柔性搬移机器人在辐射环境下的遥控维护应用研究

吴贲华 贾学军 汤泓

摘  要：针对深井辐射环境下移动遥控维护设备种类多，一旦行驶道路上出现障碍物，往往导致移动遥控维护设备无法正常行驶，而工作人员不适宜到达现场清理障碍物。鉴于此，文章提出利用一种柔性搬运机器人代替工作人员进行清理障碍物，保证其他移动遥控维护设备的正常运行;文章基于履带机构设计机器人的移动平台，基于六轴机械手设计机器人的抓取装置。

关键词：辐射;遥控;维护;机器人

中图分类号：TP242        文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）17-0158-02

Abstract： In view of the fact that there are many kinds of mobile remote control maintenance equipment in the deep well radiation environment， where once there are obstacles on the road， the mobile remote control maintenance equipment is often unable to drive normally， and the staff are not suitable to arrive at the scene to clean up the obstacles， this paper proposes to use a flexible handling robot instead of the staff to clean up obstacles to ensure the normal operation of other mobile remote control maintenance equipment. In this paper， the mobile platform of the robot is designed based on the crawler mechanism， and the grasping device of robot is designed based on six-axis manipulator.

Keywords： radiation; remote control; maintenance; robot

前言

在科研工作中，同时由于辐射对人体健康的影响严重[1]，通常所有产生辐射的研究都是在一个密闭的空间进行，使用遥控维护设备代替工作人员的所有维护工作，避免工作人员受到辐射的影响。其中，所有移动遥控维护设备都是基于平整的行驶路面下完成设计，当出现工作异常导致零部件掉落路面或上一移动遥控维护设备装载的物体掉落路面的情况，下一移动遥控维护设备则无法正常行驶，导致无法完成工作。针对上述问题，本文提出一种利用履带机构设计机器人的移动平台，移动平台能够在不平整路面行驶，再利用六轴机械手与软体夹爪抓取路面的障碍物体到收集盒;运用遥控技术控制该机器人去抓取路面上的障碍物，并将所有收集的障碍物体搬移到辐射实验室以外区域。

1 移动平台

在存在辐射的密闭空间内，针对路面出现障碍物导致遥控维护设备无法达到指定位置的情况，必须使用一种柔性搬移机器人将障碍物从存在辐射的密闭空间搬移至实验室以外区域。为柔性搬移机器人具有良好的通行能力，移动平台采用履带机构。相对橡胶轮、麦克纳姆轮作为驱动轮的移动方式，履带式移动机器人对路面要求低，防护性好。履带式移动机器人作为机器人的一种，具有支撑面积大、越野性能好、牵引附着能力强等诸多优点，适合在危险恶劣的环境下工作[2]。同时履带式移动机器人自身重量大，适合装载六轴机械手，保证六轴机械手工作时移动平台的稳定性。移动平台由动力系统、车架、视频系统组成。本文设计的移动平台的结构如图1所示。配备减速器的电机与驱动轮链接，导向轮通过履带与驱动轮，组成一个动力总成。左右两个动力总成通过车架组成动力系统。机械手安装板设置于车架上方，并将摄像仪器安装于机械手安装的前方。这种结构具有简单，重量轻，容易拆装，适合在平整的路面的行走的优点。选项方面，由于履带用于将柔性搬移机器人的自重与承载重量传递到地面，并承受冲击与传送动力，选型时需要保证履带的耐磨性与刚度。驱动轮用于传递动力至履带，通常设置于动力总成的后方，减少功率损耗，提高寿命。由于步进电机停转的时候具有最大的转矩与起停和反转响应，适合作为动力总成的驱动电机。

2 抓取装置

针对路面上障碍物的差异性，无法确定障碍物的尺寸、形状、重量等等参数，传统的吸盘抓手与夹爪都难以抓取所有障碍物。鉴于此，本文采用六轴机械手加软体夹爪作为抓取装置，解决抓取障碍物的差异性问题。软体机器人的设计灵感来源于对生物体内部构造的模仿。由于采用软体材料，与传統机器人相比，具有自由度高、连续变形能力强和环境适应性好等诸多优点，通常采用流体驱动等新型驱动方式[3]。由于市面上六轴机械手种类齐全，性能稳定，价格实惠，所以选用一种轻量化六轴机械手即可。六轴机械手的第一关节选用伺服电机，并通过RV减速器与第二关节连接;第二、第三关节同理。第四关节选用伺服电机，并通过谐波减速器与第五关节连接，保证负载能力的同时缩小总体体积;第五、第六关节同理。软体夹爪通过机械臂连接件与安装支架设置于第六关节末端。软体夹爪为四个材料为柔性聚合物的软体手指，呈圆周分布，间距为100mm。相比传统夹爪的，模块化的软体手指设计简化了安装、调试与拆卸维护的流程。软体夹爪利用向每一软体手指输入正负气压差产生不同的动作的原理，以完成不同物体的抓取任务。当向软体手指输入正气压，软体手指呈握紧趋势，自适应地包覆在障碍物外表面，完成抓取动作。当向软体手指输入负气压，软体手指张开，释放障碍物。当障碍物是一个重要的实验素材，包覆式抓取能够保证实验素材的安全性，防止被损坏。六轴机械手加软体夹爪作为抓取装置结构如图2所示，该结构具有高精度与速度的优点，提高工作人员对柔性搬移机器人的操作性。

3 遥控控制系统

在存在辐射的密闭空间内，工作人员必须要通过视频装置才能实时了解密闭空间内的情况，并利用遥控技术控制柔性搬移机器人将障碍物从存在辐射的密闭空间搬移至实验室以外区域，实现清理路面的任务。通讯方式采用有线通讯的方式，并通过设置于机器人的伸缩卷管器收纳线缆与气管。相比无线通讯，有线通讯更可靠，时延低，保证工作人员操控的准确性。视频仪器将采集的图像信息实时反馈至室外工作站，工作人员根据图像信息向移动平台的驱动电机的控制器发送指定指令，使柔性搬移机器人移动在障碍物前;再发送指令至六轴机械手的控制器发送指定指令，使柔性搬移机器人的柔性夹爪移动到障碍物外表面;向柔性夹爪的气动控制器发送正气压的指令，柔性夹爪抓取障碍物;六轴机械手将障碍物移动至收集盒;向柔性夹爪的气动控制器发送负气压的指令，柔性夹爪释放障碍物。完成收集密闭空间的所有障碍物任务后，柔性搬移机器人行驶出存在辐射的密闭空间，完成将路面上的障碍物搬移的功能。

4 结束语

本文主要对柔性搬移机器人在辐射环境下的遥控维护应用进行了研究，并对其中的移动平台、抓取装置与遥控控制系统展开了详细介绍与分析，可为在辐射环境下遥控维护的应用提供参考借鉴。

参考文献：

[1]辐射可能对人体造成的长期影响是什么？[J].口岸卫生控制，2011，16（02）：13.

[2]张凡.履带式移动机器人的控制与避障[D].南京理工大学，2013.

[3]李卓雨.软体机器人的发展应用与展望[J].科技传播，2018，10（23）：109-110.