用于核电站水膜覆盖率试验的检测机器人的制作方法

本实用新型属于核电站领域，尤其是涉及一种对内层钢制安全壳采用高位水箱外部喷淋来实现安全壳非能动冷却的安全壳进行水膜覆盖率试验时，用于检测的机器人。

背景技术：

核电站安全壳是避免核电站内放射性物质大量向周边环境释放的最后一道屏障。当前，通过仅仅依靠自然力或自然过程（如重力、水的自然蒸发及空气自然对流等）来实现核电站严重事故情况下安全壳安全功能的做法，已是国内外新一代核电站非常重要的安全特征。对采用钢制内层安全壳及高位水箱外部喷淋冷却的ap/cap系列核电站而言，为确保其整个寿命内安全壳功能始终正常，需在核电站调试阶段以及投入运行以后定期开展安全壳水膜覆盖率试验，这是ap/cap系列核电站一项重要的安全性能试验。

图1为现有ap/cap系列核电站安全壳非能动冷却系统的原理示意图。开展安全壳水膜覆盖率试验的目的就是要确认在事故初期从安全壳冷却水箱91喷淋到内层钢制安全壳表面的水在整个安全壳表面的覆盖情况是否达到设计规定的要求。对安全壳水膜覆盖率的测量要求在安全壳起拱线处进行，即在图1内层安全壳92上部半椭球形封头和中部安全壳圆柱形筒身相连接的断面处测量。鉴于起拱线离地有40多米高，且核电厂建设完成后，内层安全壳92和外层钢筋混凝土结构的安全壳（即图1中的屏蔽厂房94）之间还安装有空气导流板93，且空气导流板距离内层安全壳仅30厘米。这样的现场条件为内层安全壳起拱线处水膜覆盖率的测量造成了特别的困难。

目前国内外已经有的ap/cap系列核电站安全壳水膜覆盖率试验的经验还仅仅是核电站投入运行前系统调试阶段所获得的。在调试阶段，由于是完成安全壳水膜覆盖率试验后再进行空气导流板的安装，因此，通过在内外层安全壳之间的环廊搭建脚手架，试验人员就可到达内层安全壳起拱线的位置，并且依靠手工测量就可获得水膜覆盖率的数据。而核电厂投入运行后，如果还要采用该方法来开展试验，则必须在试验前先拆除部分空气导流板，这样的方案无论是现场作业的安全性还是核电站的经济性，显然都不是理想的方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种适用于ap/cap系列核电站现场条件、用于开展内层安全壳水膜覆盖率试验的检测机器人。

为此，本实用新型采用的技术方案是这样的：

用于核电站水膜覆盖率试验的检测机器人，包括基座和两组轮子，两组轮子分别设置在基座的两侧，其中一组轮子为行进轮，另一组轮子为支撑轮，每组轮子均由若干对轮子构成；支撑轮可相对于基座进行靠近或远离基座的运动；基座上还搭载有摄像头、无线通信模块和电池组，电池组负责供电，无线通信模块用于机器人之间或机器人与使用者之间通信，接受使用者的指令并回传摄像头拍摄的画面信息。

进一步地，支撑轮通过连杆机构安装在基座上，所述的连杆机构包括一支撑杆和一推杆机构，支撑杆一端与基座转动连接，另一端安装支撑轮，推杆机构一端连接在基座上，另一端与支撑杆中部转动连接，在长度方向上可以伸缩；从而使支撑轮可以进行靠近或远离基座的运动。

作为进一步的技术方案，所述的支撑轮，异轴的轮子为一列，分成两列支撑轮，各自独立地通过支撑轮座与支撑杆转动连接。

所述的支撑杆分为两段，以弹簧相连。

所述的支撑杆上还设有一压力传感器。

所述的推杆机构包括电机，控制推杆的伸缩运动。

所述的摄像头的拍摄区域偏离于机器人的行进区域。

所述摄像头上预置有尺寸标尺。

检测时，采用前述的检测机器人，将其竖直放置在内层安全壳和空气导流板之间，行进轮与空气导流板接触，支撑轮正对着内层安全壳；控制推杆机构伸长，从而推动支撑杆转动，使支撑轮远离基座，直至支撑轮施加一压力于内层安全壳表面，各个力达到平衡，机器人依靠各轮子提供的摩擦力悬持在内层安全壳和空气导流板之间；控制行进轮转动，令机器人向上爬升至指定高度；控制机器人转向，令其在水平方向上运动，同时摄像头进行拍摄并传回所拍摄的数据。

可使用图像分析软件处理摄像头传回的数据，判别画面中有水流区域和无水流区域，并计算出水膜覆盖率。

机器人为多个，分区域进行水膜覆盖率的测量；机器人之间进行无线通信以调整测量范围。

本实用新型中，同轴的、相对的两个轮子，称为“对”；异轴而运动轨迹基本重合的若干个轮子，称为“列”；两组轮子设置在基座两侧，是指轮子与相对面接触的部分，分布在基座的两侧。

机器人的工作环境是圆环的间隙，由于圆环的直径很大，相对于机器人的尺寸来说，可以近似地认为机器人是处于两个平面之间，故可利用机器人在其间隙中攀爬；同时，支撑轮分为两列，各自独立，意味着两列支撑轮的角度可以不同，这样能更好地适应略带曲面的攀爬环境；为了避免在某些情况下，支撑轮的压力过大而给内层安全壳表面造成损伤，本实用新型在支撑杆上设置了弹簧，弹簧实际上起过载保护的作用，可以承担过大的压力，保护内层安全壳。

从以上描述可见，本实用新型在工作过程中无需拆除空气导流板，也不用搭脚手架，对现场设备没有任何损伤，即可完成水膜覆盖率的检测工作。

在机器人的运动过程中，不可避免地会经过有水流的区域，为避免支撑轮运动的痕迹影响测量准确性，本实用新型设计的摄像头是偏离于机器人本身的；可以在安装摄像头时给予一个仰角，也可以设置一个曲臂来安装摄像头，这样摄像头的拍摄区域和支撑轮的行经区域不会重叠。通过控制机器人的运动路径，其行经区域永远是在拍摄区域的下方，而下游的水不可能影响到上游的水。另外，摄像头上预置标尺后，拍到的画面上是自带标尺的，更有利于后续的计算。

附图说明

以下结合附图和本实用新型的实施方式来作进一步详细说明

图1为现有ap/cap系列核电站安全壳非能动冷却系统的原理示意图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的工作示意图。

图中标记为：基座1、行进轮2、支撑轮3、第一驱动电机41、第二驱动电机42、摄像头5、无线通信模块6、通信天线7、支撑轮座8、支撑杆9、连接板10、连接螺栓11、弹簧12、压力传感器13、推杆14、推杆电机15、推杆底座16、安全壳冷却水箱91、内层安全壳92、空气导流板93、屏蔽厂房94。

具体实施方式

参见附图。本实施例所述检测机器人，包括基座1和两组轮子，两组轮子分别设置在基座的两侧，其中一组轮子为行进轮2，另一组轮子为支撑轮3，每组轮子均由若干对轮子构成；所述每个行进轮2均独立设有第一驱动电机41，第一驱动电机41设置在基座1下方，行进轮2安装在第一驱动电机41的转轴上；基座上还搭载有摄像头5、无线通信模块6和大容量电池组，其中无线通信模块6负责机器人与机器人之间（若需要）以及机器人与使用者之间的通信，接受使用者的指令并回传摄像头拍摄的画面信息，无线通信模块6上还设有通信天线7，而电池组则负责给整个机器人供电。所述摄像头转动安装在一支架上，支架设在无线通信模块6上面，摄像头通过一转轴安装在支架上，并可绕转轴转动，摄像头呈仰角或俯角拍摄，从而使得摄像头的拍摄区域偏离于机器人的行进区域，同时摄像头上预置有尺寸标尺，使得拍到的画面自带标尺。

支撑轮3可相对于基座1进行靠近或远离基座的运动，所述的支撑轮，异轴的轮子为一列，分成两列支撑轮，支撑轮座8设有两个，均为长条形结构，两列支撑轮各自独立地安装在其中一个支撑轮座8上，每个支撑轮3设有独立的第二驱动电机42，第二驱动电机安装在支撑轮座上，且两个独立的支撑轮座8可以使得两列支撑轮的角度不同，支撑轮座8通过连杆机构安装在基座1上，所述的连杆机构包括一支撑杆9和一推杆机构，支撑杆9的底端通过连接板10、连接螺栓11与基座1转动连接，支撑杆9的顶端安装两个支撑轮座8；支撑杆分为两段，以弹簧12相连，且支撑杆上还设有一压力传感器13。所述推杆机构包括推杆14、推杆电机15和推杆底座16，推杆底座16安装在基座1上，推杆14、推杆电机15安装在推杆底座16上，推杆14端部与支撑杆9中部转动连接，推杆电机15控制推杆14的伸缩运动，使得推杆在长度方向上可以伸缩，从而使支撑轮3可以进行靠近或远离基座1的运动。

使用时，将检测机器人竖直放置在内层安全壳92和空气导流板93之间，行进轮2对应于空气导流板93，支撑轮3对应于内层安全壳92；控制推杆机构的推杆14伸长，从而推动支撑杆9转动，使支撑轮3远离基座1，直至支撑轮3施加一压力于内层安全壳92表面，各个力达到平衡，机器人保持在内层安全壳92和空气导流板93之间；控制行进轮2转动，令机器人向上爬升至指定高度；控制机器人转向，令其在水平方向上运动，同时摄像头5进行拍摄并传回所拍摄的数据；可使用图像分析软件处理摄像头传回的数据，判别画面中有水流区域和无水流区域，并计算出水膜覆盖率。