專利名稱：一種用于核輻射環(huán)境下的小型應(yīng)急救援及探測機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核工業(yè)機(jī)器人本發(fā)明屬于核工業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可以在輻射環(huán)境下使用的移動機(jī)器人，該機(jī)器人攜帶伽馬相機(jī)成像系統(tǒng)，可在核輻射環(huán)境下對輻射源的位置和強(qiáng)度進(jìn)行測量，并對可能泄露的放射源通過機(jī)械手臂進(jìn)行應(yīng)急處理。
背景技術(shù)：
近年來，國內(nèi)的核電事業(yè)快速發(fā)展，核能和平利用也大為進(jìn)步，但與此同時的核泄漏和核污染事件也日益增多，對于這些核輻射污染事件的處理以往都需要專業(yè)人員人工處理，而輻射對人體的傷害十分大，對操作者的安全造成了很大的影響。而機(jī)器人技術(shù)就是為替代人在高危環(huán)境中工作而誕生的，十分適合在人類不適合進(jìn)入的輻射環(huán)境中工作。通過自己攜帶的伽馬相機(jī)成像系統(tǒng)對輻射源的位置和強(qiáng)度進(jìn)行探測，在確定輻射源后，可以使用載帶的機(jī)械手臂進(jìn)行應(yīng)急處理，移動或掩蓋輻射源。這樣就減少了人進(jìn)入輻射環(huán)境處理的機(jī)會。并且可以為事故評判提供數(shù)據(jù)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種結(jié)構(gòu)可靠、抗輻射、具有冗余控制系統(tǒng)，能在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中作業(yè)以及應(yīng)急處理的移動機(jī)器人平臺。本發(fā)明提出的可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，由行走底盤1、 機(jī)械手臂2、機(jī)器人本體運(yùn)動控制系統(tǒng)3、機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4、伽馬相機(jī)及云臺5、伽馬射線成像系統(tǒng)6、電池7組成，行走底盤1為三角形履帶式結(jié)構(gòu)，電池7位于行走底盤1尾部，機(jī)械手臂2固定于行走底盤1的前端上部，機(jī)器人本體運(yùn)動控制系統(tǒng)3位于行走底盤1 中部，機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4位于行走底盤1中部，伽馬相機(jī)及云臺5位于電池7上方， 伽馬射線成像系統(tǒng)6位于伽馬相機(jī)及云臺5 —側(cè)。行走底盤1呈三角形履帶式結(jié)構(gòu)，主動輪112位于行走底盤1的后端，前端兩個角安裝的是從動輪107，驅(qū)動電機(jī)101安裝在行走底盤1的中部，通過驅(qū)動電機(jī)套筒102與側(cè)板109安裝在一起，并通過聯(lián)軸器111將動力輸出至驅(qū)動電機(jī)輸出鏈輪104，通過傳動鏈條 105將動力傳輸至主動輪鏈輪106，主動輪鏈輪106與主動輪112安裝到一起。履帶108包裹在主動輪112及從動輪107之外，履帶托板110安裝在行走底盤1底部，履帶108內(nèi)側(cè)， 起到對履帶108的支撐作用。整個行走底盤1由左右對稱的兩套機(jī)構(gòu)組成。轉(zhuǎn)彎時通過兩側(cè)行走機(jī)構(gòu)的速度差來實現(xiàn)，可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。機(jī)械手臂2安裝在行走底盤1前端的上部，由四個自由度組成，由底座回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 201、大臂俯仰關(guān)節(jié)202、大臂203、小臂俯仰關(guān)節(jié)204、小臂205、以及機(jī)械手爪206機(jī)械臂防輻射攝像頭207組成，底座回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定于行走底盤1前端上部，大臂俯仰關(guān)節(jié)202位于底座回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)201上方，大臂203固定于大臂俯仰關(guān)節(jié)202之上，小臂俯仰關(guān)節(jié)204固定在大臂203另一端，小臂205與小臂俯仰關(guān)節(jié)204相連，機(jī)械手爪206固定在小臂205另一端， 機(jī)械臂防輻射攝像頭207固定于機(jī)械手爪206之上。整個機(jī)械臂可在球坐標(biāo)內(nèi)移動，每個關(guān)節(jié)都具有電位器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)角度檢測，進(jìn)行限位。機(jī)械手爪206可以張合，最大抓取寬度為 200毫米，可以提起最大5千克的物體，在機(jī)械手臂末端位置安裝了防輻射攝像頭207，可以對作業(yè)時抓取物體進(jìn)行比較細(xì)致的觀察。機(jī)器人本體控制系統(tǒng)3與機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4都可以對機(jī)器人的運(yùn)動進(jìn)行控制，機(jī)器人本體控制系統(tǒng)通過數(shù)傳電臺302接收控制臺8發(fā)送的控制信號，并發(fā)送給主控板301，以驅(qū)動機(jī)器人各電機(jī)的運(yùn)動。這樣就構(gòu)成了機(jī)器人完整的遙控控制系統(tǒng)。機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4中的主控PC104401安裝有嵌入式系統(tǒng)，可自主對機(jī)器人的進(jìn)行控制，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)與控制臺8進(jìn)行通訊，完成遙控操作，這樣機(jī)器人就具有了兩套完全冗余的操作系統(tǒng)，提高了機(jī)器人的可靠性。伽馬相機(jī)及云臺5安裝在機(jī)器人的后部，其中伽馬相機(jī)本體501是成像系統(tǒng)的核心，通過準(zhǔn)直器后的伽馬射線照射在晶體上，產(chǎn)生電信號，經(jīng)過伽馬成像系統(tǒng)6處理后形成輻射強(qiáng)度分布圖像。雙自由度云臺502安裝在伽馬相機(jī)本體501底部，可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和俯仰雙軸運(yùn)動，使伽馬相機(jī)本體501觀察各個角度的情況。由于機(jī)器人是在輻射環(huán)境下運(yùn)行，所有要求整機(jī)具有一定的抗輻射能力，故在機(jī)器人電路系統(tǒng)設(shè)計上采用了集中式的設(shè)計方式，將電路部分集中在行走底盤1的中部，并覆蓋抗輻射材料。機(jī)械手臂2中的電路部分均采用艙體設(shè)計，將電路包裹起來，并在主要電路部分外側(cè)覆蓋不銹鋼材料或鎢合金材料，放置射線損壞電路系統(tǒng)。在整個行走底盤1 外側(cè)覆蓋銅合金，進(jìn)一步阻擋射線。除了做到抗輻射外，還要做到方便清洗，機(jī)器人采用了板式設(shè)計結(jié)構(gòu)，盡量避免出現(xiàn)不易清洗的死角，機(jī)器人上所有插頭均采用防水插頭，可以防水。本發(fā)明的有益效果為1)具備較強(qiáng)的通過能力和穩(wěn)定性的平臺，可在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境內(nèi)較好的運(yùn)行。2)具備多自由度機(jī)械臂，可以進(jìn)行應(yīng)急處理工作。3)具備冗余機(jī)器人控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)可靠度。4)具備伽馬相機(jī)成像系統(tǒng)，可對輻射源進(jìn)行定性和定量處理。5)具備一定的防輻射能力，易于清洗，防止沾染。


圖1為本發(fā)明主視圖。
圖2為本發(fā)明側(cè)視圖。
圖3為本發(fā)明的行走底盤1主視圖。
圖4為本發(fā)明的行走底盤1側(cè)視圖。
圖5為本發(fā)明的機(jī)械手臂2示意圖。
具體實施例方式
由圖1所示的核工業(yè)環(huán)境下的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人包括底盤，底盤外形為三角形，履帶式驅(qū)動結(jié)構(gòu)，電機(jī)位于履帶中部，通過鏈條將動力傳到位于底盤尾部的主動輪。機(jī)械臂位于底盤前端，具有4個自由度，前端具有機(jī)械手，可以進(jìn)行應(yīng)急處理。機(jī)器人電控系統(tǒng)位于底盤中部，為兩條冗余的控制系統(tǒng)，可以控制機(jī)器人所有的關(guān)節(jié)活動。電池位于機(jī)器人的后部，為整個系統(tǒng)提供能源供給。伽馬相機(jī)及成像設(shè)備位于電池上方，可以對輻射源的位置及強(qiáng)度進(jìn)行檢測和定量處理。
權(quán)利要求
1.一種可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，其特征在于由行走底盤 1、機(jī)械手臂2、機(jī)器人本體運(yùn)動控制系統(tǒng)3、機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4、伽馬相機(jī)及云臺5、 伽馬射線成像系統(tǒng)6、電池7、控制器8組成，行走底盤1為三角形履帶式結(jié)構(gòu)，電池7位于行走底盤1尾部，機(jī)械手臂2固定于行走底盤1的前端上部，機(jī)器人本體運(yùn)動控制系統(tǒng)3位于行走底盤1中部，機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4位于行走底盤1中部，伽馬相機(jī)及云臺5位于電池7上方，伽馬射線成像系統(tǒng)6位于伽馬相機(jī)及云臺5 —側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所屬的可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，其特征在于行走底盤1由驅(qū)動電機(jī)101、驅(qū)動電機(jī)套筒102、測速發(fā)電機(jī)103、驅(qū)動電機(jī)輸出鏈輪 104、傳動鏈條105、主動輪鏈輪106、從動輪107、履帶108、側(cè)板109、履帶托板110及聯(lián)軸器 111、主動輪112組成，驅(qū)動電機(jī)101位于行走底盤1中部，通過驅(qū)動電機(jī)套筒102安裝在側(cè)板109之上，驅(qū)動電機(jī)101與驅(qū)動電機(jī)輸出鏈輪104通過聯(lián)軸器111連接，驅(qū)動電機(jī)輸出鏈輪104與主動輪鏈輪106之間通過傳動鏈條105連接，從動輪107安裝在側(cè)板109之上，履帶108包裹在從動輪107及主動輪112之外，履帶托板110安裝在側(cè)板109之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人其特征在于機(jī)械手臂2具有4個自由度，由底座回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)201、大臂俯仰關(guān)節(jié)202、大臂203、小臂俯仰關(guān)節(jié)204、小臂205、以及機(jī)械手爪206機(jī)械臂防輻射攝像頭207組成，底座回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)固定于行走底盤1前端上部，大臂俯仰關(guān)節(jié)202位于底座回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)201上方，大臂203固定于大臂俯仰關(guān)節(jié)202之上，小臂俯仰關(guān)節(jié)204固定在大臂203另一端，小臂205與小臂俯仰關(guān)節(jié) 204相連，機(jī)械手爪206固定在小臂205另一端，機(jī)械臂防輻射攝像頭207固定于機(jī)械手爪 206之上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人本體運(yùn)動控制系統(tǒng)3由主控制板301、數(shù)傳電臺302、四通道畫面分割器303、組成，主控板301安裝在四通道畫面分割器303之上，數(shù)傳電臺302安裝在主控板301之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，其特征在于機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)4是由主控PC104電腦401、視頻采集卡402、電源板403組成，其中主控PC104401和視頻采集卡402電源板采用層疊式結(jié)構(gòu)安裝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可用于核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，其特征在于伽馬相機(jī)及云臺5是由伽馬相機(jī)本體501、雙自由度云臺502組成，伽馬射線成像系統(tǒng) 6安裝在伽馬相機(jī)及云臺5 —側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明屬于核工業(yè)用特種設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種可在核輻射環(huán)境下使用的應(yīng)急處理及救援機(jī)器人，由行走底盤、機(jī)械手臂、機(jī)器人本體運(yùn)動控制系統(tǒng)、機(jī)器人冗余導(dǎo)航控制系統(tǒng)、伽馬相機(jī)及云臺、伽馬射線成像系統(tǒng)、電池、控制器組成。行走底盤為履帶式結(jié)構(gòu)，電機(jī)放置在底盤中部，通過鏈條驅(qū)動履帶運(yùn)行，機(jī)械手放置在底盤前端，具有四個自由度，伽馬相機(jī)及成像系統(tǒng)位于機(jī)器人后部，放置在電池之上，伽馬相機(jī)可以對輻射的強(qiáng)度和方位進(jìn)行探測，并通過機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行應(yīng)急處理。
文檔編號B25J18/00GK102233575SQ201010159760
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者丑武勝, 劉源, 張韜懿, 李懷兵 申請人:北京航空航天大學(xué)