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原文传递一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统及吊装方法

专利名称：	一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统及吊装方法
摘要：	本发明公开了一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统及吊装方法，属于石化工程领域。该系统包括：感知单元，用于感知负载的形状、尺寸、材料和位置信息；控制单元，根据感知数据计算分析得到被吊装设备及装置的质量，结合各种信息及吊装方案库生成吊装方案，并输出吊装指令；驱动单元，接收吊装指令并控制驱动装置的运行，间接控制执行单元；执行单元，由气动人工肌肉吊装装置完成吊装工作；辅助单元，辅助其他模块的工作。本发明可实现石化工程多数设备的半自动化吊装，利用感知单元获取的信息自动生成吊装指令，控制吊装装置完成吊装，节约了人力，提高了吊装效率、稳定性及安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	华中科技大学
发明人：	周诚;骆汉宾;丁烈云;王玉;蒋伟光;陈睿;袁硕;路江
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-16T00:00:00+0800
申请号：	CN201910202503.X
公开号：	CN110015609A
代理机构：	华中科技大学专利中心
代理人：	尚威;李智
分类号：	B66C1/02(2006.01);B;B66;B66C;B66C1
申请人地址：	430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
主权项：	1.一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，包括：感知单元、控制单元、驱动单元和气动人工肌肉吊装装置；所述感知单元，包括负载信息感知模块和气动人工肌肉感知模块；负载信息感知模块用于感知负载的形状、尺寸、材料和位置信息；气动人工肌肉感知模块用于在吊装过程中检测气动人工肌肉的压力以及温度信息；数据存储模块用于存储负载信息感知模块和气动人工肌肉感知模块检测到的信息并传输至所述控制单元；所述控制单元，包括数据输入模块、数据计算模块、吊装方案库及人工控制界面；数据输入模块用于接收数据存储模块传输的信息和/或人工输入的信息，并传输至数据计算模块；数据计算模块用于根据接收到的信息，与预设吊装方案库中的吊装方式进行匹配，获取并生成相应的吊装指令，然后传输至所述驱动单元；人工控制界面用于人工输入、查看、更改负载信息及吊装指令；所述驱动单元，用于根据接收到的吊装指令驱动所述气动人工肌肉吊装装置完成吊装工作。 2.根据权利要求1所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述负载信息感知模块包括三维激光扫描仪和双目相机；所述三维激光扫描仪用于扫描获取负载形状尺寸信息；所述双目相机中的一部相机为彩色相机，用于获取负载表面的色彩信息f(c)，另一部相机为超清黑白相机，用于获取负载材料的表观信息f(s)；所述控制单元还包括石化设备材料库，石化设备材料库中预存不同材料的色彩信息f(c)、表观信息f(s)和密度信息F(ρ)以及f(c,s)→F(ρ)的映射关系；所述数据计算模块还用于根据接收到的f(c)、f(s)由f(c,s)→F(ρ)的映射关系得到负载的密度ρ，以及根据负载形状尺寸信息计算得到负载体积V，根据质量算法M＝ρ·V得到负载的质量M；或者，所述三维激光扫描仪用于扫描获取负载形状尺寸信息，人工控制界面用于输入负载材料密度ρ；所述数据计算模块还用于根据负载形状尺寸信息计算得到负载体积V，根据质量算法M＝ρ·V得到负载的质量M。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述气动人工肌肉吊装装置包括球形固定装置(1)和气动人工肌肉单体(7)；所述球形固定装置的上半球和下半球各均匀分布四个起重铰接接口(14)，一一对应铰接一个气动人工肌肉单体(7)；所述球形固定装置(1)的侧面设有固定接口(13)，用于与起重机械对接；所述气动人工肌肉单体(7)包括固定部件(9)和两条气动人工肌肉组(8)；所述气动人工肌肉组(8)由若干气动人工肌肉块(10)并联构成；所述固定部件(9)为中空柔性部件，包括中空主体和若干对称分布于中空主体两侧的实心支体；两条气动人工肌肉组(8)对称分布于中空主体两侧，各气动人工肌肉块(10)由中空主体及各实心支体配合固定及隔离；所述中空主体的中空部分用于布置各气动人工肌肉块的输气、出气主导管，所述主导管左右对称分布对应气动人工肌肉块(10)数量的输气、出气分支导管，分别与各气动人工肌肉块的输气、出气口一一对应连接；所述中空主体两侧对应分布有供各输气、出气分支导管穿过的孔洞。 4.根据权利要求1或2所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述气动人工肌肉吊装装置包括球形固定装置(1)和气动人工肌肉单体(7)；所述球形固定装置的上半球和下半球各均匀分布四个起重铰接接口(14)，一一对应铰接一个气动人工肌肉单体；所述球形固定装置的侧面设有固定接口(13)，用于与起重机械对接；所述气动人工肌肉单体(7)包括固定部件(9)和四条气动人工肌肉组(8)；所述气动人工肌肉组(8)由若干气动人工肌肉块(10)并联构成；所述固定部件(9)为中空柔性部件，包括中空主体(17)和若干对称分布于中空主体两侧的实心支体(18)；四条气动人工肌肉组(8)两两一组对称位于中空主体两侧，且呈田字形分布，各气动人工肌肉块(10)由中空主体及各实心支体配合固定及隔离；所述中空主体的中空部分用于布置各气动人工肌肉块的输气、出气主导管，所述主导管左右对称分布对应气动人工肌肉块(10)数量的输气、出气分支导管，分别与各气动人工肌肉块的输气、出气口一一对应连接；所述中空主体两侧对应分布有供各输气、出气分支导管穿过的孔洞。 5.根据权利要求3或4所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述气动人工肌肉单体末端设有电磁铁。 6.根据权利要求3或4所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述气动人工肌肉块(10)不与所述固定部件(9)接触的面上设有真空吸盘(11)。 7.根据权利要求3或4所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述球形固定装置的底部设有扫描铰接接口(15)，用于铰接扫描肌肉单元，所述扫描肌肉单元的结构与所述人工肌肉单体相同，末端用于安装所述三维激光扫描仪(5)和所述双目相机(6)。 8.根据权利要求3或4所述的一种基于气动人工肌肉的石化吊装系统，其特征在于，所述气动人工肌肉感知模块包括安置在所述气动人工肌肉块(10)内部的气压传感器、温度传感器，还包括安置在所述气动人工肌肉块(10)表面的应力应变传感器和角度传感器。 9.一种基于权利要求1～8任意一项所述的气动人工肌肉的石化吊装系统的吊装方法，其特征在于：在吊装之前通过感知单元检测或手动输入负载的形状、尺寸、位置和/或表面材料信息，上述信息实时传至所述控制单元的数据输入模块；吊装前所述控制单元的数据计算模块根据数据输入模块接收到的数据，获得负载的质量信息，再结合负载的形状及尺寸从吊装方案库的预设吊装方案中匹配对应的吊装方案，生成吊装指令；所述驱动单元接收到所述控制单元传来的吊装指令后，驱动气动人工肌肉吊装装置执行相应的吊装工作；吊装过程中，所述感知单元、控制单元、驱动单元以及气动人工肌肉吊装装置构成闭环反馈回路；通过感知单元检测气动人工肌肉吊装装置的气压、温度、形变、角度信息，并实时传至所述控制单元的数据输入模块；数据计算模块根据数据输入模块接收到的气压、温度、形变、角度信息数据，实时判断当前工作状态，以向驱动单元发送控制指令，控制输入气动人工肌肉吊装装置的气体流量、频率和温度，从而精确控制气动人工肌肉吊装装置的吊装工作。 10.根据权利要求9所述的吊装方法，其特征在于，若负载质量或负载材料信息为未知量，无法手动输入，则自动获取负载质量及负载材料信息的方法如下：所述感知单元包括三维激光扫描仪和双目相机，所述双目相机中的一部相机为彩色相机，另一部相机为超清黑白相机；在控制单元中预置石化设备材料库，石化设备材料库中预存不同材料的色彩信息f(c)、表观信息f(s)和密度信息F(ρ)以及f(c,s)→F(ρ)的映射关系；利用所述三维激光扫描仪扫描获取负载形状尺寸信息，彩色相机获取负载表面的色彩信息f(c)，超清黑白相机获取负载材料的表观信息f(s)；根据接收到的f(c)、f(s)由f(c,s)→F(ρ)的映射关系得到负载的密度ρ，以及根据负载形状尺寸信息计算得到负载体积V，根据质量算法M＝ρ·V得到负载的质量M；或者，所述三维激光扫描仪用于扫描获取负载形状尺寸信息，人工控制界面用于输入负载材料密度ρ；所述数据计算模块还用于根据负载形状尺寸信息计算得到负载体积V，根据质量算法M＝ρ·V得到负载的质量M；其中，若负载为具有空腔的构造，则在气动人工肌肉吊装装置上搭载所述三维激光扫描仪(5)和双目相机(6)；吊装开始前，采用三维激光扫描仪(5)先对负载外部进行扫描，获得外部尺寸信息，再利用双目相机(6)对进入负载空腔的入口进行定位；数据计算模块根据计算出的定位结果，发出控制指令，通过驱动单元驱动气动人工肌肉吊装装置将三维激光扫描仪放入负载内部进行扫描，生成负载内外部实体模型和尺寸信息，再由数据计算模块计算得到负载的体积V。
所属类别：	发明专利