一种永磁吸附式核应急大面积壁面污染快速测量装置的制作方法

本发明涉及核应急辐射防护领域，尤其是涉及一种永磁吸附式核应急大面积壁面污染快速测量装置。

背景技术：

在进行核应急辐射测量时，传统的金属壁面污染测量通常是由人工作业完成，这种方式存在以下几点缺陷：(1)作业人员有受污染风险。由于被测量壁面存在大面积放射性污染，人员接触壁面可能沾染放射性物质，且存在吸入放射性物质导致内照射危害，也有可能受到一定程度的外照射危害；(2)存在作业安全风险。在壁面较高的情况下，作业人员长时间在高空作业存在安全隐患；(3)测量效率低，人工测量一方面受制于作业人员的专业水平和体力因素，另一方面还受制于人员在壁面上的移动方式，另外人工测量探测器有效测量面积较小；(4)难以实现全壁面污染分布图的绘制，有些区域人员不可到达。

由于存在人员不易到达的区域，难以对金属壁面污染问题进行测量，为确定污染分布及程度，为防护措施的制定提供依据，因此，需要建立远距离的污染测量手段，目前，一些远距离的污染测量装置主要是采用移动小车结构，移动小车结构携带永磁吸附单元和核辐射探测器，通过永磁吸附单元对待测量的金属壁面进行吸附，核辐射探测器随着移动小车结构进行污染测量，但是，实际的使用过程中，存在如下缺陷：1.传统移动小车结构上的永磁吸附单元分为平板式和履带式，履带式需要将磁铁安装在移动装置上，磁铁接触壁面容易导致壁面划伤，磁铁也容易被损坏，平板式磁块较大，磁能利用率低；2.核辐射探测器的探测范围小，大大降低了探测效率。因此，设计一种永磁吸附式核应急大面积壁面污染快速测量装置显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺陷，提供一种永磁吸附式核应急大面积壁面污染快速测量装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种永磁吸附式核应急大面积壁面污染快速测量装置，包括车架单元，探测器阵列，连接在车架单元和探测器阵列之间的连接支架，设置在所述车架单元一侧的驱动单元以及与所述车架单元连接的从动轮组，所述探测器阵列与连接支架铰接，探测器阵列通过连接支架相对于所述车架单元收合和展开，所述探测器阵列的侧面设有探测器辅助永磁体；所述车架单元和驱动单元的底部设有车体永磁体。

进一步，所述车架单元包括一体化的控制箱箱体、摄像头、激光雷达、天线、光电传感器、雷达支架、探测器收合固定座和把手；

所述雷达支架设置在控制箱箱体的一侧，所述天线和把手分别位于控制箱箱体的左右侧板上，摄像头和激光雷达固定安装在雷达支架上，所述光电传感器和探测器收合固定座安装在控制箱箱体后侧，探测器收合固定座用于在探测器阵列收合时固定探测器。

进一步，所述驱动单元包括驱动箱盖板、驱动箱主箱体、驱动电机、减速器、过渡轴套和橡胶车轮，驱动箱主箱体呈l型结构，驱动电机和减速器密封安装在驱动箱主箱体内，驱动电机通过减速器连接过渡轴套，过渡轴套的端部连接橡胶车轮。

进一步，所述探测器阵列的两侧活动连接探测器阵列侧翼。

进一步，所述探测器辅助永磁体的数量为两个，两个探测器辅助永磁体连接在探测器阵列的一侧并与探测器阵列的底部齐平。

进一步，所述车体永磁体的数量为三个，其中，两个车体永磁体安装在驱动箱主箱体的底部，一个车体永磁体安装在控制箱箱体的底部。

进一步，所述连接支架呈“t”字型。

进一步，所述探测器阵列由4x10个核辐射探测器排列而成，探测器阵列搭载高压模块和信号采集模块。

进一步，该测量装置配备带摇杆的双屏地面终端，双屏分别显示测量结果和装置状态，双屏地面终端控制驱动电机的移动速度和移动方向，双屏地面终端与探测器阵列的信号采集模块进行信息交换。摄像头信号连接双屏地面终端，双屏地面终端实时接收视频信息。

进一步，所述车架单元的四周安装有防跌落传感器。

本发明的有益效果为：1.本装置代替人工执行壁面污染测量操作，一方面避免了表面放射性污染对测量人员的辐照伤害，另一方面避免了人员壁面作业失足跌落的风险；2.实时获取壁面污染测量结果，给出二维地图和热点信息，实时辅助决策；3.探测器阵列的两侧活动连接探测器阵列侧翼，提高了探测效率，而且机器人移动速度快，同时探测器响应速度也快，提高了测量任务的执行速度；4.在机器人底部加装了磁铁，该磁铁不与金属壁面接触，同时使用橡胶轮胎移动，使得装置具有很强的爬壁可靠度，且不损伤壁面；5.该装置整体质量较轻，而且使用了探测器阵列可以收拢的设计，收合状态下体积较小，便于运输。

综上，本发明的测量装置能够在90°的垂直金属壁面上稳定爬行和转弯，采用大面积阵列式污染(核辐射)探测器，具有探测效率高、探测下限低和测量误差小的特点，且能够远距离无线操控，将污染测量数据和视频监控信息实时回传并显示，并给出污染动态分布。本装置可应用于核应急情况下，快速对人员不易到达区域的大面积金属壁面开展污染测量，给出污染分布，为应急响应人员的防护行动策略制定提供依据。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的展开示意图；

图3为本发明展开后的仰视示意图；

图4为本发明车架单元的结构示意图；

图5为本发明驱动单元的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图3所示，一种永磁吸附式核应急大面积壁面污染快速测量装置，包括车架单元1，探测器阵列4，连接在车架单元1和探测器阵列4之间的连接支架2，设置在车架单元1一侧的驱动单元3以及与车架单元1连接的从动轮组6，其中，探测器阵列4与连接支架2铰接，探测器阵列4通过连接支架2相对于车架单元1收合和展开，为了提高探测面积，探测器阵列4的两侧活动连接探测器阵列侧翼41，探测器阵列侧翼41可以相对于探测器阵列4折叠收合；

探测器阵列4的侧面设有探测器辅助永磁体5；车架单元1和驱动单元3的底部设有车体永磁体7。

进一步，如图4所示，车架单元1包括一体化的控制箱箱体101、摄像头102、激光雷达103、天线104、光电传感器105、雷达支架106、探测器收合固定座107和把手108，整体为长方体组合结构。一体化的控制箱箱体101由整块u形合金板、左右侧板和顶盖组成，在中部形成用于安装控制单元、锂电池、电机驱动器的密封空间，防止水汽和盐雾的侵蚀，并通过固定在箱体上的插口与外部进行机电连接。雷达支架106位于控制箱箱体101后侧中间位置，摄像头102和激光雷达103固定在雷达支架106上。两组光电传感器105和探测器收合固定座107安装于控制箱箱体101后侧以及雷达支架106两边，其中探测器收合固定座107用于在探测器阵列4收合时固定探测器阵列4使用。两组天线104和把手108分别位于控制箱箱体101的左右侧板上；

进一步，如图5所示，所述驱动单元3包括驱动箱盖板301、驱动箱主箱体302、驱动电机及减速器303、过渡轴套304和橡胶车轮305。驱动箱主箱体302整体为l形结构，其中竖边与控制箱箱体101前侧刚性固定在一起，起承重作用，同时安装有防坠器安装支架，用于悬挂防坠器。驱动箱盖板301成弧形，安装在驱动箱主箱体302上，与驱动箱主箱体302组成用于安装电机和减速器的密封空间，防止水汽和盐雾的侵蚀。驱动电机与橡胶车轮305之间使用过渡轴套304密封和传动。

本实施例中，探测器辅助永磁体5的数量为两个，两个探测器辅助永磁体5连接在探测器阵列4的一侧并与探测器阵列4的底部齐平，辅助提供吸力以维持移动平台姿态。车体永磁体7的数量为三个，其中，两个车体永磁体7安装在驱动箱主箱体302的底部，一个车体永磁体7安装在控制箱箱体101的底部。

进一步，连接支架2呈“t”字型，具有足够的结构强度，并且可以快速实现探测器阵列4的展开和收起，及相应姿态下的固定。

进一步，所述探测器阵列4由4x10个核辐射探测器排列而成，探测器阵列4搭载高压模块和信号采集模块。

进一步，该测量装置配备带摇杆的双屏地面终端，双屏分别显示测量结果和装置状态，双屏地面终端控制驱动电机的移动速度和移动方向，双屏地面终端与探测器阵列4的信号采集模块进行信息交换。摄像头信号连接双屏地面终端，双屏地面终端实时接收视频信息。

驱动单元3使用橡胶轮胎，保证机器人在不同的工况下具备足够的摩擦力，并保护壁面；驱动单元使用两个驱动轮和两个相应的伺服驱动电机，两个驱动电机分别驱动两个驱动轮，使用万向轮配合转向；所述驱动单元3使用一级减速机设计，节约空间并提高传动效率。优选地，驱动单元使用过渡轴套；两个驱动电机分别固定于支架两端。

所述车架单元1为一体化设计，通过加工散热翼板，同时满足散热和防水防盐雾要求；车架单元1后部使用支架固定摄像头和激光雷达，雷达支架106可快速拆装，线缆从雷达支架106内通过，并且使用快速机电接头；车架单元四周装有四个防跌落传感器；车架单元安装有通讯天线，天线安装于平台两侧；车架单元下部安装有车体永磁体7，无接触式提供壁面吸附力。

探测器辅助永磁体5和车体永磁体7构成的永磁吸附单元使用的是整体式永磁阵列结构，在吸附能力上优于分体式磁轮结构和整体式磁块结构。

探测器阵列4可以展开和收起，收起时充分利用运输箱空间。探测器阵列4自身可以折叠和展开，展开时增加67％的探测面积。探测器阵列4为阵列设计，满足更高的分辨率要求。

综上，该装置的车架单元1、驱动单元3、探测器辅助永磁体5、从动轮组6和车体永磁体7共同组成了永磁吸附式爬壁机器人平台。双屏地面终端及其软件设计在图中虽未列出，亦在本装置的范围之内。其中车架单元1位于车体后部，搭载有控制器、电机驱动器、电池、天线、摄像头和雷达等器件，也是移动平台的主体，驱动单元3安装于车架单元1的前侧，左右各有一个橡胶轮胎，由左右各一台伺服直流电机驱动，由安装于车架单元1后侧的从动轮组6辅助装置移动。连接支架2、车架单元1和驱动单元3的承重部分刚性连接在一起，在连接支架2上安装有探测器阵列4，该探测器阵列有两个活页侧翼可以翻开，以增加探测面积，同时可以借助连接支架2收合。整套装置的壁面吸附力由两块探测器辅助永磁体5和三块车体永磁体7提供，所有永磁体的结构经过仿真优化，可以提供最佳吸附力。

该测量装置使用电池供电，优选使用锂电池供电。使用电源管理系统完成高温、过放、过充、过流、段落等报警机制，并且能够手动、远程、报警断电，高效保护电池安全。

本装置代替人工执行壁面污染测量操作，一方面避免了表面放射性污染对测量人员的辐照伤害，另一方面避免了人员壁面作业失足跌落的风险；实时获取壁面污染测量结果，给出二维地图和热点信息，实时辅助决策；探测器阵列4的两侧活动连接探测器阵列侧翼41，提高了探测效率，而且机器人移动速度快，同时探测器响应速度也快，提高了测量任务的执行速度；在机器人底部加装了磁铁，该磁铁不与金属壁面接触，同时使用橡胶轮胎移动，使得装置具有很强的爬壁可靠度，且不损伤壁面；该装置整体质量较轻，而且使用了探测器阵列可以收拢的设计，收合状态下体积较小，便于运输。

本发明的测量装置能够在90°的垂直金属壁面上稳定爬行和转弯，采用大面积阵列式污染(核辐射)探测器，具有探测效率高、探测下限低和测量误差小的特点，且能够远距离无线操控，将污染测量数据和视频监控信息实时回传并显示，并给出污染动态分布。本装置可应用于核应急情况下，快速对人员不易到达区域的大面积金属壁面开展污染测量，给出污染分布，为应急响应人员的防护行动策略制定提供依据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。