六关节检修机械臂动态碰撞检测

第37卷第12期应 用 科 技Vol. 371 No. 122010 年 12 月Applied Science and TechnologyDec. 2010doi：10.3969/j. issn. 1009 -67IX. 2010. 12.003六关节检修机械臂动态碰撞检测陆军，杨秀成，朱齐丹(哈尔滨工程大学自动化学院,哈尔谟 黑龙江150001)摘要:该六关节机械臂被用于蒸汽发生器的检修工作为了实现在狭小的工作空间内无碰撞的安全工作，如 何判断和避免碰撞是关键问题针对发生碰掠的2种情况:机械臂各关节和电修工具与蒸汽发生器水室内壁. 挡板面和管板面间的碰撞;机械臂各关节之间以及与检修工具间的碰撞，采用基于AABB盒和等效空间圆柱体 相结合的网络包围法，对可能发生碰捕的部位进行了系统分析和研究，将机械臂的碰播检测问题转化为空间解 析几何问题，丈大简化了问题的求解,得到了碰掠检测算法，并用Visual C卄予以实现通过仿貞分析和实脸证 明了该方法的有效性.关键词:六关节机械臂;蒸汽发生器;碰撞检测;AABB盒中图分类号:TP241文献标志码:A文章编号：1009-671X (2010) 12-0009-05Dynamic collision detecting study of six-joint repairing manipulatorLU Jun, YANG Xiu-cheng, ZHU Qi-dan(College of Automation, Harbin Engineering University, Harbin 150019 China)Abstract: This six-joint manipulator is used in detecting and repair work of a steam generator. The collision detecting and avoidance is a key problem in order to safely work in narrow environment without any collision by using the manipulator. There are two situations of the collision: the collision between manipulator joints, repair tool and the steam generators inner wall t the surface of baffle and tube plate ； manipulator s own collisions between the joints and repair tool. By using a network bounding methodf which is based on the AABB box and equivalent cylinder, a systematic analysis and study is carried out for the location of possible collisions. The method transforms the collision check into space analytic geometry problem, and simpliGes the problemS solution The collision detection algorithm is gained and implemented by visual C+ The validity of the algorithm is verified by simulation analysis and experiment.Keywords:six-joint manipulator； steam generator； collision detecting； AABB box蒸汽发生器是核电装置中一、二回路之间的连 接枢纽，由于蒸汽发生器里面存在放射性物质，当其 内部发生故障时，需要机械臂代替人完成故障检修 任务由于机械鹭的造价比较昂贵，为实现机械臂检 修工作的安全进行，针对其具体结构及工作环境设 计了该碰撞检测算法为实现对机械臂的远程控制 以完成检修任务，设计了上位机监控软件对机械臂 进行实时控制，实时模拟机械臂在蒸汽发生器内的 姿态，显示岀机械臂的运行参数并在必要时给出警 告信息，在要发生碰撞的位置能够实时显示出碰撞 点1工作环境及工作过程介绍蒸汽发生器内部工作空间为1/4球体空间，由 水室内壁、挡板面和管板面围成然而，由于蒸汽发 生器水室是一球形密闭空间，使检修机械臂的无碰 工作空间受到一定限制另外，因为在堵管等检修工 作中，机械臂要提供足够的动力，使机械臂的结构尺 寸受到限制，再加上携带的偏心工具,从而导致机械 臂的无碰工作空间更加狄小在这样狄窄的工作空 间中，若无避碰检测技术，仅凭工作人员的操作是难 以实现机械臂的检修工作的而避碰检测技术的好第37卷第12期应 用 科 技Vol. 371 No. 122010 年 12 月Applied Science and TechnologyDec. 2010第37卷第12期应 用 科 技Vol. 371 No. 122010 年 12 月Applied Science and TechnologyDec. 2010收稿日期：2010-03-22.作者简介:陆 军(1969-),男.教授，硕匕生导师，主要研究方向：控制理论与控制工程、模式识别，&mail：lujun0260.