一種基于全方位視覺檢測的遙控維護(hù)設(shè)備應(yīng)用研究

引言

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展,核能及核技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛,隨之造成的輻射污染也給人們帶來了巨大的身體危害及經(jīng)濟(jì)損失。由于在輻射環(huán)境中,通常通過固定安裝的攝像儀器監(jiān)控設(shè)備工作過程,然而,攝像儀器往往存在監(jiān)控盲點(diǎn),實(shí)驗(yàn)室內(nèi)發(fā)生故障或日常維修檢查時(shí),都需要配備防護(hù)服的工作人員到輻射現(xiàn)場檢測維護(hù)。因此,為了讓工作人員可以遠(yuǎn)離輻射現(xiàn)場,避免輻射環(huán)境帶來的巨大身體危害,同時(shí)解決輻射現(xiàn)場設(shè)備故障與日常維修檢查工作,本文提出采用遙控技術(shù)操控移動(dòng)機(jī)器人代替工作人員到輻射現(xiàn)場,利用多個(gè)攝像頭對(duì)目標(biāo)物的監(jiān)控盲區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步觀察,再運(yùn)用視頻傳輸技術(shù)將現(xiàn)場畫面信息傳輸至地面工作站以供工作人員觀察,最終實(shí)現(xiàn)安全地進(jìn)行輻射環(huán)境下的日常遙控維護(hù)檢查,避免輻射環(huán)境帶來的巨大身體危害。

1遙控移動(dòng)機(jī)器人

在核環(huán)境工作過程中,日常檢查維護(hù)必不可少,但工作人員長期在輻射環(huán)境下工作會(huì)帶來巨大人體危害,移動(dòng)機(jī)器人可以代替工作人員進(jìn)入輻射環(huán)境的工作室中。由于輻射環(huán)境的工作室中可移動(dòng)空間少,普通的移動(dòng)機(jī)器人無法按照工作人員的意圖到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)。鑒于此,本文采用麥克納姆輪作為驅(qū)動(dòng)輪。麥克納姆輪是基于全方位移動(dòng)方式使用的一種車輪,利用多個(gè)位于輪轂周邊的銀輪的中心輪原理,這些45°的周邊銀輪橫向轉(zhuǎn)向力可相互抵消或累加,法向力也可相互抵消或累加。根據(jù)控制輪轂的方向和速度,這些力能夠在任意水平的方向上產(chǎn)生一個(gè)合力矢量,從而保證了移動(dòng)機(jī)器人在目標(biāo)的方向上能夠自由地移動(dòng)。

運(yùn)輸小車作為搬運(yùn)物體時(shí)的有力工具被廣泛運(yùn)用于各種場合,但在狹小的空間,由于傳統(tǒng)小車底盤設(shè)計(jì)的局限性,運(yùn)動(dòng)不是很靈活?；邴溈思{姆輪技術(shù)的全方位運(yùn)動(dòng)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)前行、橫移、斜行、旋轉(zhuǎn)及其組合等運(yùn)動(dòng)方式。雖然移動(dòng)機(jī)器人負(fù)載輕,但考慮到輻射環(huán)境工作室內(nèi)的有限操作空間,需要提高移動(dòng)機(jī)器人的人機(jī)交互性,即提高移動(dòng)機(jī)器人的動(dòng)力與平穩(wěn)性。因此,移動(dòng)機(jī)器人采用4個(gè)100w電機(jī),每個(gè)電機(jī)配備1個(gè)加速比為1:50的加速器,選用半徑為0.065m的麥克納姆輪。100w電機(jī)的扭矩為0...N·m,經(jīng)過減速器后產(chǎn)生的扭矩為16.5N·m,每個(gè)麥克納姆輪的牽引力為25..8N,4個(gè)輪子產(chǎn)生的牽引力為1015.2N,加速器的效率為80%,最終移動(dòng)機(jī)器人的牽引力為812..N,足以克服各方面移動(dòng)的摩擦力。足夠大的牽引力能夠讓工作人員更靈活地遠(yuǎn)程操控移動(dòng)機(jī)器人,同時(shí)利用4個(gè)麥克納姆輪配合驅(qū)動(dòng)得以全方位移動(dòng),使移動(dòng)機(jī)器人能夠以最快的速度到達(dá)更多的位置。本文設(shè)計(jì)的移動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 360°視覺系統(tǒng)

移動(dòng)機(jī)器人在輻射環(huán)境下行駛,工作人員依據(jù)單個(gè)攝像儀器獲取畫面,信息局限性大,容易使移動(dòng)機(jī)器人撞到其他設(shè)備儀器上,同時(shí)出現(xiàn)故障的設(shè)備需要更多角度拍攝故障位置,提供故障原因的判斷依據(jù)。鑒于此,360°的攝像非常適合作為在輻射環(huán)境下遠(yuǎn)程遙控的視覺方式。360°的攝像頭在拍攝過程中不會(huì)遺漏任何細(xì)節(jié),它將對(duì)我們的生活和拍攝方式帶來翻天覆地的變化。這款攝像頭的外形和功能都酷似蒼蠅的眼睛,這也是其被命名為360fly的原因。相較于普通攝像頭,360fly擁有更多的可能性。通過它,用戶可以移動(dòng)拍攝并且從不同的角度觀察事物。360°視覺系統(tǒng)采用前后左右及上方多個(gè)魚眼鏡頭分別捕捉周圍大區(qū)域畫面,魚眼鏡頭原理如圖2所示,其利用物理光學(xué)的球面鏡透射加反射將周圍區(qū)域的信息成像。軟件將每個(gè)魚眼鏡頭的成像畫面拼接合成,形成一個(gè)360°全方位視覺系統(tǒng)。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人行駛至故障設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)檢查時(shí),視覺系統(tǒng)切換為單個(gè)魚眼鏡頭去捕捉故障部位,提供清晰的畫像信息。

圖2 魚眼鏡頭原理示意圖

3視頻傳輸以及操作系統(tǒng)

由于線路日常維護(hù)檢查比較復(fù)雜,采用線纜式通信會(huì)給移動(dòng)機(jī)器人帶來移動(dòng)的局限性,而且長距離的移動(dòng)成本也較高。因此,視頻傳輸方面采用無線通信的方式,拓展了移動(dòng)機(jī)器人的工作區(qū)域與地點(diǎn),便于工作人員的操作。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要向前移動(dòng)時(shí),則向4個(gè)電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令:當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要向后移動(dòng)時(shí),則向4個(gè)電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),則向左側(cè)兩個(gè)電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令,向右側(cè)電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令:當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),則向左側(cè)兩個(gè)電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令,向右側(cè)電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要往左側(cè)平移時(shí),則向左前側(cè)與右后側(cè)的電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令,向左后側(cè)與右前側(cè)的電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令:當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要往右側(cè)平移時(shí),則向左前側(cè)與右后側(cè)的電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令,向左后側(cè)與右前側(cè)的電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令。當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要往左前方行駛時(shí),則向左后側(cè)與右前側(cè)的電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令:當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要往右前方行駛時(shí),則向左后側(cè)與右前側(cè)的電機(jī)發(fā)送正轉(zhuǎn)指令:當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要往左后方行駛時(shí),則向左前側(cè)與右后側(cè)的電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令:當(dāng)移動(dòng)機(jī)器人需要往右后方行駛時(shí),則向左后側(cè)與右前側(cè)的電機(jī)發(fā)送反轉(zhuǎn)指令。當(dāng)對(duì)局部部位進(jìn)行觀察時(shí),則切換成單個(gè)攝像模式。

4結(jié)語

本文主要對(duì)一種基于全方位視覺檢測的遙控維護(hù)設(shè)備的應(yīng)用進(jìn)行了研究,并對(duì)其中的移動(dòng)機(jī)器人、360°視覺系統(tǒng)、視頻傳輸以及操作系統(tǒng)展開了詳細(xì)介紹與分析,可為在輻射環(huán)境下的應(yīng)用提供參考借鑒。