用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，所述爬壁機器人吸附于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)壁上，方法包括：(1)以所述筒體底面圓心為原點，以平行于筒體底面上的某一朝向為X軸，以垂直于筒體底面的某一朝向為Y軸，建立所述爬壁機器人位置的坐標(biāo)系(x、ω、h)，x等于所述筒體半徑，h為爬壁機器人在Y軸上的坐標(biāo)值，ω為所述爬壁機器人至原點的連線與所述X軸之間的夾角；(2)計算所述爬壁機器人在筒體內(nèi)壁上的當(dāng)前位置的ω值和h值，以獲得當(dāng)前位置的坐標(biāo)(x、ω、h)。本發(fā)明可對爬壁機器人進行自主定位跟蹤，便于檢測和維護，且定位準確。
【專利說明】用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種核電站控制，尤其涉及一種用于在核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)壁上爬行的爬壁機器人的位置跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核電站的定期安全檢查是保障核電站正常運行的重要措施，隨著科技水平的不斷提高，自動化、智能化的爬壁機器人可以代替檢測人員進入危險、狹小的空間進行檢測，檢測人員可以遠程遙控操作爬壁機器人，從而保證了操作人員的安全，提高了檢測效率。
[0003]核電站用蒸汽發(fā)生器是核動力裝置中一、二回路之間的連接樞紐，也是核動力裝置運行中發(fā)生故障最多的設(shè)備之一；其中，核反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量被冷卻劑帶到蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器降溫后回到反應(yīng)堆繼續(xù)冷卻，這是一回路；給蒸汽發(fā)生器供水，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生蒸汽推動汽輪機工作，降溫冷凝水回到蒸汽發(fā)生器繼續(xù)產(chǎn)生蒸汽，這個循環(huán)回路叫做二回路，以蒸汽發(fā)生器為界冷卻劑進入蒸汽發(fā)生器的一側(cè)回路，就是蒸汽發(fā)生器一次側(cè)；以蒸汽發(fā)生器為界產(chǎn)生蒸汽的一側(cè)回路，就是蒸汽發(fā)生器二次側(cè)。故蒸汽發(fā)生器是核電站中用于將一回路冷卻劑與二回路給水進行熱交換的重要設(shè)備，是產(chǎn)生飽和蒸汽供給二回路的動力裝置，若蒸汽發(fā)生器長期不清潔，往往會形成一定厚度的泥渣堆積層，從而導(dǎo)致堆積層內(nèi)傳熱管的多種形式的破損。因此，通過蒸汽發(fā)生器爬壁機器人對管板二次側(cè)進行全面和實時的清潔度檢查、以維持蒸汽發(fā)生器的正常運行是十分必要的，然而現(xiàn)有技術(shù)中的蒸汽發(fā)生器爬壁機器人以小車為載體，在蒸汽發(fā)生器內(nèi)部豎直壁面上吸附和行走時無法自動定位、自動導(dǎo)航，不能夠在蒸汽發(fā)生器內(nèi)部實施高效、精確的檢測和維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種可自動進行位置跟蹤，可快速準確獲得爬壁機器人具體位置的位置跟蹤方法。
[0005]為了實現(xiàn)上有目的，本發(fā)明公開了一種用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，所述爬壁機器人吸附于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)壁上，且其上安裝有電機編碼器、攝像機、加速度傳感器、測距傳感器和陀螺儀，所述爬壁機器人位置跟蹤方法包括:(I)建立所述爬壁機器人在所述筒體內(nèi)壁上的位置坐標(biāo)系，具體包括:以所述筒體底面圓心為原點，以平行于所述筒體底面上的某一朝向為X軸，以垂直于所述筒體底面的某一朝向為Y軸，建立所述爬壁機器人位置的坐標(biāo)系(X、《、h)，X等于所述筒體半徑，ω為所述爬壁機器人至原點的連線與所述X軸之間的夾角，h為所述爬壁機器人在所述Y軸上的坐標(biāo)值；(2)實時獲得所述爬壁機器人在所述筒體內(nèi)壁上的當(dāng)前位置，具體包括:依據(jù)所述加速度傳感器、測距傳感器、陀螺儀和電機編碼器獲取所述爬壁機器人的位置檢測信號，依據(jù)所述攝像機獲取所述爬壁機器人的視頻數(shù)據(jù)，依據(jù)所述位置檢測信號和視頻數(shù)據(jù)計算所述當(dāng)前位置的ω值和h值，從而得到所述爬壁機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)(x、co、h)。
[0006]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可對爬壁機器人進行位置跟蹤，獲得所述爬壁機器人的實時位置，便于檢測和維護；另一方面，本發(fā)明只需計算所述爬壁機器人的高度h和相對于X軸的夾角ω即可確定所述爬壁機器人的三維位置，計算快速方便，且通過加速度傳感器、測距傳感器、陀螺儀和電機編碼器獲得的位置檢測信號和攝像機獲得的視頻數(shù)據(jù)計算當(dāng)前位置的ω值和h值，計算準確。
[0007]較佳地，所述步驟(2)具體包括:(21)依據(jù)加速度傳感器和陀螺儀測得的數(shù)據(jù)計算所述爬壁機器人與水平方向的夾角Θ，依據(jù)電機編碼器信息推算所述爬壁機器人的里程數(shù)據(jù)，依據(jù)所述夾角Θ和里程數(shù)據(jù)計算所述當(dāng)前位置的ω值，以獲得第一組數(shù)據(jù)；(22)依據(jù)所述測距傳感器測得的數(shù)據(jù)和Θ值計算所述當(dāng)前位置的h值，以獲得第二組數(shù)據(jù)；(23)依據(jù)所述攝像機測得的視頻數(shù)據(jù)計算所述當(dāng)前位置的ω值，以獲得第三組數(shù)據(jù)；(24)將所述第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)、第三組數(shù)據(jù)進行處理以獲得所述當(dāng)前位置的ω值和h值，從而得到所述爬壁機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)U、ω、h)，所述爬壁機器人的當(dāng)前位置的X值等于所述筒體的半徑R。一方面，本發(fā)明通過加速度傳感器和陀螺儀共同測量夾角Θ，有效減小了夾角Θ的誤差；另一方面，本發(fā)明將通過電機編碼器、加速度傳感器和陀螺儀獲得的ω值信息(第一數(shù)據(jù))和通過視頻數(shù)據(jù)獲得的ω值信息(第三數(shù)據(jù))進行處理(比對融合)，進一步縮小了 ω值的范圍，計算得到的ω值更為準確。
[0008]具體地，所述步驟(21)中計算所述ω值的具體步驟為:依據(jù)加速度傳感器和陀螺儀測得的數(shù)據(jù)計算所述爬壁機器人與水平方向的夾角Θ，以獲得夾角Θ的角度值Θ (t)，依據(jù)所述第一電機編碼器的檢測到的數(shù)據(jù)計算所述爬壁機器人的速度V(t)，依據(jù)公式
【權(quán)利要求】
1.一種用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述爬壁機器人吸附于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)壁上，且其上安裝有攝像機、加速度傳感器、測距傳感器、陀螺儀和驅(qū)動機構(gòu)的電機編碼器，所述爬壁機器人位置跟蹤方法包括: (1)建立所述爬壁機器人在所述筒體內(nèi)壁上的位置坐標(biāo)系，具體包括:以所述筒體底面圓心為原點，以平行于所述筒體底面上的某一朝向為X軸，以垂直于所述筒體底面的某一朝向為Y軸，建立所述爬壁機器人位置的坐標(biāo)系(1、《、1!)，1等于所述筒體半徑，《為所述爬壁機器人至原點的連線與所述X軸之間的夾角，h為所述爬壁機器人在所述Y軸上的坐標(biāo)值； (2)實時獲得所述爬壁機器人在所述筒體內(nèi)壁上的當(dāng)前位置，具體包括:依據(jù)所述加速度傳感器、測距傳感器、陀螺儀和電機編碼器獲取所述爬壁機器人的位置檢測信號，依據(jù)所述攝像機獲取所述爬壁機器人的視頻數(shù)據(jù)，依據(jù)所述位置檢測信號和視頻數(shù)據(jù)計算所述當(dāng)前位置的ω值和h值，從而得到所述爬壁機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)(X、co、h)。
2.如權(quán)利要求1所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，獲得所述當(dāng)前位置的方法包括:(21)依據(jù)加速度傳感器和陀螺儀測得的數(shù)據(jù)計算所述爬壁機器人與水平方向的夾角Θ，依據(jù)電機編碼器信息推算所述爬壁機器人的里程數(shù)據(jù)，依據(jù)所述夾角Θ和里程數(shù)據(jù)計算所述當(dāng)前位置的ω值，以獲得第一組數(shù)據(jù)；(22)依據(jù)所述測距傳感器測得的數(shù)據(jù)和Θ值計算所述當(dāng)前位置的h值，以獲得第二組數(shù)據(jù)；(23)依據(jù)所述攝像機測得的視頻數(shù)據(jù)計算所述當(dāng)前位置的ω值，以獲得第三組數(shù)據(jù)；(24)將所述第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)、第三組數(shù)據(jù)進行處理以獲得所述當(dāng)前位置的ω值和h值，從而得到所述爬壁機器人的當(dāng)前位置坐標(biāo)U、ω、h)，所述爬壁機器人的當(dāng)前位置的X值等于所述筒體的半徑R。
3.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(21)中計算所述爬壁機器人與水平方向夾角Θ的步驟為:依據(jù)所述加速度傳感器計算所述爬壁機器人與水平方向夾角Θ，依據(jù)所述陀螺儀測得的數(shù)據(jù)校正所述爬壁機器人與水平方向夾角Θ。
4.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(21)中計算所述ω值的具體步驟為:依據(jù)加速度傳感器和陀螺儀測得的數(shù)據(jù)計算所述爬壁機器人與水平方向的夾角Θ，以獲得夾角Θ的角度值Θ (t)，依據(jù)所述第一電機編碼器的檢測到的數(shù)據(jù)計算所述爬壁機器人的速度V(t)，依據(jù)公式
5.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(22)的具體步驟包括:獲得所述測距傳感器檢測到的距離數(shù)據(jù)T(t)，通過公式h(t) = T (t) cos Θ計算所述當(dāng)前位置的h值。
6.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(22)包括: 獲得所述測距傳感器檢測到的距離數(shù)據(jù)T(t)；依據(jù)公式
7.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(23)中計算所述ω值的具體步驟為:獲得所述攝像機獲得的視頻數(shù)據(jù)，使用邊緣檢測算法和Hough變換計算出蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)部管道相對于所述爬壁機器人的位置，對比所述蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的筒體內(nèi)部管道分布圖紙，獲得所述當(dāng)前位置的ω值。
8.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(24)之前還包括:采用卡爾曼濾波算法處理所述第一組數(shù)據(jù)、第二組數(shù)據(jù)、第三組數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求2所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述步驟(24)包括:所述第一組數(shù)據(jù)符合高斯分布的估計N1 (μ，σ2)，所述第二組數(shù)據(jù)符合高斯分布的估計N2 ( μ，σ 2)，所述第三組數(shù)據(jù)符合高斯分布的估計N3 ( μ，σ 2)，通過公式Ν(μ, σ 2) = Co1Ndco2Ni^co3N3進行加權(quán)計算獲得對所述爬壁機器人當(dāng)前位置分布的估計Ν(μ , O2)，Q1, ω2、ω 3為所述ΝρΝ2、Ν3的權(quán)重，以所述Ν(μ , σ 2)的峰值作為所述爬壁機器人的當(dāng)前位置的坐標(biāo)(X、《、h)。
10.如權(quán)利要求1所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述爬壁機器人包括: 車體，所述車體呈扁平狀且其內(nèi)安裝有加速度傳感器、陀螺儀； 驅(qū)動機構(gòu)，包括永磁驅(qū)動輪及第一電機，所述第一電機呈密封地設(shè)置于車體內(nèi)，所述第一電機的輸出軸與所述永磁驅(qū)動輪連接，所述永磁驅(qū)動輪位于所述車體的底部兩側(cè)，且還凸伸出所述車體的底部；及 攝像機，所述攝像機具有補光燈，所述攝像機呈密封地嵌設(shè)于所述車體的左右兩側(cè)壁及前側(cè)壁中； 測距傳感器，呈密封地嵌設(shè)于所述車體的左右兩側(cè)壁中。
11.如權(quán)利要求10所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述爬壁機器人還包括轉(zhuǎn)動連接于所述車體的前側(cè)壁上的前端連接體和前端電機，所述前端電機控制所述前端連接體相對于所述車體轉(zhuǎn)動，所述前端連接體的前端具有接口，所述爬壁機器人包括與所述接口呈插拔連接的檢測設(shè)備。
12.如權(quán)利要求10所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述爬壁機器人還包括后端連接體，所述后端連接體呈三角形狀且樞轉(zhuǎn)地連接于所述車體的后側(cè)壁上。
13.如權(quán)利要求10所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述爬壁機器人還包括永磁萬向?qū)蜉?，所述車體的底部及所述后端連接體的底部均設(shè)置有所述永磁萬向?qū)蜉啞?br> 14.如權(quán)利要求10所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，所述爬壁機器人還包括呈彈性結(jié)構(gòu)的清理片，所述車體的兩側(cè)貫穿開設(shè)安裝孔，所述永磁驅(qū)動輪設(shè)置于所述安裝孔中，所述清理片設(shè)置于所述車體的正面上且伸入所述安裝孔中。
15.如權(quán)利要求14 所述的用于核電站蒸汽發(fā)生器二次側(cè)的爬壁機器人位置跟蹤方法，其特征在于，每一所述安裝孔對應(yīng)設(shè)置兩所述清理片，與所述安裝孔對應(yīng)的兩所述清理片呈對稱的傾斜設(shè)置。
【文檔編號】G05D1/02GK103984345SQ201410213680
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】王國河, 董亞超, 劉青松, 吳新宇, 錢建華, 孫健銓, 侯碩, 傅睿卿, 陳嘉杰, 沈黎, 正端, 鄧志燕, 劉鵬飛 申請人:中科華核電技術(shù)研究院有限公司, 中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院, 中國廣核集團有限公司