一种核辐射环境监测取样机器人的制作方法

文档序号:16896420发布日期:2019-02-15 23:43阅读:156来源:国知局
一种核辐射环境监测取样机器人的制作方法

本发明涉及核工业用特种设备领域,具体涉及一种核辐射环境监测取样机器人。



背景技术:

核能是人类最具希望的未来能源之一,核工业的发展不断推动着人类的进步,但随着核能与核技术的利用与发展,核泄漏、核放射源失控事件也日益增多。日本福岛核泄漏事故曾引起国际高度关注,对于这些核辐射事故处理往往需要专业人员来处理,但核辐射对人的身体健康有极大威胁,而机器人却可以代替人在核环境下工作,所以各国对于核环境下工作的机器人研究从未停止过。日本目前研制的monirobo机器人被用来送往高辐射区域进行监控和辐射水平检测。美国irobot公司研制的packbot510和warrior710机器人,曾协助援助日本解决日本福岛戴一核电站事故;但是其采用的履带式底盘难以适应各种复杂地形,且其行进速度也受了极大的限制。



技术实现要素:

针对现有技术的上述不足,本发明提供了一种适应各种复杂地形环境的核辐射环境监测取样机器人。

为达到上述发明目的,本发明所采用的技术方案为:

提供一种核辐射环境监测取样机器人,其包括车身底盘、电气控制箱和遥控器,车身底盘上安装有机械臂和核辐射监测装置,机械臂上设置有机械爪和固定相机;核辐射监测装置包括第一旋转平台、云台和相机模组,第一旋转平台安装在车身底盘上,云台通过支撑杆安装在第一旋转平台上,相机模组安装在云台上;车身底盘的底部安装有驱动装置;电气控制箱内设置有相互电连接的数据处理模块和第一通信模块,相机模组、机械臂、驱动装置均与数据处理模块电连接;遥控器包括相互电连接的控制模块和第二通信模块,第二通信模块与第一通信模块匹配,控制模块包括信号输入模块和显示屏。

进一步地,驱动装置包括驱动电机和安装于车身底盘上的三角安装壳体,驱动电机安装在三角安装壳体的顶端,驱动电机的转轴上安装有两个驱动链轮,两个驱动链轮分别通过链条与两个从动链轮连接,两个从动链轮分别安装于三角安装壳体下端的两个脚上,且两个从动链轮上均设置有车轮;驱动电机与数据处理模块电连接。

进一步地,车身底盘的前后均安装有车轴,且车轴与车身底盘通过轴承法兰连接,车轴的两端均安装有驱动装置,三角安装壳体通过轴承法兰与车轴连接。

进一步地,驱动链轮和从动链轮均安装于三角安装壳体内,驱动电机和车轮安装于三角安装壳体外。

进一步地,机械臂包括安装在车身底盘上的第二旋转平台,第二旋转平台下设置有旋转电机和减速器,第二旋转平台上通过力矩马达连接有第三机械臂,第三机械臂通过力矩马达连接有第二机械臂,第二机械臂通过力矩马达连接有第一机械臂;机械爪和固定相机均安装于第一机械臂上,力矩马达均通过马达驱动模块与数据处理模块电连接,旋转电机和减速器均与数据处理模块电连接。

进一步地,机械爪和固定相机分别安装于第一机械臂的两端,力矩马达与第一机械臂的中部连接。

进一步地,云台内也安装有力矩马达,力矩马达通过马达驱动模块与数据处理模块电连接。

进一步地,相机模块包括伽马相机和伽马剂量仪。

进一步地,固定相机的拍摄目标位于机械爪的活动区域内。

进一步地,车身底盘的前端设置有普光灯和鱼眼相机,普光灯和鱼眼相机均与数据处理模块电连接;车身底盘上设置有放样台。

本发明的有益效果为:本发明适用于复杂地形下的辐射灾害地辐射源监测、应急及辐射物现场采样作业,车身底盘上搭载了核辐射监测装置和机械臂,相机模组对核辐射区域进行检测,机械臂上的机械爪用于现场采样,并通过固定相机进行拍摄和监控;相机模组可通过第一旋转平台和云台的带动进行旋转,实现多视角观察,易于多方位监测核辐射源;底盘驱动装置用于驱动机器人整体移动,遥控器通过远程遥控控制机器人进行采样和检测。

驱动装置采用两个驱动链轮分别通过链条带动两个从动链轮的旋转,同时三角安装架也可绕车轴自由旋转,这样四组驱动装置间又相互独立,从而实现车轮在保证前进动力的同时,根据各种地形需要,能自动调整车轮位置,以适应各种复杂地形。

车身底盘上搭载的机械臂采用三节可自由旋转的机械臂,具有多个自由度,能实现多个方向自由活动,进行自主取样,固定相机可实时查看机械爪的工作状态,并进行实时操控;普光灯提供照明作用,鱼眼相机为机器人的行进路线进行实时监控,方便远端的操作员操作。

附图说明

图1为核辐射环境监测取样机器人的立体示意图。

图2为核辐射环境监测取样机器人的俯视图。

图3为驱动装置的结构示意图。

图4为机械臂的结构示意图。

图5为相机模组的结构示意图。

其中,1、三角安装壳体,2、车身底盘,3、普光灯,4、鱼眼相机,5、车轮,6、放样台,7、力矩马达,8、支撑杆,9、驱动电机,10、支座,11、第三机械臂,12、第二机械臂,13、机械爪,14、第一机械臂,15、固定相机,16、第二旋转平台,17、旋转电机,18、从动链轮,19、链条,20、驱动链轮,21、第一旋转平台,22、云台,23、伽马相机,24、伽马剂量仪,25、车轴,26、轴承法兰。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述,以便于本技术领域的技术人员理解本发明,但应该清楚,本发明不限于具体实施方式的范围,对本技术领域的普通技术人员来讲,只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内,这些变化是显而易见的,一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示,核辐射环境监测取样机器人包括车身底盘2、电气控制箱和遥控器,车身底盘2上安装有机械臂和核辐射监测装置,机械臂上设置有机械爪13和固定相机15;核辐射监测装置包括第一旋转平台21、云台22和相机模组,第一旋转平台21安装在车身底盘2上,云台22通过支撑杆8安装在第一旋转平台21上,相机模组安装在云台22上;车身底盘2的底部安装有驱动装置。

电气控制箱安装在车身底盘2的底部,电气控制箱内设置有相互电连接的数据处理模块和第一通信模块,相机模组、机械臂、驱动装置均与数据处理模块电连接;遥控器包括相互电连接的控制模块和第二通信模块,第二通信模块与第一通信模块匹配,控制模块包括信号输入模块和显示屏。

本发明适用于复杂地形下的辐射灾害地辐射源监测、应急及辐射物现场采样作业,车身底盘2上搭载了核辐射监测装置和机械臂,相机模组对核辐射区域进行检测,机械臂上的机械爪13用于现场采样,并通过固定相机15进行拍摄和监控;相机模组可通过第一旋转平台21上和云台22的带动进行旋转,实现多视角观察,易于多方位监测核辐射源;底盘驱动装置用于驱动机器人整体移动,遥控器通过远程遥控控制机器人进行采样和检测。

如图2和图3所示,驱动装置包括驱动电机9和安装于车身底盘2上的三角安装壳体1,驱动电机9安装在三角安装壳体1的顶端,驱动电机9的转轴上安装有两个驱动链轮20,两个驱动链轮20分别通过链条19与两个从动链轮18连接,两个从动链轮18分别安装于三角安装壳体1下端的两个脚上,且两个从动链轮18上均设置有车轮5。

车身底盘2的前后均安装有车轴25,且车轴25与车身底盘2通过轴承法兰26连接,车轴25贯穿车身底盘2;车轴25的两端均安装有驱动装置,三角安装壳体1通过轴承法兰26与车轴25连接;驱动链轮20和从动链轮18均安装于三角安装壳体1内,保护链条19与从动和驱动链轮20的传动,驱动电机9和车轮5安装于三角安装壳体1外,确保所有车轮5均位于同一铅垂面上。

驱动装置采用两个驱动链轮20分别通过链条19带动两个从动链轮18的旋转,同时三角安装架也可绕车轴25自由旋转,这样四组驱动装置间又相互独立,从而实现车轮5在保证前进动力的同时,根据各种地形需要,能自动调整车轮5位置,以适应各种复杂地形。

如图4所示,机械臂包括安装在车身底盘2上的第二旋转平台16,第二旋转平台16下设置有旋转电机17和减速器,第二旋转平台16上通过力矩马达7连接有第三机械臂11,与第三机械臂11连接的力矩马达7安装于支座10内,支座10安装于第二旋转平台16上;第三机械臂11通过力矩马达7连接有第二机械臂12,第二机械臂12通过力矩马达7连接有第一机械臂14;机械爪13和固定相机15均安装于第一机械臂14上,力矩马达7均通过马达驱动模块与数据处理模块电连接,进行数据传输和处理,电机和减速器均与数据处理模块电连接。

力矩马达7安装在第二机械臂12、第二机械臂12和第三机械臂11的连接处,力矩马达7实现机械臂柺的作用;车身底盘2上搭载的机械臂采用三节可自由旋转的机械臂,具有多个自由度,能实现多个方向自由活动。

机械爪13和固定相机15分别安装于第一机械臂14的两端,力矩马达7与第一机械臂14的中部连接,固定相机15的拍摄目标为机械爪13的活动区域;云台22内也安装有力矩马达7,力矩马达7通过马达驱动模块与数据处理模块电连接。

如图5所示,相机模块包括伽马相机23和伽马剂量仪24,车身底盘2的前端设置有普光灯3和鱼眼相机4,普光灯3和鱼眼相机4均与数据处理模块电连接;普光灯3提供照明作用,鱼眼相机4为机器人的行进路线进行实时监控,方便远端的操作员操作。车身底盘2上设置有放样台6,用于放置机械爪13抓取的检测样品。

本方案的核辐射环境监测取样机器人的工作过程为:工作人员手持遥控器远离核辐射区域,机器人放置在核辐射区域内,遥控器控制机器人在核辐射区域内移动,工作人员通过遥控器控制机械臂上的机械爪自动抓取核辐射区域内的样品,并放置在放样台上;在机器人移动的过程中,伽马相机对区域内的放射性物质进行标记,分析出放射物的分布,为工作人员提供检测的结果及信息。

数据处理模块通过rs485总线与第一通信模块进行通信,然后再由第一通信模块与遥控器进行通信;数据处理模块采用基于cortex-m4嵌入式微控制器stm32f407和嵌入式实时操作系统μc/os-ii,具有可靠性高、处理速度快、功耗低、信息安全等优点,系统支持多任务管理和任务间的同步与通信,能对多个传感器信息进行实时处理,实现自主控制,满足复杂环境条件下的控制和音视频传输的需要;马达驱动模块采用atmel的mega8工业级单片机实现,采用大功率mosfet实现对马达的驱动,实现对直流电机的转速控制和位置控制。

综上所述,本发明提供的核辐射环境监测取样机器人对复杂地形具有较强地适应性,解决了普通机器人速度受限的问题;搭载的机械臂和辐射监测装置易于监测核辐射源并实现自主取样,整个核辐射环境监测取样机器人适用于复杂地形下的辐射灾害地辐射源监测、应急及辐射物现场采样作业。

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