专利名称：一种用于核辐射环境下的小型应急救援及探测机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于核工业机器人本发明属于核工业机器人技术领域，具体涉及一种可以在辐射环境下使用的移动机器人，该机器人携带伽马相机成像系统，可在核辐射环境下对辐射源的位置和强度进行测量，并对可能泄露的放射源通过机械手臂进行应急处理。
背景技术：
近年来，国内的核电事业快速发展，核能和平利用也大为进步，但与此同时的核泄漏和核污染事件也日益增多，对于这些核辐射污染事件的处理以往都需要专业人员人工处理，而辐射对人体的伤害十分大，对操作者的安全造成了很大的影响。而机器人技术就是为替代人在高危环境中工作而诞生的，十分适合在人类不适合进入的辐射环境中工作。通过自己携带的伽马相机成像系统对辐射源的位置和强度进行探测，在确定辐射源后，可以使用载带的机械手臂进行应急处理，移动或掩盖辐射源。这样就减少了人进入辐射环境处理的机会。并且可以为事故评判提供数据支持。
发明内容
本发明的目的提供一种结构可靠、抗辐射、具有冗余控制系统，能在非结构化环境中作业以及应急处理的移动机器人平台。本发明提出的可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，由行走底盘1、 机械手臂2、机器人本体运动控制系统3、机器人冗余导航控制系统4、伽马相机及云台5、伽马射线成像系统6、电池7组成，行走底盘1为三角形履带式结构，电池7位于行走底盘1尾部，机械手臂2固定于行走底盘1的前端上部，机器人本体运动控制系统3位于行走底盘1 中部，机器人冗余导航控制系统4位于行走底盘1中部，伽马相机及云台5位于电池7上方， 伽马射线成像系统6位于伽马相机及云台5 —侧。行走底盘1呈三角形履带式结构，主动轮112位于行走底盘1的后端，前端两个角安装的是从动轮107，驱动电机101安装在行走底盘1的中部，通过驱动电机套筒102与侧板109安装在一起，并通过联轴器111将动力输出至驱动电机输出链轮104，通过传动链条 105将动力传输至主动轮链轮106，主动轮链轮106与主动轮112安装到一起。履带108包裹在主动轮112及从动轮107之外，履带托板110安装在行走底盘1底部，履带108内侧， 起到对履带108的支撑作用。整个行走底盘1由左右对称的两套机构组成。转弯时通过两侧行走机构的速度差来实现，可实现原地转向。机械手臂2安装在行走底盘1前端的上部，由四个自由度组成，由底座回转关节 201、大臂俯仰关节202、大臂203、小臂俯仰关节204、小臂205、以及机械手爪206机械臂防辐射摄像头207组成，底座回转关节固定于行走底盘1前端上部，大臂俯仰关节202位于底座回转关节201上方，大臂203固定于大臂俯仰关节202之上，小臂俯仰关节204固定在大臂203另一端，小臂205与小臂俯仰关节204相连，机械手爪206固定在小臂205另一端， 机械臂防辐射摄像头207固定于机械手爪206之上。整个机械臂可在球坐标内移动，每个关节都具有电位器进行旋转角度检测，进行限位。机械手爪206可以张合，最大抓取宽度为 200毫米，可以提起最大5千克的物体，在机械手臂末端位置安装了防辐射摄像头207，可以对作业时抓取物体进行比较细致的观察。机器人本体控制系统3与机器人冗余导航控制系统4都可以对机器人的运动进行控制，机器人本体控制系统通过数传电台302接收控制台8发送的控制信号，并发送给主控板301，以驱动机器人各电机的运动。这样就构成了机器人完整的遥控控制系统。机器人冗余导航控制系统4中的主控PC104401安装有嵌入式系统，可自主对机器人的进行控制，并且可以通过网络与控制台8进行通讯，完成遥控操作，这样机器人就具有了两套完全冗余的操作系统，提高了机器人的可靠性。伽马相机及云台5安装在机器人的后部，其中伽马相机本体501是成像系统的核心，通过准直器后的伽马射线照射在晶体上，产生电信号，经过伽马成像系统6处理后形成辐射强度分布图像。双自由度云台502安装在伽马相机本体501底部，可以进行旋转和俯仰双轴运动，使伽马相机本体501观察各个角度的情况。由于机器人是在辐射环境下运行，所有要求整机具有一定的抗辐射能力，故在机器人电路系统设计上采用了集中式的设计方式，将电路部分集中在行走底盘1的中部，并覆盖抗辐射材料。机械手臂2中的电路部分均采用舱体设计，将电路包裹起来，并在主要电路部分外侧覆盖不锈钢材料或钨合金材料，放置射线损坏电路系统。在整个行走底盘1 外侧覆盖铜合金，进一步阻挡射线。除了做到抗辐射外，还要做到方便清洗，机器人采用了板式设计结构，尽量避免出现不易清洗的死角，机器人上所有插头均采用防水插头，可以防水。本发明的有益效果为1)具备较强的通过能力和稳定性的平台，可在非结构化环境内较好的运行。2)具备多自由度机械臂，可以进行应急处理工作。3)具备冗余机器人控制系统，提高了系统可靠度。4)具备伽马相机成像系统，可对辐射源进行定性和定量处理。5)具备一定的防辐射能力，易于清洗，防止沾染。
图1为本发明主视图。
图2为本发明侧视图。
图3为本发明的行走底盘1主视图。
图4为本发明的行走底盘1侧视图。
图5为本发明的机械手臂2示意图。
具体实施例方式
由图1所示的核工业环境下的应急处理及救援机器人包括底盘，底盘外形为三角形，履带式驱动结构，电机位于履带中部，通过链条将动力传到位于底盘尾部的主动轮。机械臂位于底盘前端，具有4个自由度，前端具有机械手，可以进行应急处理。机器人电控系统位于底盘中部，为两条冗余的控制系统，可以控制机器人所有的关节活动。电池位于机器人的后部，为整个系统提供能源供给。伽马相机及成像设备位于电池上方，可以对辐射源的位置及强度进行检测和定量处理。
权利要求
1.一种可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，其特征在于由行走底盘 1、机械手臂2、机器人本体运动控制系统3、机器人冗余导航控制系统4、伽马相机及云台5、 伽马射线成像系统6、电池7、控制器8组成，行走底盘1为三角形履带式结构，电池7位于行走底盘1尾部，机械手臂2固定于行走底盘1的前端上部，机器人本体运动控制系统3位于行走底盘1中部，机器人冗余导航控制系统4位于行走底盘1中部，伽马相机及云台5位于电池7上方，伽马射线成像系统6位于伽马相机及云台5 —侧。
2.根据权利要求1所属的可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，其特征在于行走底盘1由驱动电机101、驱动电机套筒102、测速发电机103、驱动电机输出链轮 104、传动链条105、主动轮链轮106、从动轮107、履带108、侧板109、履带托板110及联轴器 111、主动轮112组成，驱动电机101位于行走底盘1中部，通过驱动电机套筒102安装在侧板109之上，驱动电机101与驱动电机输出链轮104通过联轴器111连接，驱动电机输出链轮104与主动轮链轮106之间通过传动链条105连接，从动轮107安装在侧板109之上，履带108包裹在从动轮107及主动轮112之外，履带托板110安装在侧板109之上。
3.根据权利要求1所述的可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人其特征在于机械手臂2具有4个自由度，由底座回转关节201、大臂俯仰关节202、大臂203、小臂俯仰关节204、小臂205、以及机械手爪206机械臂防辐射摄像头207组成，底座回转关节固定于行走底盘1前端上部，大臂俯仰关节202位于底座回转关节201上方，大臂203固定于大臂俯仰关节202之上，小臂俯仰关节204固定在大臂203另一端，小臂205与小臂俯仰关节 204相连，机械手爪206固定在小臂205另一端，机械臂防辐射摄像头207固定于机械手爪 206之上。
4.根据权利要求1所述的可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，其特征在于机器人本体运动控制系统3由主控制板301、数传电台302、四通道画面分割器303、组成，主控板301安装在四通道画面分割器303之上，数传电台302安装在主控板301之上。
5.根据权利要求1所述的可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，其特征在于机器人冗余导航控制系统4是由主控PC104电脑401、视频采集卡402、电源板403组成，其中主控PC104401和视频采集卡402电源板采用层叠式结构安装。
6.根据权利要求1所述的可用于核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，其特征在于伽马相机及云台5是由伽马相机本体501、双自由度云台502组成，伽马射线成像系统 6安装在伽马相机及云台5 —侧。
全文摘要
本发明属于核工业用特种设备领域，具体涉及一种可在核辐射环境下使用的应急处理及救援机器人，由行走底盘、机械手臂、机器人本体运动控制系统、机器人冗余导航控制系统、伽马相机及云台、伽马射线成像系统、电池、控制器组成。行走底盘为履带式结构，电机放置在底盘中部，通过链条驱动履带运行，机械手放置在底盘前端，具有四个自由度，伽马相机及成像系统位于机器人后部，放置在电池之上，伽马相机可以对辐射的强度和方位进行探测，并通过机器人机械臂进行应急处理。
文档编号B25J18/00GK102233575SQ201010159760
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者丑武胜, 刘源, 张韬懿, 李怀兵 申请人:北京航空航天大学