用于核电站钢制安全壳壁面检测的爬壁机器人及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种爬壁机器人，具体而言设及一种用于核电站钢制安全壳壁面 检测的爬壁机器人及其系统。
【背景技术】
[0002] 安全的核电能源是一种高能源密度的清洁能源，对保护生态环境、调整能源结构 和保障能源安全起着重要的作用。然而一旦核电站出现安全问题，则将会对工作人员、周边 居民W及生态环境等带来巨大的威胁。为此核电站安全问题是应用核电能源时必须重点考 虑的问题。对于核电站而言，安全壳是防止反应堆堆忍放射性外泄最后的物理屏障。
[0003] 核电站的安全壳包括混凝±外壳和内部钢制安全壳。钢制安全壳包括筒体部分和 寫顶部分，其中筒体部分的直径为约40米，总高度接近66米，厚度约为45毫米，钢制安全壳 的内表面和外表面均涂覆有无机锋涂层。无机锋涂层主要用于防止钢制安全壳腐蚀并提供 疏水特性，W促进钢制安全壳表面形成的水膜换热。
[0004] 安全壳是非能动安全壳冷却系统的重要组成。在非能动安全壳冷却系统运行过程 中，钢制安全壳内表面出现冷凝换热，钢制安全壳的热传导和钢制安全壳外面的水膜需要 将钢制安全壳内的热量载出，钢制安全壳是壳内热量载出的关键通道。钢制安全壳的涂层 表面特性包括涂层表面污溃、裂纹、W及剥落情况等。它们是安全壳结构完整性失效危害监 测和预防的关键，也是影响水膜流动和热量传输等载热性能因素的关键。
[0005] 随着时间的推移，表面涂层会逐年减薄甚至出现剥落，它会造成钢壳腐蚀，还会降 低载热性能。钢制安全壳外表面的污溃W及钢制安全壳外表面的的无机锋涂层剥落会造成 钢壳腐蚀，将导致载热性能下降，更严重的是钢制安全壳的壳体出现裂纹，加速腐蚀，导致 钢制安全壳结构失效，从而引发事故。
[0006] 因此需要对钢制安全壳的涂层和表面裂纹进行检测。由于钢制安全壳与导流板之 间的空间比较狭小，如钢制安全壳外表面与导流板之间的距离为约300毫米，并且壳体整体 高度较高，壳内部空间结构复杂，运种狭小空间难W实施人工作业。所W采用自动检测机器 人对安全壳的涂层和表面裂纹进行在役检测是最优选择。
[0007] 在现有技术中，并没有针对非能动压水堆安全壳壁面检测的爬壁机器人。如上所 述，非能动压水堆安全壳采用双层结构，安全壳外表面与导流板间隔十分狭小，且壳体整体 高度较高，安全壳壁面有大量人孔等辅助设施，结构复杂，导致现有的爬壁机器人系统已经 不适用于非能动压水堆安全壳的壁面检测。因为目前现有技术的爬壁机器人系统不具有表 面涂层厚度、腐蚀、污溃、裂纹等各种表面状态检测功能，也不具备安全壳壳体无损探伤等 多传感器融合与集成功能。
[000引由此，需要提供一种爬壁机器人，来对核电站钢制安全壳壁面的涂层和表面裂纹 进行检测。 【实用新型内容】
[0009] 针对现有技术中的问题，本实用新型提出了一种用于核电站钢制安全壳壁面检测 的爬壁机器人。
[0010] 根据本实用新型的优选实施例的用于核电站钢制安全壳壁面检测的爬壁机器人 包括平台架，所述平台架上设有悬臂;分别设在平台架两侧的履带式移动机构，其用于使爬 壁机器人移动;设置在所述悬臂上的涂层表面特性检测装置，其用于检测涂层表面特性;设 置在所述平台架上的后部的底层控制器和驱动器;设置在所述平台架上的前部的电源和通 信装置;W及设置在所述平台架的背面的磁吸附机构和传感器阵列。
[0011] 根据本实用新型的另一优选实施例的用于核电站钢制安全壳壁面检测的爬壁机 器人系统包括平台架，所述平台架上设有悬臂;吸附与移动机构子系统，其包括设置在所述 平台架的背面的磁吸附机构和分别设在平台架两侧的履带式移动机构；电源子系统，其包 括设置在所述平台架上的前部的电源，W用于提供电力；多传感器融合与集成子系统，其包 括设置在所述悬臂上的涂层表面特性检测装置和设置在所述平台架的背面传感器阵列;底 层控制与驱动子系统，其包括设置在所述平台架上的后部的底层控制器和驱动器;通信子 系统，其包括设置在所述平台架上的前部的通信装置；W及上层规划与导航子系统，其通过 通信子系统接收底层控制与驱动子系统的信息，并根据接收的信息规划机器人的任务，向 底层控制与驱动子系统下达控制指令。
[0012] 根据本实用新型的优选实施方式，所述磁吸附机构采用非接触式的吸附方式，使 得磁模块和安全壳表面保持一定的距离，从而避免了对表面涂层的磨损。
[0013] 根据本实用新型的优选实施方式，所述磁吸附机构采用电磁吸附和永磁吸附相结 合的方法，从而优化吸附性能。
[0014] 根据本实用新型的优选实施方式，所述履带移动机构采用两边彼此独立驱动的方 式，并且两边呈对称结构，其中每边均设置有两个结构轮、一个驱动轮和一个预紧支撑轮。
[0015] 根据本实用新型的优选实施方式，所述传感器阵列包括电磁式涂层测厚传感器， W及电磁满流无损检测传感器，光电编码器，W及巧螺仪与加速度传感器。
[0016] 通过本实用新型，使得爬壁机器人能够实现自动和人工控制模式下的安全壳内外 壁表面(筒体和寫顶）的吸附行走与数据检测，通过综合应用空间定位、机器视觉、磁感测 量、电磁满流检测等检测装置实现安全壳在役状态检测和数据处理及分析。本实用新型的 爬壁机器人具有吸附能力强、负载重量大、工作效率高、壁面适应性强、能量利用率高、续航 时间长、多测量传感器融合等诸多优点，能够适应核电站在役运行环境的运行要求。本发明 可W直接服务于工程应用，是一种具有重要应用价值、较大经济效益、可产业化推广的潜在 的型号产品。
[0017] 在非能动先进压水堆核电站运行过程中，在役检测是一项重要的质量保证措施和 安全预防工作。本发明可W显著提高工作效率，在降低人因因素错误的基础上提高检测结 果的准确性和及时性，从而提高安全预防能力。
[0018] 本发明所设及的爬壁机器人可直接用于核电站运行在役使用，具有较大的经济效 益，同时，对支持自动化、电力与电子、先进测试、机械设计和机器人技术W及CAE应用方法 研究交叉融合并应用在先进核电技术上具有重要的科学研究价值和社会意义。
【附图说明】
[0019] 下面将结合附图来详细地论述本实用新型的上述和其他方面，附图中：
[0020] 图1为根据本实用新型的优选实施例的爬壁机器人的示意图。
[0021] 图2为根据本实用新型的另一优选实施例的爬壁机器人的示意图。
[0022] 图3为根据本实用新型的另一优选实施例的爬壁机器人的示意图。
[0023] 图4为根据本实用新型的优选实施例的非能动安全壳壁面检测爬壁机器人系统的 框图。
[0024] 图5为根据本实用新型的优选实施例的吸附与移动机构子系统的示意图。
[0025] 图6为根据本实用新型的优选实施例的多传感器融合与集成子系统的示意图。
[0026] 图7为根据本实用新型的优选实施例的底层控制与驱动子系统的示意图。
[0027] 图8为根据本实用新型的优选实施例的上层规划与导航子系统的示意图。
[0028] 图9和图10为根据本实用新型的优选实施例的爬壁机器人的侧面的示意图。
[0029] 附图标记列表
【具体实施方式】
[0030] 下面参照附图描述了本实用新型的可选实施方式W教导本领域普通技术人员如 何实施和再现本实用新型。为了教导本实用新型技术方案，已简化或省略了一些常规方面。 本领域普通技术人员应该理解源自运些实施方式的变型或替换将落在本实用新型的保护 范围内。本领域普通技术人员应该理解下述特征能够W各种方式组合W形成本实用新型的 多个变型。由此，本实用新型并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同 物限定。
[0031] 核电站钢制安全壳的涂层表面特性包括涂层表面污溃、裂纹、W及剥落情况。涂层 表面特性检测装置使用机器视觉采集图像，通过模式识别和图像处理可检测钢制安全壳表 面的涂层表面污溃、涂层裂纹、W及剥落情况。涂层测厚传感器用于检测钢制安全壳表面涂 层的厚度。电磁满流无损检测传感器用于检测钢制安全壳壳体的表面裂纹，W便判断钢制 安全壳壳体的完整性。
[0032] 参照图1至图3,其示出了根据本实用新型的爬壁机器人。爬壁机器人的主要功能 可W分为:涂层表面特性检测;涂层厚度测量；W及安全壳壳体表面裂纹检测。图4示出了根 据本实用新型的非能动安全壳壁面检测爬壁机器人系统的框图，其中爬壁机器人系统可W 包括电源子系统，多传感器融合与集成子系统，吸附与移动机构子系统，底层控制与驱动子 系统，通信子系统和上层规划与导航控制子系统。
[0033] 如图1所示，爬壁机器人具有用于移动的履带式移动机构3,在爬壁机器人的前端 配置有用于检测涂层表面特性的涂层表面特性检测装置4,在爬壁机器人的后端配置有用 于底层控制的底层控制器1和用于驱动的驱动器2,其中底层控制器1和驱动器2构成了底层 控制与驱动子系统。底层控制器1和驱动器2设置在爬壁机器人的平台架上，该平台架上还 设有悬臂W用于悬挂涂层表面特性检测装置4。履带式移动机构3分别设在平台架两侧。
[0034] 如图2所示，在爬壁机器人的平台架上还具有包括电源的电源子系统5和包括通信 装置的通信子系统6。电源子系统5用于提供爬壁机器人工作所需的能量，其通过电压转换 模块，分别为机器人系统内的各个系统中的传感器、控制器、W及驱动器等部件提供电力。 本实用新型的通信子系统6可W采用无线通信方式。
[0035]