一种利用蛇形机器人检测核设备管道内部环境的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种核设备管道内部环境检测技术，具体涉及的是一种利用蛇形机器人检测核设备管道内部环境的方法。
【背景技术】
[0002]作为核电站的主要设备，各回路蒸汽管道和冷却水废液管路是核设施中的核心部件，在核退役处理中能否快速获取管道中放射性污染的强弱、分布位置和实现高精度检测是核退役中减少辐射危害的关键之处。核退役处理在退役实施的前期阶段进行，通过对退役设施及场址中的放射性及有毒放射源进行分析、监测，收集到相关信息以为退役方案的选择和优化进行参考。
[0003]而随着电子技术，尤其是嵌入式技术的大力发展，机器人得到了广泛的发展与应用。蛇形机器人是一种模仿生物蛇运动的新型机器人，它能很好的完成如蛇体一般的无肢运动，尤其是在表面粗糙度较大的地面上能够自由移动。蛇形机器人因身体细长、横截面小、运动状态稳定、灵活性强和适应环境能力适应强等优点能够应用于有辐射、黑暗、地震和管道等不适宜人类工作的领域。
[0004]基于蛇形机器人的特点，如果将其应用到核退役处理方面，将会是理想的选择。然而，目前针对蛇形机器人的研究在国内刚刚起步，很多技术还不够成熟，尚不能灵活地应用于各个领域中，同样也难以应用到核检测领域中。
【发明内容】
[0005]针对上述技术的不足，本发明提供了一种利用蛇形机器人检测核设备管道内部环境的方法，其能使蛇形机器人灵活地进出于核设备及管道中，并实时采集其内部的图像和监测数据，从而很好地应用于核设备管道检测领域方面。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种利用蛇形机器人检测核设备管道内部环境的方法，所述的蛇形机器人包括由至少两个关节模块相互连接构成的蛇身，与蛇身一同构成蛇体的蛇头和蛇尾，安装在关节模块内、用于带动其改变旋转角度的关节驱动器，以及检测系统、定位系统、通信系统、上位机、控制系统和供电系统；而所述的方法则包括以下步骤:
(I)检测人员根据管道的外部环境利用上位机设置蛇形机器人的运动步态，并控制其进入核设备管道。
[0007](2)检测系统对核设备管道内部某一区域中的图像进行采集，并探测其内的核辐射浓度、管道温度、湿度、压力以及障碍物；同时，定位系统对蛇体的实时位置进行监测；
(3)检测系统和定位系统通过通信系统将采集和监测的数据实时传输至上位机中，由上位机进行处理；
(4)检测人员根据上位机的图像显示、定位跟踪和数据处理，对蛇体运动步态进行精准设置，然后经由通信系统发送至控制系统中； (5)控制系统接收指令并解析出相应的运动程序，然后根据每一个关节模块需要做的运动情况，在供电系统提供驱动力的前提下，控制相应的关节驱动器工作，使之带动对应的关节模块运动，改变蛇体的实时运动步态，绕过障碍物或进入到核设备的另一个区域中继续采集数据；
(6 )循环步骤(2 )?(5 )，直至蛇形机器人完成对核设备整个内部环境的检测。
[0008]进一步地，相邻的关节模块之间采用正交方式连接。
[0009]作为优选，所述关节驱动器为舵机。
[0010]具体地说，所述检测系统包括均安装在蛇头内的摄像头、核辐射探测器以及用于监测核设备内部的温度、湿度、压力和障碍物的传感器组；所述的摄像头、核辐射器和传感器组均与通信系统连接。
[0011 ] 再进一步地，所述定位系统为跟踪定位器。
[0012]具体地说，所述通信系统包括同时与上位机和控制系统连接的遥控器，以及安装在蛇头内、且同时与上位机、摄像头、核辐射探测器、传感器组和跟踪定位器连接的无线收发模块。
[0013]更进一步地，所述控制系统包括安装在蛇头内的主控芯片，以及在每个关节模块内均有安装的从控芯片；所述主控芯片同时与遥控器及所有的从控芯片均相连接，并且每个关节模块内的从控芯片和关节驱动器均相互连接。
[0014]更进一步地，所述关节模块包括关节主体、第一安装槽、第二安装槽、第一连接部和第二连接部，其中:
第一安装槽，设置在关节主体内部，用于安装关节驱动器；
第二安装槽，设置在关节主体前部，用于安装从控芯片；
第一连接部，设置在关节主体右部，用于连接后端的关节模块，并可使关节主体绕着后端的关节模块在水平方向上做-90°?90°的转动；
第二连接部，设置在关节主体左部，用于连接前端的关节模块，并可使前端的关节模块绕着关节主体在竖直方向上做-90°?90°的转动。
[0015]具体地说，所述步骤(4)包括以下步骤:
(4a)主芯片接收指令，并解析出一个或多个运动程序；
(4b)主芯片将每一关节模块需要做的运动情况传达至相应关节模块中的从控芯片； (4c)从控芯片解析出程序，并将自身需要旋转的角度传达给与之对应的关节驱动器中；
(4d)在供电系统提供驱动力的条件下，一个或多个关节驱动器按照从控芯片的指令，分别带动与之对应的关节模块旋转至所需要旋转的角度，改变蛇体的实时运动步态。
[0016]作为优选，所述主控芯片和从控芯片均为AVR单片机。
[0017]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
(I)本发明不仅设置了与蛇体配合的检测系统、定位系统、通信系统、上位机和控制系统，而且还设计出了一套行之有效的检测方法，通过改进现有蛇形机器人的结构，并将其与检测方法进行结合，可以使蛇体在核设备及管道中完成诸如侧移、蜿蜒、蠕动等步态以及几种步态组合后的新型步态，实现了蛇形机器人的精确步态控制，从而灵活进出于核设备中各个部位和管道，完成对核设备内部的监控及相关参数(核辐射浓度、管道温度、湿度和压力等)的检测，进而顺利完成核退役处理工作，为核设备退役方案的选择和优化提供有意义、有价值的参考。
[0018](2 )本发明中相邻关节模块采用正交方式连接，可方便实现两个关节模块中一个在水平方向上、另一个在竖直方向上做-90°?90°的转动，从而使蛇体的转动更加灵活。
[0019](3)本发明中的关节驱动器采用舵机，其具有体积紧凑、便于安装、输出力矩大、稳定性好、控制简单的优点，在配合AVR单片机的主、从控芯片后，可以更好地控制关节模块的旋转，提高其旋转的响应速度。
[0020](4)本发明中的定位系统采用跟踪定位器，不仅可以对蛇体进行定位，而且当蛇体在检测过程中自身出现故障时，还可以准确定位出蛇体所处的位置。
[0021](5)本发明合理设计了单个关节模块的结构，使其不仅能够在水平或竖直方向上转动，而且可以很好地安装其他系统的设备，令蛇体与参数检测及步态执行设备之间得到完美的结合，从而保证了蛇形机器人对核设备及管道内部环境检测的全面性和准确性，进一步提尚了参考的价值。
[0022](6)本发明设计合理，蛇体体积小巧，控制灵活、便捷，灵敏度高，监测定位准，稳定性和可靠性强，因此，其具有很高的实用价值和推广价值。
【附图说明】
[0023]图1为本发明中蛇形机器人的系统组成构架示意图。
[0024]图2为本发明中蛇头、蛇身和蛇尾的连接示意图。
[0025]图3为相邻两个关节模块的组装示意图。
[0026]其中，附图标记对应的零部件名称为:
1-蛇头，11-凹槽，12-蛇嘴，13-蛇眼，2-蛇身，31-关节主体，32-第一安装槽，33-第二安装槽，34-第一连接部，35-第二连接部，4-蛇尾。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例
[0028]本发明提供了一种可以检测核设备管道内部环境的方法，其需要配合到蛇形机器人。而如图1所示，本发明所采用到的蛇形机器人，包括蛇体、检测系统、定位系统、通信系统、上位机、控制系统和供电系统。如图2所示，所述的蛇体包括蛇头1、蛇身2和蛇尾4，其中，蛇身2由至少两个关节模块相互连接构成，每个关节模块中均安装有关节驱动器，而所述的蛇头I与蛇身2前端活动连接，所述的蛇尾4与蛇身2的后端活动连接。再如图2、3所示，本实施例中，所述的蛇头I包括凹槽11、蛇嘴12和蛇眼13，所述的关节模块包括关节主体31、第一安装槽32、第二安装槽33、第一连接部34和第二连接部35，图3中，相邻的两个关节模块采用正交方式连接，其具体的连接方式:前面一个关节主体右部的第一连接部34打孔，然后扣接后面一个关节主体左部的第二连接部35。如此一来，前面的关节主体可以绕着后面的关节主体在水平方向上做-90°?90°的转动；而后面的关节主体则可以绕着更后面的关节主体在竖直方向上做-90°?90°的转动。所述的关节驱动器为舵机，在每个关节主体31内部的第一安装槽32中均有安装，用于改变相应的关节模块的旋转角度。
[0029]所述的检测系统用于采集核设备内