一种基于全方位视觉检测的遥控维护设备应用研究

引言

随着社会的不断发展,核能及核技术的应用越来越广泛,随之造成的辐射污染也给人们带来了巨大的身体危害及经济损失。由于在辐射环境中,通常通过固定安装的摄像仪器监控设备工作过程,然而,摄像仪器往往存在监控盲点,实验室内发生故障或日常维修检查时,都需要配备防护服的工作人员到辐射现场检测维护。因此,为了让工作人员可以远离辐射现场,避免辐射环境带来的巨大身体危害,同时解决辐射现场设备故障与日常维修检查工作,本文提出采用遥控技术操控移动机器人代替工作人员到辐射现场,利用多个摄像头对目标物的监控盲区进行进一步观察,再运用视频传输技术将现场画面信息传输至地面工作站以供工作人员观察,最终实现安全地进行辐射环境下的日常遥控维护检查,避免辐射环境带来的巨大身体危害。

1遥控移动机器人

在核环境工作过程中,日常检查维护必不可少,但工作人员长期在辐射环境下工作会带来巨大人体危害,移动机器人可以代替工作人员进入辐射环境的工作室中。由于辐射环境的工作室中可移动空间少,普通的移动机器人无法按照工作人员的意图到达目标地点。鉴于此,本文采用麦克纳姆轮作为驱动轮。麦克纳姆轮是基于全方位移动方式使用的一种车轮,利用多个位于轮毂周边的银轮的中心轮原理,这些45°的周边银轮横向转向力可相互抵消或累加,法向力也可相互抵消或累加。根据控制轮毂的方向和速度,这些力能够在任意水平的方向上产生一个合力矢量,从而保证了移动机器人在目标的方向上能够自由地移动。

运输小车作为搬运物体时的有力工具被广泛运用于各种场合,但在狭小的空间,由于传统小车底盘设计的局限性,运动不是很灵活。基于麦克纳姆轮技术的全方位运动设备来实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。虽然移动机器人负载轻,但考虑到辐射环境工作室内的有限操作空间,需要提高移动机器人的人机交互性,即提高移动机器人的动力与平稳性。因此,移动机器人采用4个100w电机,每个电机配备1个加速比为1:50的加速器,选用半径为0.065m的麦克纳姆轮。100w电机的扭矩为0...N·m,经过减速器后产生的扭矩为16.5N·m,每个麦克纳姆轮的牵引力为25..8N,4个轮子产生的牵引力为1015.2N,加速器的效率为80%,最终移动机器人的牵引力为812..N,足以克服各方面移动的摩擦力。足够大的牵引力能够让工作人员更灵活地远程操控移动机器人,同时利用4个麦克纳姆轮配合驱动得以全方位移动,使移动机器人能够以最快的速度到达更多的位置。本文设计的移动机器人的结构如图1所示。

2 360°视觉系统

移动机器人在辐射环境下行驶,工作人员依据单个摄像仪器获取画面,信息局限性大,容易使移动机器人撞到其他设备仪器上,同时出现故障的设备需要更多角度拍摄故障位置,提供故障原因的判断依据。鉴于此,360°的摄像非常适合作为在辐射环境下远程遥控的视觉方式。360°的摄像头在拍摄过程中不会遗漏任何细节,它将对我们的生活和拍摄方式带来翻天覆地的变化。这款摄像头的外形和功能都酷似苍蝇的眼睛,这也是其被命名为360fly的原因。相较于普通摄像头,360fly拥有更多的可能性。通过它,用户可以移动拍摄并且从不同的角度观察事物。360°视觉系统采用前后左右及上方多个鱼眼镜头分别捕捉周围大区域画面,鱼眼镜头原理如图2所示,其利用物理光学的球面镜透射加反射将周围区域的信息成像。软件将每个鱼眼镜头的成像画面拼接合成,形成一个360°全方位视觉系统。当移动机器人行驶至故障设备进行详细检查时,视觉系统切换为单个鱼眼镜头去捕捉故障部位,提供清晰的画像信息。

图2 鱼眼镜头原理示意图

3视频传输以及操作系统

由于线路日常维护检查比较复杂,采用线缆式通信会给移动机器人带来移动的局限性,而且长距离的移动成本也较高。因此,视频传输方面采用无线通信的方式,拓展了移动机器人的工作区域与地点,便于工作人员的操作。当移动机器人需要向前移动时,则向4个电机发送正转指令:当移动机器人需要向后移动时,则向4个电机发送反转指令。当移动机器人需要顺时针旋转时,则向左侧两个电机发送正转指令,向右侧电机发送反转指令:当移动机器人需要逆时针旋转时,则向左侧两个电机发送反转指令,向右侧电机发送正转指令。当移动机器人需要往左侧平移时,则向左前侧与右后侧的电机发送反转指令,向左后侧与右前侧的电机发送正转指令:当移动机器人需要往右侧平移时,则向左前侧与右后侧的电机发送正转指令,向左后侧与右前侧的电机发送反转指令。当移动机器人需要往左前方行驶时,则向左后侧与右前侧的电机发送正转指令:当移动机器人需要往右前方行驶时,则向左后侧与右前侧的电机发送正转指令:当移动机器人需要往左后方行驶时,则向左前侧与右后侧的电机发送反转指令:当移动机器人需要往右后方行驶时,则向左后侧与右前侧的电机发送反转指令。当对局部部位进行观察时,则切换成单个摄像模式。

4结语

本文主要对一种基于全方位视觉检测的遥控维护设备的应用进行了研究,并对其中的移动机器人、360°视觉系统、视频传输以及操作系统展开了详细介绍与分析,可为在辐射环境下的应用提供参考借鉴。