具有X射线透视成像功能的机器人的制作方法

本发明属于安全监测技术领域，涉及一种利用x射线透视检查的具有x射线透视成像功能的机器人。

背景技术：

对进入重要场所的人员、行李及货柜，实施非接触的安全检查，已成为目前最广泛采用的安检措施。各类金属或非金属武器，毒药、爆炸物是检测的重点。特别是机场、火车站等人流聚集的场所，如果发现遗留嫌疑物品时，需要通知特警或排爆专家对其进行x光透视检查是否为爆炸物，并且根据情况排除或者转移。而目前常见的方式，是排爆专家穿着笨重的排爆服，携带便携式x射线检查仪到嫌疑物品旁进行透视检查，这样离嫌疑物品很近，如果嫌疑物品是爆炸物，被犯罪分子引爆或意外爆炸，则会对排爆人员造成严重伤害甚至致死。而目前常见的机器人往往只配备一个排爆抓手，能握住一个几公斤的小设备，且使用时受各种因素限制(如尺寸过小，深度不够，无实时图像，无三维结构分布，穿透力不够等等)，使用起来很不方便。因此，如何提供一种能自动携带x射线透视设备到现场进行三维检查的机器人是需要解决的问题。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种具有x射线透视成像功能的机器人，能自动携带x射线透视设备到现场进行三维检查。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式一种具有x射线透视成像功能的机器人，包括：驱动式底盘、多自由度的机械臂、x光机和探测器；其中，

所述x光机和探测器分别安装在所述多自由度的机械臂上；

所述多自由度的机械臂设在所述驱动式底盘上，能带动所述x光机和探测器在所述驱动式底盘上进行多角度运动。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的具有x射线透视成像功能的机器人，其有益效果为：

通过设置有机连接的驱动式底盘、多自由度的机械臂、x光机和探测器，能完成转向、伸展、抬高、旋转360度等复杂动作，其多自由度的机械臂上携带有一对相向放置的探测器和x光机。由于机器人是一体化的，其携带能力较强，可以携带大功率x光机和大尺寸探测器，因此穿透能力比普通的便携式光机大，可以穿透较厚的钢板，能对物体进行多角度检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的机器人的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的实现螺旋锥束ct扫描的示意图；

图3为本发明实施例提供的机器人的各个运动维度示意图；

图1中，1.机器人底盘(含电池)；2.履带；3.支撑脚；4.旋转台；5.肩关节部件；6.上臂；7.肘关节部件；8.前臂；9.旋转头；10.腕关节部件；11.横连杆(带滑轨)；12.摄像头；13.宽度调节滑块；14.深度调节滑块；15.竖连杆(带滑轨)；16.探测器；17.x光机；

图2中，16.探测器；17.x光机；18.待检物品；26.旋转；28.移动；

图3中，20.机器人前后移动；21.机器人旋转；22.肩关节部件转动；23.肩关节部件上下摆动；24.肘关节部件上下摆动；25.腕关节部件上下摆动；26.旋转头转动；27.宽度调节(水平移动)；28.深度调节(垂直移动)；

图4为本发明实施例提供的机器人的宽度调节机构与深度调节机构的结构示意图；

图5为图4中的a处剖视放大示意图；

图4中，16.探测器；17.x光机；41.宽度调节机构；42.第一深度调节机构；43.第一驱动电机；431.第二驱动电机；432.第三驱动电机；44.上伸缩框架；45.下伸缩框架；45.上齿条；451.下齿条；46.齿轮；47.外套筒；48.第二深度调节机构；

图6为本发明实施例提供的机器人的宽度调节机构与深度调节机构的结构另一种结构示意图；

图6中，16.探测器；17.x光机；51.伸缩套筒式深度调节结构；52.伸缩套筒式宽度调节结构；53.液压泵。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至3所示，本发明实施例一种具有x射线透视成像功能的机器人，包括：驱动式底盘、多自由度的机械臂、x光机和探测器；其中，

所述x光机和探测器分别安装在所述多自由度的机械臂上；

所述多自由度的机械臂设在所述驱动式底盘上，能带动所述x光机和探测器在所述驱动式底盘上进行多角度运动。

上述机器人中，多自由度的机械臂包括：

旋转台部件、肩关节部件、上臂部件、肘关节部件、前臂部件、旋转头、腕关节部件、宽度调节机构、第一深度调节机构和第二深度调节机构；其中，

旋转台部件安装在驱动式底盘上；

肩关节部件安装在旋转台部件上，上臂部件、肘关节部件、前臂部件和腕关节部件依次连接；

旋转头与腕关节部件连接；

宽度调节机构与旋转头连接；

宽度调节机构的两端分别设置第一深度调节机构和第二深度调节机构，该宽度调节机构能调节第一深度调节机构与第二深度调节机构之间的宽度；

第一深度调节机构上设有用于安装x光机的第一位置调节部件，能调节第一位置调节部件在第一深度调节机构上的位置；

第二深度调节机构上设有用于安装探测器的第二位置调节部件，能调节第二位置调节部件在第二深度调节机构上的位置。

上述多自由度的机械臂中，宽度调节机构优选采用由第一驱动电机、两个滑块和导轨构成的滑块导轨机构；其中，两个滑块分别安装第一深度调节机构和第二深度调节机构，第一驱动电机能驱动两个滑块在导轨内滑动，调节安装x光机的第一深度调节机构与安装探测器的第二深度调节机构之间的宽度，进而调节x光机与探测器之间的宽度；

第一深度调节机构优选采用由第二驱动电机、第二滑块和第二导轨构成的滑块导轨机构；其中，第二滑块作为第一位置调节部件用于安装x光机，第二驱动电机能驱动第二滑块在第二导轨内滑动，进而调节x光机的深度；

第二深度调节机构优选采用由第三驱动电机、第三滑块和第三导轨构成的滑块导轨机构；其中，第三滑块作为第二位置调节部件用于安装探测器，第三驱动电机能驱动第三滑块在第三导轨内滑动，进而调节探测器的深度。

如图4、5所示，上述机器人中，宽度调节机构为由第一驱动电机、上伸缩框架、下伸缩框架、上齿条、下齿条、齿轮和外套筒构成的齿轮齿条机构；其中，上伸缩框架与下伸缩框架相对放置设在外套筒内，上伸缩框架与下伸缩框架相互重叠形成一个正方形框架；

上伸缩框架的内面上固定设置上齿条，下伸缩框架的内面上固定设置下齿条，齿轮夹设在上、下伸缩框架上的上、下齿条之间；

第一驱动电机与齿轮连接，能驱动齿轮转动带动上、下齿条使上、下伸缩框架在外套筒中伸出或缩回；

第一深度调节机构为由第二驱动电机、第二伸缩框架、第二伸缩框架、第一齿条、第二齿条、第二齿轮、第二外套筒和第一位置调节部件构成的齿轮齿条机构；其中，第一伸缩框架与第二伸缩框架相对放置设在第二外套筒内，第一伸缩框架与第二伸缩框架相互重叠形成一个正方形框架；

第一伸缩框架的内面上固定设置第一齿条，第二伸缩框架的内面上固定设置第二齿条，第二齿轮夹设在第一、第二伸缩框架上的第一、第二齿条之间；

第二驱动电机与第二齿轮连接，能驱动该第二齿轮转动带动第一、第二齿条使第二伸缩框架在第二外套筒中伸出或缩回；

第一位置调节部件与第二齿轮连接，设在第二外套筒外；

第二深度调节机构为由第三驱动电机、第三伸缩框架、第四伸缩框架、第三齿条、第四齿条、第三齿轮和第三外套筒构成的齿轮齿条机构；其中，第三伸缩框架与第四伸缩框架相对放置设在第三外套筒内，第三伸缩框架与第四伸缩框架相互重叠形成一个正方形框架；

第三伸缩框架的内面上固定设置第三齿条，第四伸缩框架的内面上固定设置第四齿条，第三齿轮夹设在第三、第四伸缩框架上的第三、第四齿条之间；

第三驱动电机与第三齿轮连接，能驱动第三齿轮转动带动第三、第四齿条使第四伸缩框架在第三外套筒中伸出或缩回；

第二位置调节部件与第三齿轮连接，设在第三外套筒外。

进一步的，上述宽度调节机构也可以采用由第一驱动电机、上伸缩框架、下伸缩框架、上丝杠、下丝杠、顶丝和外套筒构成的螺纹丝杠机构；其中，上伸缩框架与下伸缩框架相对放置设在外套筒内，上伸缩框架与下伸缩框架相互重叠形成一个正方形框架；

上伸缩框架的内面上设置上丝杠，下伸缩框架的内面上固定设置下丝杠，顶丝夹设在上、下伸缩框架上的上、下丝杠之间；

第一驱动电机与顶丝连接，能驱动顶丝转动带动上、下丝杠使上、下伸缩框架在外套筒中伸出或缩回；

第一深度调节机构也可以采用由第二驱动电机、第二伸缩框架、第二伸缩框架、第一丝杠、第二丝杠、第二顶丝、第二外套筒和第一位置调节部件构成的螺纹丝杠机构；其中，

第一伸缩框架与第二伸缩框架相对放置设在第二外套筒内，第一伸缩框架与第二伸缩框架相互重叠形成一个正方形框架；

第一伸缩框架的内面上设置第一丝杠，第二伸缩框架的内面上设置第二丝杠，第二顶丝夹设在第一、第二伸缩框架上的第一、第二丝杠之间；

第二驱动电机与第二顶丝连接，能驱动该第二顶丝转动带动第一、第二丝杠使第二伸缩框架在第二外套筒中伸出或缩回；

第一位置调节部件与第二顶丝连接，设在第二外套筒外；

第二深度调节机构也可以采用由第三驱动电机、第三伸缩框架、第四伸缩框架、第三丝杠、第四丝杠、第三顶丝和第三外套筒构成的齿轮丝杠机构；其中，

第三伸缩框架与第四伸缩框架相对放置设在第三外套筒内，第三伸缩框架与第四伸缩框架相互重叠形成一个正方形框架；

第三伸缩框架的内面上固定设置第三丝杠，第四伸缩框架的内面上固定设置第四丝杠，第三顶丝夹设在第三、第四伸缩框架上的第三、第四丝杠之间；

第三驱动电机与第三顶丝连接，能驱动第三顶丝转动带动第三、第四丝杠使第四伸缩框架在第三外套筒中伸出或缩回；

第二位置调节部件与第三顶丝连接，设在第三外套筒外。

进一步的，上述机器人中，宽度调节机构为采用液压或气压驱动的两端头伸缩套筒机构；第一、第二深度调节机构均为单端头伸缩套筒机构。

上述机器人中，旋转台部件、肩关节部件、上臂部件、肘关节部件、前臂部件、旋转头和腕关节部件内均设有驱动电机，能驱动各部件转动。

上述机器人的机械臂与宽度调节机构和第一、第二深度调节机构配合，宽度调节机构和两条平行的深度调节机构组成了x光机与探测器的固定支架，宽度调节机构和两条平行的深度调节机构配合可以调节x光机与探测器之间的宽度和纵深深度，并且宽度调节机构中心安装在旋转头上，可以带着探测器与x光机围绕被检物品360度旋转，进而可进行ct扫描，也可以实时动态进行x射线成像，能实现零接触全方位检查物品的功能。

上述机器人中，旋转头设有成像设备安装位；还包括：x射线成像设备，安装旋转头的成像设备安装位上。

上述机器人还包括：旋转头设有替换式安装位；还包括：机械抓手，安装在旋转头的替换式安装位上。

上述机器人中，驱动式底盘采用履带式驱动底盘或轮式驱动底盘。

上述履带式驱动底盘包括：底盘本体、两条驱动履带和四个支撑脚；其中，

底盘本体两侧分别设置驱动履带，四个支撑脚分别设在底盘本体两侧，处于两侧的驱动履带外侧形成复合履带式驱动底盘。

上述轮式驱动底盘包括：底盘本体、两组驱动轮和四个支撑脚；其中，

底盘本体两侧分别设置驱动轮，四个支撑脚分别设在底盘本体两侧，处于两侧的驱动轮外侧。

本发明实施例提供的具有x射线透视成像功能的一体化机器人，很好的解决了目前并没有一款专门的一体化x射线检查机器人的问题，采用履带式驱动或轮式驱动，并设有支撑脚，可以越障爬坡、旋转、掉头。并且具有四个可翻转的支撑脚，支撑脚不但具有稳定机器人重心，还可以翻越台阶越障。机器人底盘上安装的机械臂完全模拟人手臂，具有肩关节部件、肘关节部件、腕关节部件，能完成转向、伸展、抬高、旋转360度等复杂动作，其手臂上携带有一对相向放置的探测器和x光机。由于机器人是一体化的，其携带能力较强，可以携带大功率x光机和大尺寸探测器，因此穿透能力比普通的便携式光机大，可以穿透较厚的钢板。

本发明机器人的优点如下：

(1)采用复合履带式驱动底盘，能越障、爬坡、爬楼梯、转向、前后行进。

(2)具有模拟人手臂的机械臂，能实现肩关节部件旋转、肩关节部件摆动、肘关节部件摆动、腕关节部件摆动、腕关节部件旋转等复杂运动。

(3)探测器和x光机之间的宽度以及纵深深度可以调节。自适应能力强。

(4)探测器和x光机能围绕物品旋转和平移，因此可以实现ct扫描，根据物质密度分析出是否为违禁品。

(5)机械臂携带重量大，可以换装不同尺寸重量的探测器和x光机。

(6)机械臂可换装机械抓手，在确定为爆炸物后，可以控制机械抓手远程排爆或转移。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的机器人的整个x射线成像设备以及机械臂安装在底盘1上，底盘1由履带2驱动，带有四个可旋转支撑脚3，支撑脚也采用履带式驱动，并且可旋转。在越障碍物、爬楼梯等时候，支撑脚3旋转并提供额外驱动力；在到达目的地后，支撑脚展开，保持车辆重心，避免倾覆。

底盘1上安装有旋转台4，旋转台4上安装机械臂，机械臂由肩关节部件5、上臂部件6、肘关节部件7、前臂8、旋转头9、腕关节部件10组成。旋转台4、肩关节部件5、肘关节部件7、腕关节部件10、旋转头9都由电机驱动，可以实现复杂的运动。机械臂顶端旋转头9安装x射线成像设备，必要时可更换为机械抓手。

x射线成像设备由x光机17、探测器16、一条横连杆11、两条平行竖连杆15组成，安装在旋转头9上。竖连杆15与横连杆11通过宽度调节滑块13连接，经电机驱动，使两根竖连杆15之间的距离扩大或缩小，实现调节x光机17与探测器16之间的宽度。x光机17和探测器16分别固定在两根竖连杆15上的深度调节滑块14上，经电机驱动，可以使x光机17和探测器16沿竖连杆15上下滑动，从而调节探测器16、x光机17与横连杆11之间的纵深深度。

如图2所示，旋转头9通过电机驱动，可以带着探测器16与x光机17围绕被检物品18做360度旋转26；同时，深度调节滑块14带动探测器16与x光机17同步垂直移动28。形成螺旋上升的扫描路线，可进行锥束ct扫描，也可以实时动态成x射线成像，能实现零接触全方位检查物品的功能。

计算机断层成像技术(简称ct)在医学、航空、安检等领域中有着广泛的应用。经过多年的发展，ct的扫描方式已经由最初的二维平行束扫描、二维扇形束扫描发展到三维锥束扫描。三维锥束ct与二维ct相比，具有射线利用率高、空间分辨率高、扫描时间短等优点。在本发明中，探测器16采用面阵列探测器，x光机17发出的是标准锥束x光，探测器16中心与x光机17出束口中心沿轴线对齐。x射线成像设备在旋转的同时，同步垂直位移，整个扫描可以用标准锥束重建算法重建。从数学意义上来说，锥束投影重建算法都是基于3dradon变换理论。在本发明中采用常见的katsevich公式来进行锥束ct重建，此处不再累述。

如图3所示，履带2、支撑脚、旋转台、肩关节部件、肘关节部件、腕关节部件、旋转头都由电机驱动，可以实现复杂的运动，如：

(1)履带2可以带动底盘1前后移动20、旋转21；

(2)支撑脚3可以带动底盘1越障、爬楼梯；

(3)旋转台4可以带动肩关节部件5旋转360度22；

(4)肩关节部件5可以带动上臂6摆动90度23；

(5)肘关节部件7可以带动前臂8摆动90度24；

(6)腕关节部件10可以带动旋转头摆动90度25；

(7)旋转头9可以带动x射线成像设备旋转360度26；

(8)宽度调节滑块13可以调节两根竖连杆15之间的宽度27；

(9)深度调节滑块14可以调节探测器16、x光机17与横连杆11之间的深度28。

如图4、5所示，深度调节机构和宽度调节机构是采用齿轮齿条方式实现，以深度调节机构为例，该深度调节机构由第一驱动电机43、上伸缩框架44、下伸缩框架441，上齿条45、下齿条451、齿轮46和外套筒47组成。宽度调节结构由于是双向同时伸缩，因此使用了两组伸缩框架44、441和两组齿条45、451，两组伸缩框架44、441相对放置，可以重叠相互插入合成一个正方形框架，外套筒47是方形框架，其内径比伸缩框架44、441外径略大一点。第一驱动电机43旋转，带动齿轮46旋转，使得上、下齿条45、451沿齿轮46切线移动，齿轮46与上、下伸缩框架44固定在一体，因此使得上、下伸缩框架44从外套筒47内伸出部分的长度发生变化。实现了调节宽度和深度的功能。这种机构的调节方式不局限于使用齿轮齿条的结构，还可以采用类似螺纹丝杠的工作方式实现(把齿条变成了有内螺纹的圆筒，把齿轮变成了带外螺纹的顶丝)，常见的电推杆机构就是这种结构，在此不再累述。

如图6所示，深度调节机构和宽度调节机构是采用伸缩套筒方式实现，通常采用液压或气压等驱动方式，伸缩部件是一层层外径逐渐变粗的套筒组成，套筒有方型、圆形或其他各种形状。通过调节液压(或气压)，使得细套筒从粗套筒中伸出或缩回，从而实现宽度和深度的调节功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。