具有核設備管道檢測功能的蛇形機器人的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蛇形機器人，具體涉及的是一種具有核設備管道檢測功能的蛇形機器人。
【背景技術】
[0002]作為核電站的主要設備，各回路蒸汽管道和冷卻水廢液管路是核設施中的核心部件，在核退役處理中能否快速獲取管道中放射性污染的強弱、分布位置和實現(xiàn)高精度檢測是核退役中減少輻射危害的關鍵之處。核退役處理在退役實施的前期階段進行，通過對退役設施及場址中的放射性及有毒放射源進行分析、監(jiān)測，收集到相關信息以為退役方案的選擇和優(yōu)化進行參考。
[0003]而隨著電子技術，尤其是嵌入式技術的大力發(fā)展，機器人得到了廣泛的發(fā)展與應用。蛇形機器人是一種模仿生物蛇運動的新型機器人，它能很好的完成如蛇體一般的無肢運動，尤其是在表面粗糙度較大的地面上能夠自由移動。蛇形機器人因身體細長、橫截面小、運動狀態(tài)穩(wěn)定、靈活性強和適應環(huán)境能力適應強等優(yōu)點能夠應用于有輻射、黑暗、地震和管道等不適宜人類工作的領域。
[0004]基于蛇形機器人的特點，如果將其應用到核退役處理方面，將會是理想的選擇。然而，目前針對蛇形機器人的研究在國內(nèi)剛剛起步，很多技術還不夠成熟，尚不能靈活地應用于各個領域中，同樣也難以應用到核檢測領域中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述技術的不足，本發(fā)明提供了一種具有核設備管道檢測功能的蛇形機器人，其能夠靈活的進出于核設備及管道中，并實時采集其內(nèi)部的圖像和監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而很好地應用于核設備管道檢測領域方面。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下:
具有核設備管道檢測功能的蛇形機器人，包括由至少兩個關節(jié)模塊相互連接構成的蛇身，與蛇身一同構成蛇體的蛇頭和蛇尾，以及安裝在關節(jié)模塊內(nèi)、用于帶動其改變旋轉角度的關節(jié)驅(qū)動器；還包括檢測系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、上位機、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，其中:
檢測系統(tǒng)，安裝在蛇頭內(nèi)，用于采集核設備內(nèi)部圖像，并探測其內(nèi)的核輻射濃度、管道溫度、濕度、壓力以及障礙物；
定位系統(tǒng)，用于監(jiān)測和反饋蛇體的實時位置；
通信系統(tǒng)，用于實現(xiàn)檢測系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、上位機和控制系統(tǒng)之間的通信；
上位機，用于接收檢測系統(tǒng)和定位系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)并進行處理，然后根據(jù)處理的數(shù)據(jù)，通過通信系統(tǒng)向控制系統(tǒng)發(fā)送指令；
控制系統(tǒng)，用于根據(jù)上位機發(fā)送的指令，控制一個或多個關節(jié)驅(qū)動器帶動與其對應的關節(jié)模塊改變旋轉角度，使蛇體改變運動步態(tài)； 供電系統(tǒng)，用于向所有的關節(jié)驅(qū)動器提供驅(qū)動力。
[0007]進一步地，相鄰的關節(jié)模塊之間采用正交方式連接。
[0008]作為優(yōu)選，所述關節(jié)驅(qū)動器為舵機。
[0009]具體地說，所述檢測系統(tǒng)包括均安裝在蛇頭內(nèi)的攝像頭、核輻射探測器以及用于監(jiān)測核設備內(nèi)部的溫度、濕度、壓力和障礙物的傳感器組；所述的攝像頭、核輻射器和傳感器組均與通信系統(tǒng)連接。
[0010]再進一步地，所述定位系統(tǒng)為跟蹤定位器。
[0011]具體地說，所述通信系統(tǒng)包括同時與上位機和控制系統(tǒng)連接的遙控器，以及安裝在蛇頭內(nèi)、且同時與上位機、攝像頭、核輻射探測器、傳感器組和跟蹤定位器連接的無線收發(fā)模塊。
[0012]作為優(yōu)選，所述無線收發(fā)模塊的型號為nRF24L01。
[0013]更進一步地，所述控制系統(tǒng)包括安裝在蛇頭內(nèi)的主控芯片，以及在每個關節(jié)模塊內(nèi)均有安裝的從控芯片；所述主控芯片同時與遙控器及所有的從控芯片均相連接，并且每個關節(jié)模塊內(nèi)的從控芯片和關節(jié)驅(qū)動器均相互連接。
[0014]更進一步地，所述關節(jié)模塊包括關節(jié)主體、第一安裝槽、第二安裝槽、第一連接部和第二連接部，其中:
第一安裝槽，設置在關節(jié)主體內(nèi)部，用于安裝關節(jié)驅(qū)動器；
第二安裝槽，設置在關節(jié)主體前部，用于安裝從控芯片；
第一連接部，設置在關節(jié)主體右部，用于連接后端的關節(jié)模塊，并可使關節(jié)主體繞著后端的關節(jié)模塊在水平方向上做-90°?90°的轉動；
第二連接部，設置在關節(jié)主體左部，用于連接前端的關節(jié)模塊，并可使前端的關節(jié)模塊繞著關節(jié)主體在豎直方向上做-90°?90°的轉動。
[0015]作為優(yōu)選，所述主控芯片和從控芯片均為AVR單片機。
[0016]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
(I)本發(fā)明通過設置檢測系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、上位機和控制系統(tǒng)，在與由蛇頭、蛇身和蛇尾組成的蛇體配合后，以軟硬件有效結合的方式，能夠精確地反饋蛇體的實時位置，并控制其完成諸如側移、蜿蜒、蠕動等步態(tài)以及幾種步態(tài)組合后的新型步態(tài)，實現(xiàn)了蛇形機器人的精確步態(tài)控制，從而靈活進出于核設備中各個部位和管道，完成對核設備內(nèi)部的監(jiān)控及相關參數(shù)(核輻射濃度、管道溫度、濕度和壓力等)的檢測，進而順利完成核退役處理工作，為核設備退役方案的選擇和優(yōu)化提供有意義、有價值的參考。
[0017]( 2 )本發(fā)明中相鄰關節(jié)模塊采用正交方式連接，可方便實現(xiàn)兩個關節(jié)模塊中一個在水平方向上、另一個在豎直方向上做-90°?90°的轉動，從而使蛇體的轉動更加靈活。
[0018](3)本發(fā)明中的關節(jié)驅(qū)動器采用舵機，其具有體積緊湊、便于安裝、輸出力矩大、穩(wěn)定性好、控制簡單的優(yōu)點，在配合AVR單片機的主、從控芯片后，可以更好地控制關節(jié)模塊的旋轉，提高其旋轉的響應速度。
[0019](4)本發(fā)明中的定位系統(tǒng)采用跟蹤定位器，不僅可以對蛇體進行定位，而且當蛇體在檢測過程中自身出現(xiàn)故障時，還可以準確定位出蛇體所處的位置。
[0020](5)本發(fā)明采用nRF24L01無線收發(fā)模塊作為數(shù)據(jù)傳輸器件，其接口通用性非常強，并且電流消耗極低，能很好地在傳輸相關檢測數(shù)據(jù)的同時，向主控芯片發(fā)送蛇體運動步態(tài)指令。
[0021](6)本發(fā)明合理設計了單個關節(jié)模塊的結構，使其不僅能夠在水平或豎直方向上轉動，而且可以很好地安裝其他系統(tǒng)的設備，令蛇體與參數(shù)檢測及步態(tài)執(zhí)行設備之間得到完美的結合，從而保證了蛇形機器人對核設備及管道內(nèi)部環(huán)境檢測的全面性和準確性，進一步提尚了參考的價值。
[0022](7)本發(fā)明設計合理，蛇體體積小巧，控制靈活、便捷，靈敏度高，監(jiān)測定位準，穩(wěn)定性和可靠性強，因此，其具有很高的實用價值和推廣價值。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成構架示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明中蛇頭、蛇身和蛇尾的連接示意圖。
[0025]圖3為相鄰兩個關節(jié)模塊的組裝示意圖。
[0026]其中，附圖標記對應的零部件名稱為:
1-蛇頭，11-凹槽，12-蛇嘴，13-蛇眼，2-蛇身，31-關節(jié)主體，32-第一安裝槽，33-第二安裝槽，34-第一連接部，35-第二連接部，4-蛇尾。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例
[0028]本發(fā)明提供了一種可以應用到核設備及管道檢測方面的蛇形機器人，其系統(tǒng)組成構架如圖1所示，包括蛇體、檢測系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、上位機、控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。如圖2所示，所述的蛇體包括蛇頭1、蛇身2和蛇尾4，其中，蛇身2由至少兩個關節(jié)模塊相互連接構成，每個關節(jié)模塊中均安裝有關節(jié)驅(qū)動器，而所述的蛇頭I與蛇身2前端活動連接，所述的蛇尾4與蛇身2的后端活動連接。再如圖2、3所示，本實施例中，所述的蛇頭I包括凹槽11、蛇嘴12和蛇眼13，所述的關節(jié)模塊包括關節(jié)主體31、第一安裝槽32、第二安裝槽33、第一連接部34和第二連接部35，圖3中，相鄰的兩個關節(jié)模塊采用正交方式連接，其具體的連接方式:前面一個關節(jié)主體右部的第一連接部34打孔，然后扣接后面一個關節(jié)主體左部的第二連接部35。如此一來，前面的關節(jié)主體可以繞著后面的關節(jié)主體在水平方向上做-90°?90°的轉動；而后面的關節(jié)主體則可以繞著更后面的關節(jié)主體在豎直方向上做-90°?90°的轉動。所