一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统的制作方法

本实用新型属于机器人核辐射探测技术领域，具体涉及一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统。

背景技术：

核能对军事、经济、社会、政治等都有广泛而重大的影响，核能可作为核武器，并用于航空母舰、核潜艇等的动力源；核能可以替代化石燃料，用于发电；可以作为放射源应用于医疗；还可以为城市供热等，受到了世界各国的重视。但是放射性元素产生的核辐射会对人体造成巨大的伤害，甚至会直接威胁到相关工作人员的生命安全。因此，辐射监测机器人的使用有着极为重要的意义。辐射监测机器人是在核电站中广泛使用的机器人。目前大多数辐射监测机器人采用的是车轮或履带，或车轮和履带相结合的行走方式，只有少数的机器人采用多足或两足行走方式。由于辐射的原因，近距离的监测辐射剂量率有一定的危险性，为了实现大面积核辐射沾染区远程监测，需借助机器人群进行协作快速完成核辐射沾染区的核沾染监测，每个辐射监测机器人通常装备有多种传感器，现有的辐射监测机器人一般都携带有照明灯，摄像机和导航设备，辐射监测机器人是应用在辐射环境下的特种机器人，机器人的任务不是在生产线的规定位置完成已经安排好的任务，它要完成的是位置不定的多种多样变化的工作，能做各种姿态操作机械臂且对危险环境有着极好的应变能力，自适应核辐射的恶劣环境是现有辐射监测机器人群所要克服的困难。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其设计新颖合理，通过多机器人协同工作，可实现远程控制机器人完成辐射剂量率的采集功能，并可实现多机器人互救，自适应性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：包括多个分别安装在多个辐射监测机器人上且用于探测核辐射沾染区辐射状态的辐射监测前端和多个分别设置在远离核辐射沾染区且用于无线监控多个所述辐射监测机器人工作的远程控制终端，远程控制终端通过无线路由器与所述辐射监测机器人上的辐射监测前端无线通信；每个所述辐射监测前端包括数据处理系统以及与数据处理系统相接的存储器、定时器、定位系统和超声波避障模块，数据处理系统的输入端接有用于探测辐射监测机器人行进区域信息的环境探测器、辐射探测器、音频采集单元和视频采集单元，数据处理系统的输出端接有用于驱动辐射监测机器人的机械臂采集实验试样的驱动模块，所述视频采集单元包括高清图像探测器和红外图像探测器，以及分别为高清图像探测器和红外图像探测器供电的直流电源，直流电源为高清图像探测器和红外图像探测器供电的回路中串联有用于切换高清图像探测器或红外图像探测器工作的继电器，继电器为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的线圈控制端由数据处理系统控制，辐射探测器包括α/β探测器、γ探测器和中子探测器。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述数据处理系统上连接有无线传输模块，数据处理系统通过无线传输模块并经由无线路由器远程控制终端与进行通信，无线传输模块为WI FI模块或2.4GHz无线射频模块。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述无线路由器为工业无线路由器。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述远程控制终端为手机终端或计算机终端，所述手机终端或计算机终端通过有线连接或无线连接的方式与无线路由器进行通信。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述环境探测器包括用于探测核辐射沾染区能量温度的温度传感器、用于探测核辐射沾染区能见度的烟雾粉尘浓度传感器和用于探测核辐射沾染区人体生命体征参数的红外热释传感器。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述定位系统包括GPS定位器和北斗定位系统。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述α/β探测器为流气式正比计数器，γ探测器为Na I闪烁体探测器，中子探测器为长中子计数器。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述机械臂为四自由度机械臂。

上述的一种核辐射沾染区用辐射监测机器人群系统，其特征在于：所述驱动模块为控制所述四自由度机械臂升降、伸缩、旋转及开合的步进电机控制模块。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过多机器人组成机器人群，通过多个远程控制终端组成终端监测群，实现远程多监控点，在每个机器人上均安装辐射监测前端采集核辐射沾染区各个区域的核沾染状态，通过无线路由器实现机器人与机器人之间以及机器人与每个远程控制终端之间的通信，实现多机器人协同工作及互救。

2、本实用新型每个机器人上的辐射监测前端通过自身环境探测器探测现场实际α辐射剂量率、β辐射剂量率、γ辐射剂量率和中子辐射剂量率，了解影响辐射剂量率的因素，同时通过每个机器人上的辐射监测前端自身的定位系统获取辐射监测机器人实时位置，通过定时器采集时间，建立α辐射剂量率、β辐射剂量率、γ辐射剂量率和中子辐射剂量率随时间变化的曲线；另外，每个机器人上的辐射监测前端自身的超声波避障模块使辐射监测机器人避免碰撞现场物品，自适应现场环境，通过远程控制终端接收辐射监测机器人无线信号，实时跟踪记录辐射监测机器人行进路径，获取机器人群探测数量，为后续参考建立参考基础材料。

3、本实用新型每个机器人上的辐射监测前端均设置有环境探测器探测环境能见度，当环境能见度较好时，采用高清图像探测器采集现场图像信息；当环境能见度较差时，采用红外图像探测器采集现场图像信息，减少使用照明灯对环境造成的影响，节省能源，辐射监测机器人自适应性强，便于推广使用。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，通过多机器人协同工作，可实现远程控制机器人快速完成辐射剂量率的采集功能，并可实现多机器人互救，自适应性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型辐射监测前端的电路原理框图。

附图标记说明:

1—辐射监测前端；1-1—环境探测器；1-2—辐射探测器；

1-3—音频采集单元；1-4—直流电源；1-5—继电器；

1-6—高清图像探测器； 1-7—红外图像探测器；1-8—数据处理系统；

1-9—驱动模块；1-10—机械臂；1-11—存储器；

1-12—定时器；1-13—定位系统；

1-14—超声波避障模块；1-15—无线传输模块；

2—无线路由器；3—远程控制终端。

具体实施方式

如图1和图2所示，本实用新型包括多个分别安装在多个辐射监测机器人上且用于探测核辐射沾染区辐射状态的辐射监测前端1和多个分别设置在远离核辐射沾染区且用于无线监控多个所述辐射监测机器人工作的远程控制终端3，远程控制终端3通过无线路由器2与所述辐射监测机器人上的辐射监测前端1无线通信；每个所述辐射监测前端1包括数据处理系统1-8以及与数据处理系统1-8相接的存储器1-11、定时器1-12、定位系统1-13和超声波避障模块1-14，数据处理系统1-8的输入端接有用于探测辐射监测机器人行进区域信息的环境探测器1-1、辐射探测器1-2、音频采集单元1-3和视频采集单元，数据处理系统1-8的输出端接有用于驱动辐射监测机器人的机械臂1-10采集实验试样的驱动模块1-9，所述视频采集单元包括高清图像探测器1-6和红外图像探测器1-7，以及分别为高清图像探测器1-6和红外图像探测器1-7供电的直流电源1-4，直流电源1-4为高清图像探测器1-6和红外图像探测器1-7供电的回路中串联有用于切换高清图像探测器1-6或红外图像探测器1-7工作的继电器1-5，继电器1-5为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的线圈控制端由数据处理系统1-8控制，辐射探测器1-2包括α/β探测器、γ探测器和中子探测器。

实际使用中，核辐射沾染区面积广，往往覆盖数十平方公里的范围，根据每个辐射监测机器人工作速度及工作效率设计辐射监测机器人工作面积，确定核辐射沾染区所需辐射监测机器人数量，实际使用中，辐射监测机器人的数量可大于等于或小于远程控制终端3数量均可，使用连接灵活，采用无线路由器2作为信号中转及信号功率放大，可实现机器人与机器人之间以及机器人与每个远程控制终端之间的通信，实现多机器人协同工作及互救。

如图2所示，本实施例中，所述数据处理系统1-8上连接有无线传输模块1-15，数据处理系统1-8通过无线传输模块1-15并经由无线路由器2远程控制终端3与进行通信，无线传输模块1-15为WI FI模块或2.4GHz无线射频模块。

本实施例中，所述远程控制终端3为手机终端或计算机终端，所述手机终端或计算机终端通过有线连接或无线连接的方式与无线路由器2进行通信。

本实施例中，所述无线路由器2为工业无线路由器。

实际使用中，现场距离相对较远，采用工业无线路由器提高传输距离，辐射监测机器人采用履带式机器人，履带式机器人上的数据处理系统1-8通过无线传输模块1-15分别与多个远程控制终端3均进行无线通信，远程控制终端3为手机终端或计算机终端，手机终端或计算机终端可无线接收多个数据处理系统1-8传输的信号获取机器人群采集的现场辐射信息，同时手机终端或计算机终端可通过无线传输模块1-15控制机器人群行走路径。

实际使用中，每个履带式机器人上的继电器1-5均采用单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的线圈控制端由数据处理系统1-8控制，所述单刀双掷继电器接入电路的一个固定端接直流电源1-4，所述单刀双掷继电器的常开触点和常闭触点选择式接入电路，高清图像探测器1-6与所述单刀双掷继电器的常开触点或常闭触点相接，红外图像探测器1-7与所述单刀双掷继电器的常闭触点或常开触点相接，实现高清图像探测器1-6或红外图像探测器1-7切换式工作，适应现场环境，使用效果好。

本实施例中，所述环境探测器1-1包括用于探测核辐射沾染区能量温度的温度传感器、用于探测核辐射沾染区能见度的烟雾粉尘浓度传感器和用于探测核辐射沾染区人体生命体征参数的红外热释传感器。

实际操作中，履带式机器人携带温度传感器用于探测辐射区域能量温度，当温度持续升高时，及时向远程控制终端3发送信号，并可通过定时器1-12获取现场环境温度随时间变化的曲线；履带式机器人携带红外热释传感器用于探测辐射区域人体生命体征参数，搜寻辐射区域是否存在生命体，便于搜救工作的进行；履带式机器人携带烟雾粉尘浓度传感器用于探测辐射区域能见度，便于履带式机器人选择高清图像探测器1-6或红外图像探测器1-7工作，当烟雾粉尘浓度传感器探测的辐射区域能见度低时，数据处理系统1-8控制继电器1-5接通直流电源1-4为红外图像探测器1-7供电的线路，获取现场红外图像，当烟雾粉尘浓度传感器探测的辐射区域能见度低高，数据处理系统1-8控制继电器1-5接通直流电源1-4为高清图像探测器1-6供电的线路，获取现场高清图像，同时配合音频采集单元1-3同步采集现场音频信息，实现音视频数据的全面获取。

本实施例中，所述定位系统1-13包括GPS定位器和北斗定位系统。

采用超声波避障模块1-14使履带式机器人避免碰撞现场物品以及避免机器人之间相互碰撞，自适应现场环境，通过远程控制终端1-16接收履带式机器人无线信号，采用GPS定位器或北斗定位系统实时跟踪记录履带式机器人行进路径。

本实施例中，所述α/β探测器为流气式正比计数器，γ探测器为Na I闪烁体探测器，中子探测器为长中子计数器。

本实施例中，所述α/β探测器采用单丝回绕的流气式正比计数器，单丝回绕的流气式正比计数器对不同种类射线甄别测量，流气式正比计数器测量的数据均送入数据处理系统1-8数据处理并存储在存储器1-11中。

本实施例中，所述机械臂1-10为四自由度机械臂。

本实施例中，所述驱动模块1-9为控制所述四自由度机械臂升降、伸缩、旋转及开合的步进电机控制模块。

实际使用中，履带式机器人前进的过程中，随着履带式机器人探测过程，当发现疑似沾染区时，履带式机器人将对沾染区进行简单取样或清理，在此过程中，履带式机器人会将测量数据、自身位置信息和周围环境的音视频信息实时同步上传到远程控制终端3，控制者可以随时对履带式机器人进行远程遥控，工作完成后，履带式机器人回到出发点，手机终端或计算机终端将保存生成履带式机器人路径得到待测区域的放射性分布图，并记录所有疑似沾染物的位置和履带式机器人对该点拍摄的图像，控制者可以对取回的样品进行进一步分析，以便进一步研究和处理；

工作过程中，如果有某个机器人损坏而停止工作，系统将记录该机器人的最后通讯位置和最后的视音频信息，以便控制者找回和修复。同时系统将为所有机器人重新规划任务区域及探测路径，确保按时完成整个区域探测任务。

另外，使用过程中可以随时接入新的机器人，系统将根据其接入位置和剩余电量为所有机器人重新规划任务区域及探测路径。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。