拆下的情况下，则只能由远程探针到达。在这种复杂或受限的环境中，超冗余机械手通常用于检查或最小侵入维修（以及其他任务），它们可以通过“蛇行”进入环境中。这些机械手具有大量的自由度，并且具有与触手或蛇类似的形态。常见的设计使用重复的关节结构，其可以或者是“连续的”（一个或多个柔性杆或弹簧）或者是“离散的”（一系列具有多个自由度的关节，由刚性臂元件连接）。因为这种机械手对于它们的灵活性和到达任何目的地的能力依赖于其移动的冗余性，所以对其运动的控制非常困难且计算上高度复杂，因为需要大量的逆运动学计算。导航这种机械手的一种方法是“尖端跟随”过程，例如如在Palmer,D.、Cobos-Guzman,S.和Axinte,D.的：“Real-timemethodfortipfollowingnavigationofcontinuumsnakearmrobots”，机器人与自主系统，2014年，第62卷，第（10）期，第1478-1485页（“Palmer等人”）中所述，其内容通过引用并入此处。在尖端跟随中，机器人臂在其进一步前进到空间中时尝试保持期望的路径（或先前行进的路径）。尖端跟随将臂的尖端作为自由移动的点。当此点沿期望的方向移动（前进或缩回）时，算法计算机械手的新布置，该布置可将尖端移动到新位置，同时最小化臂的其余部分与先前行进的路径的偏差。如果该算法可以进行得足够快，则可以“飞一样”完成尖端跟随，换句话说，就是随臂的移动完成尖端跟随。为了实现不间断的实时移动，该算法需要能够在不多于执行先前改变所花费的时间内确定臂的新布置。然而，即使是诸如以上参考文献中描述的优化的尖端跟随过程在计算上仍然非常复杂，以及因此在不部署大量计算资源的情况下，就可能难以以所需的速度完成必要的计算。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于探针的引导过程以及使用该过程的探针，其在计算上更有效。本专利技术的另一个目的是提供一种用于探针的引导过程以及使用该过程的探针，其在跟随期望的路径时可以更准确或精确。在其最广泛的意义上，本专利技术的方面提供了一种探针和引导该探针的方法，其利用了探针所插入的空间的已知特性。本专利技术的第一方面提供了一种用于在受限空间内部引导探针的方法，其中所述探针是超冗余机械手，其包括在受限空间内部可在近端和远端之间延伸的多个可独立定向的连接的段，所述方法包括以下步骤：确定：探针与预定曲线相交的初始点，所述预定曲线限定所述空间内的圆或部分圆；以及探针在受限空间的表面上的进入点与初始点之间的初始弯曲；并重复地：确定所述段的新定向，其导致远端前进到所述曲线上的新位置，确定新定向以便最小化以下各项之间的偏差：a）探针上的探针开始跟随所述曲线的点和初始点，和b）探针上的比探针开始跟随所述曲线的点更靠近远端的点和所述曲线；以及，将所述段的定向调整为所述新定向，并使探针前进以便使远端位于新位置。本专利技术的第二方面提供了一种用于进入受限空间的探针系统，所述探针系统包括：超冗余机械手，其具有可在近端和远端之间延伸的多个可独立定向的连接的段；和控制器，其中所述控制器被布置为通过以下步骤控制所述段的定向以便将所述远端定位在期望的位置中：确定：探针与预定曲线相交的初始点，所述预定曲线限定所述空间内的圆或部分圆；以及探针在受限空间的表面上的进入点与初始点之间的初始弯曲；并重复地：确定所述段的新定向，其导致远端前进到所述曲线上的新位置，确定新定向以便最小化以下各项之间的偏差：a）探针上的探针开始跟随所述曲线的点和初始点，和b）探针上的比探针开始跟随所述曲线的点更靠近远端的点和所述曲线；并且向机械手发送致动信号以便使得将所述段的定向调整为所述新定向，并使探针前进以便使远端位于新位置。本专利技术的另一方面提供了用于在执行以上第一方面的方法的计算机系统上运行的计算机程序。以上方面提供了一种用于在某些受限空间中引导探针的移动的新方法。这种方法利用空间的已知几何特性来减少所需的计算的复杂性，这可以继而导致计算和移动的增加的速度和/或引导的增加的准确性。以下可选和优选特征可以与以上方面中的任何一个组合使用，并且可与一些、全部或没有相应特征的任何组合组合。探针上的在b）中其偏差与曲线比较的点可以是探针的远端。优选地，确定新定向和调整机械手的步骤是实时地或基本实时地执行的。这里的“实时”是指，确定步骤所花费的时间量与调整步骤所花费的时间量相同或更少，或者换句话说，机械手的移动速度不受计算的约束，但是，它可以以受制于其自身的物理约束和/或任何由操作者可能施加的任何其他约束（例如，允许足够的时间用于期望的检查或动作）的速度移动。“基本上实时”是指，机械手的移动中由于确定步骤的执行而产生的滞后或停顿对操作者而言是不明显。探针可以在远端处携带末端受动器。将通常基于探针的期望的（多个）功能选择末端受动器。末端受动器可以是可互换的。例如，末端受动器可以包括诸如视觉系统的检测器（例如，相机），并且还可以包括可以照亮空间内部的照明源（诸如灯），以便允许检测器获得反射照明。尽管视觉系统大部分将在可见光谱中操作，但应理解，取决于探针所插入的空间以及使用探针的目的，可以使用在其他光谱（例如，热感相机）或电磁光谱（例如x-射线）的其他范围中操作的相机/记录设备和其他检测器。末端受动器可以包括不具有任何直接对应源的检测器。因为该源可以位于空间的外部，或者可以将检测器布置为检测来自空间自身的壁的辐射。如本领域中已知的，末端受动器可以替代地或附加地包括夹具、机械手、空气喷嘴、高速主轴等。这样的末端受动器可以用于与空间的壁或与空间内部的其他对象相互作用。受限空间可以是环形的，使得其具有旋转轴线。在这种情况下，曲线可以是围绕环形空间的旋转轴线的圆或部分圆。受限空间可以是引擎（诸如燃气涡轮引擎）的一部分。例如，受限空间可以是燃气涡轮引擎的燃烧室。曲线可以限定空间的中点。例如，在空间是环形的情况下，曲线可以等距定位在环形的内表面和环形的外表面之间。在探针旨在用于空间的一般检查的情况下，这可能是有用的。可替代地，曲线可以紧密地跟随空间的表面之一。在期望细致检查空间的表面或期望或可能期望与该表面进行物理相互作用的情况下，这可能是有用的。例如，在空间是环形的情况下，可以将曲线选择为距空间的内表面或外表面预定的距离。进入点可以是探针进入受限空间处的点。例如，进入点可以是进入舱口或孔口。进入点可以在限定受限空间的任何表面上。探针可以进一步包括用于使探针本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在受限空间(16)内部引导探针的方法，其中所述探针是超冗余机械手(30)，所述超冗余机械手(30)包括在所述受限空间内部可在近端和远端之间延伸的多个可独立定向的连接的段（33），所述方法包括以下步骤：/n确定：所述探针与预定曲线（C）相交的初始点（p

【技术特征摘要】
20190320 GB 1903781.11.一种用于在受限空间(16)内部引导探针的方法，其中所述探针是超冗余机械手(30)，所述超冗余机械手(30)包括在所述受限空间内部可在近端和远端之间延伸的多个可独立定向的连接的段（33），所述方法包括以下步骤：
确定：所述探针与预定曲线（C）相交的初始点（p1），所述预定曲线（C）限定所述空间内的圆或部分圆；以及所述探针在所述受限空间的表面上的进入点（40）与所述初始点之间的初始弯曲；
并重复地：
确定所述段的新定向，其导致所述远端前进到所述曲线上的新位置，确定所述新定向以便最小化以下各项之间的偏差：a）所述探针上的所述探针开始跟随所述曲线的点和所述初始点，和b）所述探针上的比所述探针开始跟随所述曲线的点更靠近所述远端的点（p2）和所述曲线；以及
将所述段的定向调整为所述新定向，并使所述探针前进以便使所述远端位于所述新位置。


2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述新定向和调整所述机械手的步骤是实时地或基本实时地执行的。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述受限空间是环形的。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述曲线限定所述空间的中点。


5.一种用于进入受限空间（16）的探针系统，所述探针系统包括：
超冗余机械手（30），其具有可在近端和远端之间延伸的多个可独立定向的连接的段（33）；和
控制器，
其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：DI帕尔默，
申请(专利权)人：劳斯莱斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB