一种履带式辐射监测机器人及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种履带式辐射监测机器人及其使用方法，该机器人包括机身、设置在机身底部的辐射探测器和两个分别设置在机身两侧的履带式行走机构，以及分别设置在机身前后两端的工控机和机械臂，履带式行走机构包括履带、两个主动轮和多个带轮，带轮通过减震装置设置在机身侧板的底部，行进平稳；该使用方法包括步骤：一、机器人初始化；二、待测辐射区域环境探测；三、判断机器人前方是否有障碍物；四、判断障碍物高度是否超过阈值；五、绕过障碍物行进；六、越过障碍物行进；七、识别待测辐射区域是否有沾染物；八、沾染物取样；九、判断机器人是否行进至终点。本发明专利技术可生成待测辐射区域的辐射分布图，采集沾染物，获取环境音视频信息。

Crawler type radiation monitoring robot and method of using the same

The invention discloses a crawler robot and method of using radiation monitoring, radiation detector of the robot comprises a machine body, is arranged in the bottom of the fuselage and two are respectively arranged on the two sides of the track type walking mechanism, and the body are respectively arranged on the front and back ends of the industrial computer and the mechanical arm, crawler type walking mechanism comprises a track, two the driving wheel and a belt wheel, belt wheel is arranged on the side plate through a damping device at the bottom of a smooth road; the method comprises the following steps: first, the robot is initialized; two, the measured environmental radiation area detection; three, to determine whether there are obstacles in front of the robot; four, determine the obstacle height is more than threshold; five and around the obstacle; six, across the obstacle; seven, to recognize the measured radiation area if there is contamination; eight, contaminant sampling; nine, sentenced Does the robot March to the end?. The invention can generate radiation distribution map of the radiation area to be collected, and acquire environmental audio and video information.

【技术实现步骤摘要】
一种履带式辐射监测机器人及其使用方法
本专利技术属于机器人探测
，具体涉及一种履带式辐射监测机器人及其使用方法。
技术介绍
核能对军事、经济、社会、政治等都有广泛而重大的影响，核能可作为核武器，并用于航空母舰、核潜艇等的动力源；核能可以替代化石燃料，用于发电；可以作为放射源应用于医疗；还可以为城市供热等，受到了世界各国的重视。但是放射性元素产生的核辐射会对人体造成巨大的伤害，甚至会直接威胁到相关工作人员的生命安全。因此，辐射监测机器人的使用有着极为重要的意义。辐射监测机器人是在核电站中广泛使用的机器人。目前大多数辐射监测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，只有少数的机器人采用多足或两足行走方式。由于辐射的原因，近距离的监测辐射剂量率有一定的危险性，为了实现对辐射探测机器人的远距离控制，辐射监测机器人通常装备有多种传感器，辐射监测机器人具有各种各样的传感器设备。现有辐射监测机器人一般都携带有照明灯，摄像机和导航设备，辐射监测机器人是应用在辐射环境下的特种机器人，机器人的任务不是在生产线的规定位置完成已经安排好的任务，它要完成的是位置不定的多种多样变化的工作，且现有涉核区往往由于多年荒废，地势复杂，机器人在行驶过程中会遇到各种情况的地势，适应复杂多变的环境，能做各种姿态操作机械臂且对危险环境有着极好的应变能力，自适应核辐射的恶劣环境是现有辐射监测机器人所要克服的困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种履带式辐射监测机器人，其设计新颖合理，采用上下两层的机身结构配备减震装置保证机器人行进平稳，通过远程控制机器人实现辐射剂量率的采集功能，并根据实际现场环境，通过机器人自身感应做出实际的判断，适应复杂多变的环境，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：包括机身、设置在机身底部的辐射探测器和两个分别设置在机身两侧的履带式行走机构，以及分别设置在机身前后两端的工控机和机械臂，机身包括下底盘和两个分别安装在下底盘两侧的侧板，下底盘上位于两侧板之间的位置且沿侧板长度方向设置有多个隔板，多个所述隔板与下底盘和侧板分别构成蓄电池舱、试样舱和用于放置控制主板的主板舱，以及两个分别位于下底盘两端的主动电机舱，蓄电池舱和下底盘一端的主动电机舱相邻，主板舱和下底盘另一端的主动电机舱相邻，蓄电池舱、主板舱和主动电机舱均通过上底盘封装；辐射探测器通过提升装置设置在下底盘底部，机械臂安装在位于机身前端的上底盘上，机械臂的旁侧安装有云台和天线，所述云台上安装有高清图像探测器和红外图像探测器；所述履带式行走机构包括履带以及用于传动履带运行的两个主动轮和多个带轮，两个主动轮分别通过两个主动电机驱动模块设置在侧板顶部两端，两个主动电机驱动模块分别伸入到两个分别位于下底盘两端的主动电机舱内，带轮通过减震装置设置在侧板的底部，所述减震装置包括支撑连接件、供支撑连接件的一端滑动的滑槽和与所述支撑连接件的一端固定连接且套装在滑槽一端的弹簧，滑槽设置在侧板上，所述支撑连接件的中部通过转轴固定安装在侧板上，带轮通过带轮转轴连接在所述支撑连接件的另一端，带轮和主动轮均与履带的内表面相接触；所述控制主板上集成有均与工控机连接的环境探测器、定位系统、存储器、定时器、超声波避障模块和用于与远程控制终端无线通信的无线传输模块，高清图像探测器、红外图像探测器、辐射探测器的输出端均与工控机的输入端相接，主动电机驱动模块的输入端与工控机的输出端相接，提升装置通过提升电机驱动模块与工控机的输出端相接。上述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述控制主板上还集成有音频采集单元以及为高清图像探测器和红外图像探测器提供稳定供电的直流电源转换电路，直流电源转换电路为高清图像探测器和红外图像探测器供电的回路中串联有用于切换高清图像探测器或红外图像探测器工作的继电器，继电器为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的线圈控制端由工控机控制，蓄电池舱内设置有为所述控制主板供电的蓄电池，所述蓄电池与直流电源转换电路相接，音频采集单元的输出端与工控机的输入端相接，上底盘上设置有用于驱动机械臂升降、伸缩、旋转及开合的机械臂驱动模块，下底盘上设置有用于驱动提升装置升降辐射探测器的提升电机驱动模块，机械臂驱动模块和提升电机驱动模块均与工控机的输出端相接，辐射探测器为流气式正比计数器，所述流气式正比计数器的后端设置有探测器进气端，所述流气式正比计数器的前端设置有探测器出气端。上述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述试样舱上设置有可拆卸的试样盒，所述试样盒内设置有相互隔开的样品舱、用于存放未取样脱脂棉的第一储物舱和用于存放取样后脱脂棉的第二储物舱。上述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述无线传输模块通过天线与远程控制终端进行无线通信。上述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述机械臂包括依次连接的机械臂部件一、机械臂部件二、机械臂部件三和机械臂部件四，机械臂部件四上安装有机械爪，机械臂驱动模块包括用于控制机械臂部件一伸缩的第一机械臂驱动模块、用于控制机械臂部件二旋转的第一机械臂驱动模块、用于控制机械臂部件三升降的第三机械臂驱动模块和用于控制所述机械爪开合的第四机械臂驱动模块，所述第一机械臂驱动模块、第二机械臂驱动模块、第三机械臂驱动模块和第四机械臂驱动模块均为步进电机控制模块。上述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述环境探测器包括用于探测辐射区域能量温度的温度传感器、用于探测辐射区域能见度的烟雾粉尘浓度传感器和用于探测辐射区域人体生命体征参数的红外热释传感器。上述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述上底盘和侧板均为透明板，滑槽为弧形滑槽，所述定位系统包括GPS定位器和北斗定位系统。同时，本专利技术还公开了一种方法步骤简单、设计合理、可监测待测辐射区域辐射情况的履带式辐射监测机器人的使用方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、机器人初始化：机器人工作前将待测辐射区域探测起点和探测终点提前输入至工控机，工控机为机器人规划探测路径，将机器人放置在探测起点开始工作；步骤二、待测辐射区域环境探测：采用环境探测器实时探测待测辐射区域能量温度和能见度，当待测辐射区域能量温度过高时，采用无线传输模块通过天线向远程控制终端发出预警信号；当待测辐射区域能见度低时，工控机控制继电器接通直流电源转换电路为红外图像探测器供电的线路，获取现场红外图像；当待测辐射区域能见度高时，工控机控制继电器接通直流电源转换电路为高清图像探测器供电的线路，获取现场高清图像，同时配合音频采集单元同步采集现场音频信息；定位系统实时记录机器人位置信息；步骤三、判断机器人前方是否有障碍物：采用超声波避障模块探测机器人前方是否遇到障碍物，当超声波避障模块探测到障碍物时，执行步骤四；当超声波避障模块未探测到障碍物时，执行步骤七；步骤四、判断障碍物高度是否超过阈值：设置障碍物的高度阈值，当超声波避障模块探测到的障碍物的高度超过该阈值时，执行步骤五；当超声波避障模块探测到的障碍物的高度未超过该阈值时，执行步骤六；步骤五、绕过障碍物行进：通过工控机分别控制机器人的四个主动轮的转速，调节机器人前进方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：包括机身(3)、设置在机身(3)底部的辐射探测器(12)和两个分别设置在机身(3)两侧的履带式行走机构，以及分别设置在机身(3)前后两端的工控机(1)和机械臂(2)，机身(3)包括下底盘(3‑2)和两个分别安装在下底盘(3‑2)两侧的侧板(3‑3)，下底盘(3‑2)上位于两侧板(3‑3)之间的位置且沿侧板(3‑3)长度方向设置有多个隔板，多个所述隔板与下底盘(3‑2)和侧板(3‑3)分别构成蓄电池舱(3‑5)、试样舱和用于放置控制主板的主板舱(3‑7)，以及两个分别位于下底盘(3‑2)两端的主动电机舱(3‑4)，蓄电池舱(3‑5)和下底盘(3‑2)一端的主动电机舱(3‑4)相邻，主板舱(3‑7)和下底盘(3‑2)另一端的主动电机舱(3‑4)相邻，蓄电池舱(3‑5)、主板舱(3‑7)和主动电机舱(3‑4)均通过上底盘(3‑1)封装；辐射探测器(12)通过提升装置(13)设置在下底盘(3‑2)底部，机械臂(2)安装在位于机身(3)前端的上底盘(3‑1)上，机械臂(2)的旁侧安装有云台和天线(15)，所述云台上安装有高清图像探测器(4)和红外图像探测器(5)；所述履带式行走机构包括履带(7)以及用于传动履带(7)运行的两个主动轮(14)和多个带轮(8)，两个主动轮(14)分别通过两个主动电机驱动模块(25)设置在侧板(3‑3)顶部两端，两个主动电机驱动模块(25)分别伸入到两个分别位于下底盘(3‑2)两端的主动电机舱(3‑4)内，带轮(8)通过减震装置设置在侧板(3‑3)的底部，所述减震装置包括支撑连接件(9)、供支撑连接件(9)的一端滑动的滑槽(11)和与所述支撑连接件(9)的一端固定连接且套装在滑槽(11)一端的弹簧(10)，滑槽(11)设置在侧板(3‑3)上，所述支撑连接件(9)的中部通过转轴(16)固定安装在侧板(3‑3)上，带轮(8)通过带轮转轴连接在所述支撑连接件(9)的另一端，带轮(8)和主动轮(14)均与履带(7)的内表面相接触；所述控制主板上集成有均与工控机(1)连接的环境探测器(19)、定位系统(23)、存储器(27)、定时器(28)、超声波避障模块(29)和用于与远程控制终端(31)无线通信的无线传输模块(30)，高清图像探测器(4)、红外图像探测器(5)、辐射探测器(12)的输出端均与工控机(1)的输入端相接，主动电机驱动模块(25)的输入端与工控机(1)的输出端相接，提升装置(13)通过提升电机驱动模块(26)与工控机(1)的输出端相接。...

【技术特征摘要】
1.一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：包括机身(3)、设置在机身(3)底部的辐射探测器(12)和两个分别设置在机身(3)两侧的履带式行走机构，以及分别设置在机身(3)前后两端的工控机(1)和机械臂(2)，机身(3)包括下底盘(3-2)和两个分别安装在下底盘(3-2)两侧的侧板(3-3)，下底盘(3-2)上位于两侧板(3-3)之间的位置且沿侧板(3-3)长度方向设置有多个隔板，多个所述隔板与下底盘(3-2)和侧板(3-3)分别构成蓄电池舱(3-5)、试样舱和用于放置控制主板的主板舱(3-7)，以及两个分别位于下底盘(3-2)两端的主动电机舱(3-4)，蓄电池舱(3-5)和下底盘(3-2)一端的主动电机舱(3-4)相邻，主板舱(3-7)和下底盘(3-2)另一端的主动电机舱(3-4)相邻，蓄电池舱(3-5)、主板舱(3-7)和主动电机舱(3-4)均通过上底盘(3-1)封装；辐射探测器(12)通过提升装置(13)设置在下底盘(3-2)底部，机械臂(2)安装在位于机身(3)前端的上底盘(3-1)上，机械臂(2)的旁侧安装有云台和天线(15)，所述云台上安装有高清图像探测器(4)和红外图像探测器(5)；所述履带式行走机构包括履带(7)以及用于传动履带(7)运行的两个主动轮(14)和多个带轮(8)，两个主动轮(14)分别通过两个主动电机驱动模块(25)设置在侧板(3-3)顶部两端，两个主动电机驱动模块(25)分别伸入到两个分别位于下底盘(3-2)两端的主动电机舱(3-4)内，带轮(8)通过减震装置设置在侧板(3-3)的底部，所述减震装置包括支撑连接件(9)、供支撑连接件(9)的一端滑动的滑槽(11)和与所述支撑连接件(9)的一端固定连接且套装在滑槽(11)一端的弹簧(10)，滑槽(11)设置在侧板(3-3)上，所述支撑连接件(9)的中部通过转轴(16)固定安装在侧板(3-3)上，带轮(8)通过带轮转轴连接在所述支撑连接件(9)的另一端，带轮(8)和主动轮(14)均与履带(7)的内表面相接触；所述控制主板上集成有均与工控机(1)连接的环境探测器(19)、定位系统(23)、存储器(27)、定时器(28)、超声波避障模块(29)和用于与远程控制终端(31)无线通信的无线传输模块(30)，高清图像探测器(4)、红外图像探测器(5)、辐射探测器(12)的输出端均与工控机(1)的输入端相接，主动电机驱动模块(25)的输入端与工控机(1)的输出端相接，提升装置(13)通过提升电机驱动模块(26)与工控机(1)的输出端相接。2.按照权利要求1所述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述控制主板上还集成有音频采集单元(20)以及为高清图像探测器(4)和红外图像探测器(5)提供稳定供电的直流电源转换电路(21)，直流电源转换电路(21)为高清图像探测器(4)和红外图像探测器(5)供电的回路中串联有用于切换高清图像探测器(4)或红外图像探测器(5)工作的继电器(22)，继电器(22)为单刀双掷继电器，所述单刀双掷继电器的线圈控制端由工控机(1)控制，蓄电池舱(3-5)内设置有为所述控制主板供电的蓄电池，所述蓄电池与直流电源转换电路(21)相接，音频采集单元(20)的输出端与工控机(1)的输入端相接，上底盘(3-1)上设置有用于驱动机械臂(2)升降、伸缩、旋转及开合的机械臂驱动模块(24)，下底盘(3-2)上设置有用于驱动提升装置(13)升降辐射探测器(12)的提升电机驱动模块(26)，机械臂驱动模块(24)和提升电机驱动模块(26)均与工控机(1)的输出端相接，辐射探测器(12)为流气式正比计数器，所述流气式正比计数器的后端设置有探测器进气端，所述流气式正比计数器的前端设置有探测器出气端(6)。3.按照权利要求1所述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述试样舱上设置有可拆卸的试样盒，所述试样盒内设置有相互隔开的样品舱(3-6)、用于存放未取样脱脂棉的第一储物舱(3-8)和用于存放取样后脱脂棉的第二储物舱(3-9)。4.按照权利要求3所述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述无线传输模块(30)通过天线(15)与远程控制终端(31)进行无线通信。5.按照权利要求4所述的一种履带式辐射监测机器人，其特征在于：所述机械臂(2)包括依次连接的机械臂部件一(2-1)、机械臂部件二(2-2)、机械臂部件三(2-3)和机械臂部件四(2-4)，机械臂部件四(2-4)上安装有机械爪，机械臂驱动模块(24)包括用于控制机械臂部件一(2-1)伸缩的第一机械臂驱动模块、用于控制机械臂部件二(2-2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘延飞，过惠平，王晓添，吕宁，赵括，侯毅杰，李琪，
申请(专利权)人：中国人民解放军火箭军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61