【摘要】：近三十年來,機器人技術(shù)得到了飛速的發(fā)展,廣泛的應(yīng)用于社會的各個領(lǐng)域,特別是在一些人工不好操作的特殊環(huán)境中,機器人更是發(fā)揮了巨大的作用。在核電領(lǐng)域,核電站的日常檢修和定期大修的操作過程中一些工具和異物難免會落入特殊區(qū)域,這時候就需要機械臂去完成這些異物的打撈夾取工作。傳統(tǒng)上采用的多是人工遙控夾取的方法,整個操作過程花費時間長、效率低、準(zhǔn)確度低,在智能化程度上有所欠缺。隨著人工智能、機器視覺的發(fā)展,對特殊環(huán)境中的異物打撈機器人的升級換代是必不可少的,因此針對于機械臂在準(zhǔn)確度、智能化控制方面的研究是十分必要且具有重要意義的。對于一個實物機械臂來說,實現(xiàn)其智能化控制是一件不容易實現(xiàn)的事。針對這個問題,本文考慮先進(jìn)行虛擬仿真,并提出要采用在同一仿真平臺下進(jìn)行機械臂仿真和視覺定位研究的方法,優(yōu)勢在于同一平臺下的數(shù)據(jù)可以更高效快速的進(jìn)行交換處理,不需要考慮跨平臺間的兼容性問題,這是實現(xiàn)智能化控制的重要的基礎(chǔ)。綜合考慮適用性等各方面因素,最終本文在仿真平臺的選擇上選用當(dāng)下比較流行的ROS(Robot Operation System)平臺,并開展了以下的研究工作:對本實驗室自主研發(fā)的四軸機械臂的運動學(xué)特性展開研究,通過對四軸機械臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析及簡化,采用D-H法對簡化后的模型進(jìn)行建模分析,建立坐標(biāo)系并以D-H參數(shù)來表征機械臂,推導(dǎo)其正向運動學(xué)和逆運動學(xué)的求解并進(jìn)行驗證。在ROS中搭建仿真平臺,將Solidworks中的模型轉(zhuǎn)化為URDF(統(tǒng)一機器人描述格式)文件,通過Rviz可視化工具對文件進(jìn)行處理并顯示,通過MoveIt!工具包對處理后的文件進(jìn)行運動學(xué)分析及相關(guān)配置文件的構(gòu)建,將模型文件轉(zhuǎn)換為可以調(diào)用并進(jìn)行路徑規(guī)劃的文件包。在ROS中對四軸機械臂進(jìn)行虛擬仿真實驗,進(jìn)行路徑規(guī)劃和控制的研究。在ROS平臺對機械臂定位進(jìn)行一些探索,在視覺定位方面選用微軟的Kinect傳感器,并提出一種在ROS中利用Kinect來實現(xiàn)目標(biāo)定位的方法。建立Kinect和ROS的連接,對Kinect在ROS平臺中的標(biāo)定進(jìn)行探索研究,來實現(xiàn)Kinect內(nèi)外參數(shù)的標(biāo)定,獲取目標(biāo)物體的定位信息。
【圖文】：

戰(zhàn)略上已經(jīng)從“起步”、“適度發(fā)展”階段，邁如圖 1.1 所示。但是核電站在提供清潔、高效能源的同時后的隱患，核電站的安全問題也已經(jīng)是全球關(guān)注的焦點[、美國的三里島、日本的福島等核電站爆發(fā)的事故已經(jīng)給麻煩，甚至影響到全世界的安全，核電站里的應(yīng)用機器人的一道全球性的難題[3]。備布局龐大、設(shè)備繁多，在運行過程中設(shè)備本身乃至運行并且大部分關(guān)鍵設(shè)備都處在水下高溫高壓的環(huán)境中。在這能長期作業(yè)，，就需要利用機器人來完成維修設(shè)備、轉(zhuǎn)移等任務(wù)[4]。甚至在發(fā)生緊急事故時，機器人也可以做到作，從而維護(hù)核電站的穩(wěn)定運營，減少了工作人員受到輻

圖 1.2 反應(yīng)堆水池Figure1.2 Reactor pool核電站內(nèi)反應(yīng)堆中帶有放射性的水池的面積比較大并且也未曾設(shè)置十分有效的防異物掉落設(shè)計[6]（如圖 1.2 所示），在核電站檢修期間尤其是在大修期間參與維護(hù)的人員眾多，多數(shù)操作為多工種交叉操作，因此異物不慎掉入輻射水池的事情難免會出現(xiàn)[7]。當(dāng)出現(xiàn)異物掉落進(jìn)反應(yīng)堆最下面的情況時，常見的打撈工具基本上是不起作用的。這時候就通常需要從水池中裝吊出堆芯組件以便對水池進(jìn)行完全的檢查和雜物撈取操作[6]。這種情況往往會影響到大修的進(jìn)度，使得關(guān)鍵節(jié)點不能按時完成。造成的經(jīng)濟損失只是一小方面，更重要的是，整個操作過程都蘊含著極大的風(fēng)險，稍有疏忽，就可能會對工作人員的健康產(chǎn)生極大的威脅
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM623;TP242

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本文編號：2649029