核事故救援过程中,机器人可代替人灵活、高效地完成基本的救灾作业任务,使人们认识到机器人在抑制核辐射扩散、延缓核事故发展等方面的重要作用。然而,由于特殊的工作环境,移动机械臂在恶劣环境中长期执行任务时发生故障在所难免,每个关节都存在出现故障的可能性,在这种情况下怎样确保机器人性能的可靠性,提高机器人在核事故中的适应能力,成为了一个必须解决的问题。为满足核事故中对救灾机器人的迫切需求,本文设计了一套移动救灾机械臂控制系统,并针对机器人关节发生故障问题,基于模型重构的应对策略对移动机械臂进行了容错性设计。本文设计的移动救灾机器人控制系统以研华ARK5260嵌入式工控机作为核心,利用高性能的固高GTS-400-PV(S)-PCI多轴运动控制器对两个驱动轮进行协调控制,实现对机器人移动的高精度控制;通过对SCHUNK公司LWA 4D机械臂的控制完成各种作业任务;利用海康威视高清网络摄像头获取视觉反馈信息;选用罗技公司的多自由度Extreme 3D Pro操纵杆对机器人遥控指挥和操作机器人。机器人通过视觉反馈信息,采用远程遥控的方式移动到事故现场,根据作业对象的不同更换相应的执行末端,并且自动生成作业轨迹,完成救灾作业动作(如“开门”、“拧阀门”等)。当机械臂一个或多个关节发生故障时,系统根据实际故障情况对机械臂的D-H运动学模型进行重新构建,并利用重构后的欠自由度的机械臂对作业轨迹重新规划,继续完成相应的作业任务。本文利用设计的机器人进行了“开门”实验,结果表明:机器人能够高效、准确的完成给定的作业任务。为了验证应对策略的可行性,以模拟机械臂最易损坏的第三、四关节发生故障为例,采用模型重构的应对策略对作业轨迹进行重新规划,并对完整6R机械臂与模型重构后4R机械臂的反馈数据进行对比,实验数据表明其各轴误差均小于1mm,满足了作业要求。