一种三轴轮式内驱动球形核环境巡检机器人的制作方法

本实用新型涉及一种三轴轮式内驱动球形核环境巡检机器人。

背景技术：

我国核电的发展经历了“起步”、“适度发展”阶段，当前已向“积极发展”转变，核与辐射安全监管是核安全的基础和前提。历史上的几次大的核事故给核电的发展造成了重大影响，核电安全已成为全球关注的焦点。因此必须对核设施进行严格的监测和维护，及时发现并更换老化、故障设备，并对废弃核装置进行去污和拆卸等处理，以保证核电站正常、安全地运行。这些作业需要在放射性环境下进行，工作人员如果直接进入核设施内部对设备进行维修、检查等操作，无疑会受到大量的辐射，严重的可能造成人员伤亡事故；另外，需要监测和维护的设备繁多、作业环境复杂、场地狭窄，有些地方还是人不可到达的区域。因此，采用机器人代替人进入核电站开展日常监测和维护工作，具有广阔的应用前景。

目前，不少国家研制成功了远距离控制的核工业机器人。大多数核工业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，少数的机器人采用多足或两足行走方式。该类型机器人具有平面运动能力强、可控性较高，载重较大等优点，与此同时，此类机器人存在制造成本高、体型大、运动损耗大、受地形局限性高等缺点。因此，设计一款体积小、质量轻、运动灵便、运动效率高、以及监测能力受环境设施局限小的核环境巡检机器人成为该技术领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种三轴轮式内驱动球形核环境巡检机器人，该机器人具备运动灵便、运动效率高、以及监测能力受环境设施局限小的特点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种三轴轮式内驱动球形核环境巡检机器人，包括球形外壳，以及均设在球形外壳内且从上到下依次固定连接的探测器支架、探测器、电路模块、支撑板、电池仓和驱动装置；所述探测器支架上设有牛眼轮，所述牛眼轮朝上并与球形外壳内壁滑动接触，所述电池仓有两个并对称固定在支撑板下面两侧，所述电池仓位于球形外壳下部，所述驱动装置有三个且分布于同一水平面上，所述三个驱动装置在同一水平面上的连线组成一个等边三角形，所述三个驱动装置分别通过三根互成90°角的驱动杆与支撑板连接，所述每一个驱动装置均与球形外壳内壁滑动接触，所述每个电池仓内均设有电池组，所述电池组分别与探测器、电路模块和驱动装置电连接。

进一步地，所述电路模块包括位于上层的数据采集芯片、位于中层的主控制电路芯片、以及位于下层的电池管理芯片和电机驱动芯片，所述主控制电路芯片与数据采集芯片串口通信连接，所述主控制电路芯片分别与电池管理芯片和电机驱动芯片均通过I/O接口连接，所述数据采集芯片和主控制电路芯片均通过电压模块与电池组电连接，所述电池管理芯片和电机驱动芯片均与电池组电连接；所述电机驱动芯片与驱动装置信号连接，所述数据采集芯片与探测器(2)信号连接。

进一步地，所述驱动装置包括与球形外壳内壁滑动接触的麦克纳姆轮和固定在麦克纳姆轮内侧用于驱动麦克纳姆轮运动的驱动电机，所述驱动电机与电池组电连接，所述驱动电机与电机驱动芯片信号连接。

进一步地，所述探测器包括集成CZT探测器和IMU惯性导航系统，所述集成CZT探测器通过电压模块与电池组电连接，所述集成CZT探测器与数据采集芯片通过串口接口通信连接，所述IMU惯性导航系统与数据采集芯片通过SPI接口通信连接。

进一步地，所述主控制电路芯片的型号为STM32F407，所述数据采集芯片的型号为Altera Cyclone II，所述电机驱动芯片的型号为ULN2003a，所述电池管理芯片的型号为BQ27x00。

进一步地，所述IMU惯性导航系统为型号为ST LSM9DS0的芯片。

进一步地，所述电池组为18650型锂电池。

进一步地，所述电压模块为12V-5V电压模块。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型结构简单、设计科学合理。

(2)本实用新型通过将两个电池仓对称设在支撑板下面两侧且位于球形外壳下部，在一定范围内尽可能地降低了整个球形机器人的重心位置，从而降低了转动惯量，使本实用新型的运动效率和灵敏度得到了很大的提高；采用三轴式轮式内驱动方法进行驱动，并且驱动轮均采用麦克纳姆轮，提高了球体外壳的运动效率，从而实现机器人全向性的、低能耗的运动；本实用新型球形外壳尺寸小，质量轻，运动灵便，运动效率高，设计简单科学，操作便捷，使用时还能够深入很多人类和大型巡检机器人无法到达的区域，受核辐射环境设施局限性小，使本实用新型的实用范围得到很大的扩展。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为本实用新型俯视图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-驱动电机、2-探测器、3-球形外壳、4-探测器支架、5-电路模块、6-支撑板、7-电池仓、8-麦克纳姆轮。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明，本实用新型的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

如图1和2所示，一种三轴轮式内驱动球形核环境巡检机器人，包括球形外壳3，以及均设在球形外壳3内且从上到下依次固定连接的探测器支架4、探测器2、电路模块5、支撑板6、电池仓7和驱动装置；所述探测器支架4设有牛眼轮，所述牛眼轮朝上并与球形外壳3内壁滑动接触，所述电池仓7有两个并对称固定在支撑板6下面两侧，所述电池仓7位于球形外壳3下部。

所述驱动装置有三个且分布于同一水平面上，所述三个驱动装置在同一水平面上的连线组成一个等边三角形，所述三个驱动装置分别通过三根互成90°角的驱动杆与支撑板6连接，所述驱动装置包括与球形外壳3内壁滑动接触的麦克纳姆轮8和固定在麦克纳姆轮8内侧用于驱动麦克纳姆轮8运动的驱动电机1。

所述电路模块5包括位于上层的数据采集芯片、位于中层的主控制电路芯片、以及位于下层的电池管理芯片和电机驱动芯片，所述主控制电路芯片与数据采集芯片串口通信连接，所述主控制电路芯片分别与电池管理芯片和电机驱动芯片均通过I/O接口连接，所述电机驱动芯片与驱动电机1信号连接。

所述探测器2包括集成CZT探测器和IMU惯性导航系统，所述集成CZT探测器与数据采集芯片通过串口接口通信连接，所述IMU惯性导航系统与数据采集芯片通过SPI接口通信连接。

所述每个电池仓7内均设有电池组，所述集成CZT探测器、数据采集芯片和主控制电路芯片均通过电压模块与电池组电连接，所述电池管理芯片和电机驱动芯片均与电池组电连接，所述驱动电机1与电池组电连接。

所述主控制电路芯片的型号为STM32F407，所述数据采集芯片的型号为Altera Cyclone II，所述电机驱动芯片的型号为ULN2003a，所述电池管理芯片的型号为BQ27x00，所述IMU惯性导航系统为型号为ST LSM9DS0的芯片，所述电池组为18650型锂电池，所述电压模块为12V-5V电压模块。

本实用新型通过将两个电池仓对称设在支撑板下面两侧且位于球形外壳下部，在一定范围内尽可能地降低了整个球形机器人的重心位置，从而降低了转动惯量，使本实用新型的运动效率和灵敏度得到了很大的提高；采用三轴式轮式内驱动方法进行驱动，并且驱动轮均采用麦克纳姆轮，提高了球体外壳的运动效率，从而实现机器人全向性的、低能耗的运动；本实用新型球形外壳尺寸小，质量轻，运动灵便，运动效率高，设计简单科学，操作便捷，使用时还能够深入很多人类和大型巡检机器人无法到达的区域，受核辐射环境设施局限性小，使本实用新型的实用范围得到很大的扩展。适于在核环境巡检机器人领域广泛推广应用。

上述实施例仅为本实用新型的优选实施方式之一，不应当用于限制本实用新型的保护范围，但凡在本实用新型的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本实用新型一致的，均应当包含在本实用新型的保护范围之内。