一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人及其搜寻方法技术

本发明专利技术公开了一种面向室内的失控放射源搜寻机器人及其搜寻方法；失控放射源搜寻机器人包括机械部分、探测部分、控制部分以及数据存储部分；失控放射源搜寻机器人的搜寻方法为：采用沿墙走算法进行全局路径搜索，当位于辐射剂量探测单元上方的辐射剂量探测装置检测到辐射剂量率大于第一阈值时，进入第一局部路径搜索模式，当位于辐射剂量探测单元侧面的辐射剂量探测装置检测到辐射剂量率大于第一阈值时，进入第二局部路径搜索模式，若两者同时检测到辐射剂量率大于第一阈值，则优先进行第一局部路径搜索模式；本发明专利技术使工作人员避免了直接进行放射源搜寻的过程，降低了放射源搜寻人员受到辐射伤害的可能性，进一步保障了人们生产生活的安全性。

An indoor autonomous search robot for out of control radioactive sources and its search method

【技术实现步骤摘要】
一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人及其搜寻方法
本专利技术涉及机器人搜寻领域，尤其涉及一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人及其搜寻方法。
技术介绍
自21世纪以来，无论是国际还是国内，核工业与核技术都得到巨大发展。与此同时，放射源也被广泛应用于医疗、工业探伤、农作物育种等生产生活的各个方面，为人们的生产生活提供了巨大的帮助。然而，由于管理不善、人为盗窃等原因，放射源丢失事故时有发生。例如2003年金昌市、2005年邢台市、2014年南京市均发生过不同程度的放射源丢失事件。对于失控的放射源，目前仍采用技术人员携探测仪器人工搜寻或遥控机器人搜寻的方式，不仅效率不高，而且放射源搜寻人员极易受到辐照伤害。针对诸如此类的问题，自主探寻并处置失控放射源的智能机器人开始受到研究人员的关注。2018年3月，西南科技大学张华等人提出了一种基于异构机器人的放射物搜寻系统及方法(西南科技大学.一种基于异构机器人的放射物搜寻系统及方法:CN201810255940.3[P].2018-09-25.)。该系统利用多旋翼飞行器与陆地机器人配合，能够快速有效的探寻到失控放射源的位置并做出处置措施。但同时，该系统也存在一些不可避免的问题。例如，对于可能散落在室内的放射源，多旋翼飞行器难以进入现场进行搜寻，而受到墙壁等物体的隔离作用，当无人机在室外配合陆地机器人进行探寻时不能够准确定位放射源所在的位置；利用GPS定位设备对系统内的多旋翼飞行器及陆地机器人进行定位，定位精度不高。
技术实现思路
为了解决现有技术中的不足之处，本专利技术公开一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人，该机器人利用机器人技术，能够在室内环境中灵活、快速地运动，并且探测自身周边环境的障碍物信息、图像信息以及辐射剂量信息，准确搜寻出可能散落在室内各个位置的放射源，使工作人员避免了直接进行放射源搜寻的过程，降低了放射源搜寻人员受到辐射伤害的可能性，进一步保障了人们生产生活的安全性。本专利技术的另一目的在于：提供一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人的搜寻方法。本专利技术的目的至少通过如下技术方案之一实现：一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人，包括机械部分、探测部分、控制部分以及数据存储部分；所述机械部分具体包括运动机构、驱动机构和设备搭载平台；所述探测部分具体包括激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元和超宽带定位单元；所述控制部分具体包括电源、主控单元和无线通讯单元；所述数据存储部分具体包括数据存储单元；所述运动机构分别与驱动机构及设备搭载平台连接；所述电源分别与驱动机构、激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元、超宽带定位单元、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接；所述主控单元分别与电源、激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元、超宽带定位单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接；所述运动机构具体包括轮子以及依靠轮子支撑的底盘，通过驱动机构的驱动，实现机器人的前进、后退以及转向；所述驱动机构接收主控单元发出的指令，用于驱动运动机构做出动作；所述设备搭载平台固定在运动机构的底盘上，包含上、下两层，每一层均被划分为9块区域，每层的9块区域大小可根据所搭载仪器设备尺寸进行调整确定，用于搭载各种仪器设备；设备搭载平台上层9块区域按左前、正前、右前、左侧、中间、右侧、左后、正后、右后的位置顺序分别编号：U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9；设备搭载平台下层的9块区域按左前、正前、右前、左侧、中间、右侧、左后、正后、右后的位置顺序分别编号：D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9；所述激光测距单元用于实时探测机器人自身与障碍物以及墙壁之间的距离，并且将探测到的信息实时传输到主控单元；所述辐射剂量探测单元用于探测待搜寻区域内的辐射剂量率以及辐射剂量分布情况；所述摄像单元用于实时记录搜寻过程中的图像信息；所述超宽带定位单元用于确定机器人在室内的位置，将位置坐标信息存储到数据存储单元，并通过无线通讯单元将位置坐标信息传输到技术人员终端设备；所述电源安装在设备搭载平台的D1号位置，用于为机器人身上各种装置提供所需的电能；所述主控单元用于控制机器人的各种行为；所述无线通讯单元用于将机器人搜寻过程采集到的距离信息、辐射剂量强度信息、图像信息、位置坐标信息实时传输到技术人员的终端设备上；所述数据存储单元用于存储机器人在搜寻过程中采集到的各种信息。进一步地，所述机械部分的驱动机构具体包括电动机和角度伺服电机；所述电动机安装在设备搭载平台的D5号位置，分别与电源运动机构的轮子以及主控单元连接，用于控制机器人前进、后退以及控制机器人的直线运动速度；所述角度伺服电机安装在设备搭载平台的D3号位置，分别与电动机、电源以及主控单元连接，用于控制机器人的转向动作。进一步地，所述探测部分的激光测距单元具体包括第一测距单元、第二测距单元和第三测距单元；所述第一测距单元安装在设备搭载平台的D2号位置，分别与电源、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接，用于测量前方障碍物的形体特征以及障碍物与机器人之间的距离，并将探测到的数据实时传输到主控单元；所述第二测距单元和第三测距单元分别安装在设备搭载平台的D4及D6号位置，第二测距单元和第三测距单元均分别与电源、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接，用于探测机器人与墙壁之间的距离，并将探测到的信息实时传输到主控单元。进一步地，所述探测部分的辐射剂量探测单元安装在设备搭载平台的U5号位置，安装方式为：直棱柱轴线垂直于地面，两个底面中无探针一侧靠近地面；辐射剂量探测单元具体包括辐射屏蔽体和辐射剂量探测装置，辐射屏蔽体构成辐射剂量探测单元的外部，是一个底面为正八边形、上底面以及8个侧面各开有一个圆形小孔的、内部掏空的直棱柱；辐射剂量探测装置安装在辐射屏蔽体的内部，具体包括9个以GM管为主的相互独立的辐射剂量探测装置；所述9个以GM管为主的相互独立的辐射剂量探测装置分别安装在辐射剂量探测单元屏蔽体的上方、前方、后方、左方、右方、左前方、左后方、右前方以及右后方9个方向上，并分别与电源以及主控单元相连，侧面8个方向上的探针与机器人四个轮子底端所在平面平行，上底面的探针竖直向上，用于探测机器人搜寻区域内各个方向的辐射剂量率，并将探测到的辐射剂量率实时传输的主控单元；所述GM管的探针通过小孔探测该方向上的剂量率。进一步地，所述探测部分的摄像单元安装在设备搭载平台的U2号位置,分别与电源、无线通讯单元、数据存储单元连接，用于采集搜寻过程的图像,并通过无线通讯单元将图像信息传输到技术人员的终端设备上，并将图像信息存储到数据存储单元中。进一步地，所述探测部分的超宽带定位单元具体包括定位标签、定位基站以及定位解算引擎；所述定位标签安装在设备搭载平台的U1号位置，分别与电源、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接，用于发射超短时脉冲信号以及接收定位基站发送回来的定位数据；所述定位基站同时具有有线以太网本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人，其特征在于：包括机械部分、探测部分、控制部分以及数据存储部分；所述机械部分具体包括运动机构、驱动机构和设备搭载平台；所述探测部分具体包括激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元和超宽带定位单元；所述控制部分具体包括电源、主控单元和无线通讯单元；所述数据存储部分具体包括数据存储单元；/n所述运动机构分别与驱动机构及设备搭载平台连接；/n所述电源分别与驱动机构、激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元、超宽带定位单元、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接；/n所述主控单元分别与电源、激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元、超宽带定位单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接；/n所述运动机构具体包括轮子以及依靠轮子支撑的底盘，通过驱动机构的驱动，实现机器人的前进、后退以及转向；/n所述驱动机构接收主控单元发出的指令，用于驱动运动机构做出动作；/n所述设备搭载平台固定在运动机构的底盘上，包含上、下两层，每一层均被划分为9块区域，每层的9块区域大小可根据所搭载仪器设备尺寸进行调整确定，用于搭载各种仪器设备；设备搭载平台上层9块区域按左前、正前、右前、左侧、中间、右侧、左后、正后、右后的位置顺序分别编号：U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9；设备搭载平台下层的9块区域按左前、正前、右前、左侧、中间、右侧、左后、正后、右后的位置顺序分别编号：D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9；/n所述激光测距单元用于实时探测机器人自身与障碍物以及墙壁之间的距离，并且将探测到的信息实时传输到主控单元；/n所述辐射剂量探测单元用于探测待搜寻区域内的辐射剂量率以及辐射剂量分布情况；/n所述摄像单元用于实时记录搜寻过程中的图像信息；/n所述超宽带定位单元用于确定机器人在室内的位置，将位置坐标信息存储到数据存储单元，并通过无线通讯单元将位置坐标信息传输到技术人员终端设备；/n所述电源安装在设备搭载平台的D1号位置，用于为机器人身上各种装置提供所需的电能；/n所述主控单元用于控制机器人的各种行为；/n所述无线通讯单元用于将机器人搜寻过程采集到的距离信息、辐射剂量强度信息、图像信息、位置坐标信息实时传输到技术人员的终端设备上；/n所述数据存储单元用于存储机器人在搜寻过程中采集到的各种信息。/n...

【技术特征摘要】
1.一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人，其特征在于：包括机械部分、探测部分、控制部分以及数据存储部分；所述机械部分具体包括运动机构、驱动机构和设备搭载平台；所述探测部分具体包括激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元和超宽带定位单元；所述控制部分具体包括电源、主控单元和无线通讯单元；所述数据存储部分具体包括数据存储单元；
所述运动机构分别与驱动机构及设备搭载平台连接；
所述电源分别与驱动机构、激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元、超宽带定位单元、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接；
所述主控单元分别与电源、激光测距单元、辐射剂量探测单元、摄像单元、超宽带定位单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接；
所述运动机构具体包括轮子以及依靠轮子支撑的底盘，通过驱动机构的驱动，实现机器人的前进、后退以及转向；
所述驱动机构接收主控单元发出的指令，用于驱动运动机构做出动作；
所述设备搭载平台固定在运动机构的底盘上，包含上、下两层，每一层均被划分为9块区域，每层的9块区域大小可根据所搭载仪器设备尺寸进行调整确定，用于搭载各种仪器设备；设备搭载平台上层9块区域按左前、正前、右前、左侧、中间、右侧、左后、正后、右后的位置顺序分别编号：U1、U2、U3、U4、U5、U6、U7、U8、U9；设备搭载平台下层的9块区域按左前、正前、右前、左侧、中间、右侧、左后、正后、右后的位置顺序分别编号：D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7、D8、D9；
所述激光测距单元用于实时探测机器人自身与障碍物以及墙壁之间的距离，并且将探测到的信息实时传输到主控单元；
所述辐射剂量探测单元用于探测待搜寻区域内的辐射剂量率以及辐射剂量分布情况；
所述摄像单元用于实时记录搜寻过程中的图像信息；
所述超宽带定位单元用于确定机器人在室内的位置，将位置坐标信息存储到数据存储单元，并通过无线通讯单元将位置坐标信息传输到技术人员终端设备；
所述电源安装在设备搭载平台的D1号位置，用于为机器人身上各种装置提供所需的电能；
所述主控单元用于控制机器人的各种行为；
所述无线通讯单元用于将机器人搜寻过程采集到的距离信息、辐射剂量强度信息、图像信息、位置坐标信息实时传输到技术人员的终端设备上；
所述数据存储单元用于存储机器人在搜寻过程中采集到的各种信息。


2.根据权利要求1所述的一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人，其特征在于：所述机械部分的驱动机构具体包括电动机和角度伺服电机；所述电动机安装在设备搭载平台的D5号位置，分别与电源运动机构的轮子以及主控单元连接，用于控制机器人前进、后退以及控制机器人的直线运动速度；所述角度伺服电机安装在设备搭载平台的D3号位置，分别与电动机、电源以及主控单元连接，用于控制机器人的转向动作。


3.根据权利要求1所述的一种面向室内的失控放射源自主搜寻机器人，其特征在于：所述探测部分的激光测距单元具体包括第一测距单元、第二测距单元和第三测距单元；所述第一测距单元安装在设备搭载平台的D2号位置，分别与电源、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接，用于测量前方障碍物的形体特征以及障碍物与机器人之间的距离，并将探测到的数据实时传输到主控单元；所述第二测距单元和第三测距单元分别安装在设备搭载平台的D4及D6号位置，第二测距单元和第三测距单元均分别与电源、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接，用于探测机器人与墙壁之间的距离，并将探测到的信息实时传输到主控单元；
所述探测部分的辐射剂量探测单元安装在设备搭载平台的U5号位置，安装方式为：直棱柱轴线垂直于地面，两个底面中无探针一侧靠近地面；辐射剂量探测单元具体包括辐射屏蔽体和辐射剂量探测装置，辐射屏蔽体构成辐射剂量探测单元的外部，是一个底面为正八边形、上底面以及8个侧面各开有一个圆形小孔的、内部掏空的直棱柱；辐射剂量探测装置安装在辐射屏蔽体的内部，具体包括9个以GM管为主的相互独立的辐射剂量探测装置；所述9个以GM管为主的相互独立的辐射剂量探测装置分别安装在辐射剂量探测单元屏蔽体的上方、前方、后方、左方、右方、左前方、左后方、右前方以及右后方9个方向上，并分别与电源以及主控单元相连，侧面8个方向上的探针与机器人四个轮子底端所在平面平行，上底面的探针竖直向上，用于探测机器人搜寻区域内各个方向的辐射剂量率，并将探测到的辐射剂量率实时传输的主控单元；所述GM管的探针通过小孔探测该方向上的剂量率；
所述探测部分的摄像单元安装在设备搭载平台的U2号位置,分别与电源、无线通讯单元、数据存储单元连接，用于采集搜寻过程的图像,并通过无线通讯单元将图像信息传输到技术人员的终端设备上，并将图像信息存储到数据存储单元中；
所述探测部分的超宽带定位单元具体包括定位标签、定位基站以及定位解算引擎；所述定位标签安装在设备搭载平台的U1号位置，分别与电源、主控单元、无线通讯单元以及数据存储单元连接，用于发射超短时脉冲信号以及接收定位基站发送回来的定位数据；所述定位基站同时具有有线以太网和WiFi两种回传信道，根据实际情况布置到室内，用于接收定位标签发送的超短时脉冲信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡杰进，易登星，伍聪烜，王壮，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44