構(gòu)70均為直接控制相應(yīng)關(guān)節(jié)的舵機(jī)。
[0016]電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測機(jī)器人系統(tǒng)研宄的目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)在核電站內(nèi)部運(yùn)動(dòng)和監(jiān)測核電站內(nèi)部環(huán)境的功能。根據(jù)功能將核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測機(jī)器人系統(tǒng)劃分為三個(gè)分系統(tǒng):機(jī)械系統(tǒng)、傳感監(jiān)測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。這三個(gè)分系統(tǒng)通過接口結(jié)合為一體，相互協(xié)調(diào)配合。
[0017]機(jī)械系統(tǒng)依照機(jī)器人對(duì)運(yùn)動(dòng)能力的要求，采用腿足吸附式行走機(jī)構(gòu)，本體有5個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，每個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)由舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，本體具備5自由度操作能力；機(jī)器人兩端為吸盤，采用壁面適應(yīng)性強(qiáng)且吸附力大的真空吸盤吸附方式，通過吸盤與接觸面的吸附實(shí)現(xiàn)攀爬和行走。本實(shí)用新型中所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40控制兩個(gè)腿足上的踝關(guān)節(jié)，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)50以及第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70控制腿足與兩個(gè)主體之間的肩關(guān)節(jié)，而第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)60則控制兩個(gè)主體之間的中間關(guān)節(jié)。上述配置使得機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)地面行走、轉(zhuǎn)彎、越障、多面跨越等運(yùn)動(dòng)，本實(shí)用新型的運(yùn)動(dòng)方式包括翻越式行進(jìn):以一個(gè)腿足吸附地面(或墻壁或物體表面)，兩個(gè)肩關(guān)節(jié)(繞Y軸的3個(gè)關(guān)節(jié))配合進(jìn)行180度翻轉(zhuǎn)(中間關(guān)節(jié)可以參與翻轉(zhuǎn)或不參與翻轉(zhuǎn))，而實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)式的行進(jìn)運(yùn)動(dòng)。扭轉(zhuǎn)式行進(jìn):則一個(gè)腿足吸附地面，著地端腿足上的踝關(guān)節(jié)扭轉(zhuǎn)，另一腿足著地后也進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，踝關(guān)節(jié)繞Z軸的2個(gè)自由度，可以交替動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人本體呈扭轉(zhuǎn)式行進(jìn)，這種方式與翻越式相比運(yùn)動(dòng)速度快而且穩(wěn)定，所需的運(yùn)動(dòng)空間小。正常行進(jìn):以一個(gè)腿足吸附地面，兩個(gè)肩關(guān)節(jié)和中間關(guān)節(jié)俯仰運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人主體行進(jìn)。運(yùn)動(dòng)完成后足部吸盤吸附在相應(yīng)位置，吸附穩(wěn)定后進(jìn)行下一步運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)中，伴隨機(jī)器人雙足的移動(dòng)，雙足底部的吸盤交替吸附、釋放。
[0018]驅(qū)動(dòng)力矩對(duì)于機(jī)器人穩(wěn)定可靠運(yùn)動(dòng)極其重要，通過分析運(yùn)動(dòng)過程中使得關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩最大的步態(tài)，開展理論計(jì)算和Adams仿真，以確定關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩。工況包括:1)行走時(shí)一吸盤吸附地面，第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)50以及第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)70做抬腿運(yùn)動(dòng)(肩關(guān)節(jié)力矩分析)；2)—吸盤吸附于墻壁，多關(guān)節(jié)配合翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(肩關(guān)節(jié)力矩分析);3)—吸盤吸附于墻壁，第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)40扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(踝關(guān)節(jié)力矩分析)。最后確定，行走時(shí)踝關(guān)節(jié)需提供最大力矩為9.7kg.cm，翻越時(shí)踝關(guān)節(jié)需提供最大力矩為10 kg.cm，在墻壁上扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)踝關(guān)節(jié)需提供最大力矩為10.2 kg.cm。因此，關(guān)節(jié)最大力矩需求為10.2 kg.cm?？紤]余量后選擇額定扭矩為17 kg.cm的舵機(jī)。
[0019]所述探測部80包括用于探測周圍環(huán)境情況的環(huán)境常規(guī)檢測部81、用于預(yù)警突發(fā)事件的事故預(yù)警監(jiān)測部82以及用于探測障礙物的輔助運(yùn)動(dòng)探測部83。所述環(huán)境常規(guī)檢測部81包括分別連接于所述控制部90的溫度監(jiān)測單元、濕度監(jiān)測單元以及視覺監(jiān)測單元；所述事故預(yù)警監(jiān)測部82包括分別連接于所述控制部90的火災(zāi)監(jiān)測單元、氣體泄漏監(jiān)測單元以及地震監(jiān)測單元；所述輔助運(yùn)動(dòng)探測部83包括距離測量單元，所述距離測量單元為超聲波測距傳感器。傳感系統(tǒng)的功能主要包含三方面:(1)核電站環(huán)境的常規(guī)監(jiān)測。常規(guī)監(jiān)測主要包括內(nèi)部的溫度、濕度、視覺；(2)核電站突發(fā)狀況預(yù)警。突發(fā)狀況包括火災(zāi)，地震以及有害氣體泄露等；(3)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，在機(jī)器人的肩部布置了超聲波測距傳感器，可以測量機(jī)器人距離前方障礙物的距離，為運(yùn)動(dòng)控制提供依據(jù)。因此，在硬件系統(tǒng)中配置了相對(duì)應(yīng)的傳感器和攝像頭。傳感系統(tǒng)硬件方面包括溫濕度傳感器、震動(dòng)傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、有害氣體傳感器等用于對(duì)周圍環(huán)境的監(jiān)測，其中溫濕度傳感器為模擬量傳感器，實(shí)時(shí)顯示環(huán)境的溫度以及濕度，震動(dòng)傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、有害氣體傳感器為數(shù)字量傳感器，當(dāng)核電站內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)、地震或有害氣體泄露時(shí)及時(shí)預(yù)警。
[0020]所述控制部90包括主控單元91，分別連接該主控單元91的無線通訊單元92以及電源模塊93，所述主控單元91為嵌入式的控制器?？刂葡到y(tǒng)是機(jī)器人的神經(jīng)中樞，選擇采用兩級(jí)主從式的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。即采用主、從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能，主從兩級(jí)采用無線的方式通訊。
[0021]核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測機(jī)器人工作于核電站內(nèi)部，操作人員通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)主要由上位機(jī)即遠(yuǎn)程控制平臺(tái)和下位機(jī)即嵌入式控制平臺(tái)兩個(gè)部分組成。其中上位機(jī)為普通PC，包括人機(jī)界面和操作終端，負(fù)責(zé)運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)的設(shè)定、運(yùn)動(dòng)方式的選擇、運(yùn)動(dòng)的控制、核電站環(huán)境監(jiān)測內(nèi)容顯示等。下位機(jī)為嵌入式控制系統(tǒng)(控制部90)，與運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳感系統(tǒng)連接，負(fù)責(zé)接收上位機(jī)發(fā)送的控制命令、參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)操作，同時(shí)接收傳感器反饋的環(huán)境信息以及機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并向上位機(jī)發(fā)送。上位機(jī)與下位機(jī)之間通過無線通訊模塊形成無線互聯(lián)。
[0022]安全殼可以抵御地震、龍卷風(fēng)和噴氣式飛機(jī)沖擊等外力的撞擊。反應(yīng)堆安全殼用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)筑壁厚近100cm，內(nèi)表面加有0.6cm的鋼襯，可以抗御來自內(nèi)部或外界的飛出物，防止放射性物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境。如此厚的安全殼，對(duì)于無線通信的屏蔽作用非常巨大，安全殼外與安全殼內(nèi)的無線通信幾乎被隔絕，在現(xiàn)有技術(shù)水平下，基于無線通信的遙操作方式幾乎不可行，因此，本實(shí)用新型采用有線+無線的通信體制(如圖6所示)，即在安全殼內(nèi)安裝無線通信路由器，在安全殼內(nèi)的設(shè)備可采用無線通信，而該設(shè)備采用有線的形式連接到安全殼外，以克服由于安全殼的強(qiáng)大屏蔽能力使得無線通信設(shè)備無法正常工作。
[0023]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:該小型爬壁機(jī)器人包括著地的兩個(gè)腿足(10)以及由該兩個(gè)腿足(10)架起來的第一主體(20)和第二主體(30)，所述第一主體(20)和第二主體(30)分別與兩個(gè)腿足(10)的頂端鉸接，第一主體(20)與第二主體(30)之間鉸接連接，所述兩個(gè)腿足(10)均包括腿桿部(11)、足端部(12)以及設(shè)置于足端的吸附部(13)，該小型爬壁機(jī)器人還包括設(shè)置于腿桿部(11)與足端部(12)之間用于控制腿桿部(11)水平旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(40)，設(shè)置于一支腿足(10)頂端與第一主體(20)之間用于控制第一主體(20)俯仰運(yùn)動(dòng)的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(50)，設(shè)置于第一主體(20)與第二主體(30)之間控制第一主體(20)或第二主體(30)俯仰運(yùn)動(dòng)的第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(60)以及設(shè)置于另外一支腿足(10)頂端與第二主體(30)之間控制第二主體(30)俯仰運(yùn)動(dòng)的第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(70)，該小型爬壁機(jī)器人還進(jìn)一步包括設(shè)置于第一主體(20)、第二主體(30)或兩個(gè)腿足(10)上的探測部(80)以及控制機(jī)器人各部工作的控制部(90)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述吸附部(13)包括設(shè)置于足端的真空吸盤(131)以及連接所述真空吸盤(131)的氣泵(132)0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述探測部(80)包括用于探測周圍環(huán)境情況的環(huán)境常規(guī)檢測部(81)、用于預(yù)警突發(fā)事件的事故預(yù)警監(jiān)測部(82)以及用于探測障礙物的輔助運(yùn)動(dòng)探測部(83)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述環(huán)境常規(guī)檢測部(81)包括分別連接于所述控制部(90)的溫度監(jiān)測單元、濕度監(jiān)測單元以及視覺監(jiān)測單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述事故預(yù)警監(jiān)測部(82)包括分別連接于所述控制部(90)的火災(zāi)監(jiān)測單元、氣體泄漏監(jiān)測單元以及地震監(jiān)測單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述輔助運(yùn)動(dòng)探測部(83)包括距離測量單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述距離測量單元為超聲波測距傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述控制部(90)包括主控單元(91)，分別連接該主控單元(91)的無線通訊單元(92)以及電源模塊(93)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述主控單元(91)為嵌入式的控制器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人，其特征在于:所述第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(40)、第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(50)、第三驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(60)以及第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(70)均為直接控制相應(yīng)關(guān)節(jié)的舵機(jī)。
【專利摘要】一種用于核電站安全殼內(nèi)環(huán)境監(jiān)測的小型爬壁機(jī)器人包括兩個(gè)腿足（10）以及由該兩個(gè)腿足（10）架起來的第一主體（20）和第二主體（30），該小型爬壁機(jī)器人還包括控制腿桿部（11）水平旋轉(zhuǎn)的第一驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（40），用于控制第一主體（20）和第二主體（30）的第二驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（50）至第四驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)（70），進(jìn)一步包括探測部（80）以及控制部（90）。本實(shí)用新型中的小型爬壁機(jī)器人攜帶多個(gè)傳感器，可進(jìn)行全方位的探測；集成度高，機(jī)構(gòu)緊湊，遠(yuǎn)程操作時(shí)采用無線+有線的方式，克服了安全殼對(duì)通信信息的屏蔽。
【IPC分類】G05D1-02
【公開號(hào)】CN204576263
【申請?zhí)枴緾N201520245772
【發(fā)明人】徐文福, 關(guān)達(dá), 黃志雄, 王洪濤
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年4月22日