CN101377547A - 基于遥操作移动机器人的核化污染检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对核污染和化学污染环境下的自动检测问题，提出了一种基于遥操作移动机器人的核、化污染检测方法。本发明的要点是：遥操作移动机器人在操作员的远程无线控制下进入污染现场，通过无线传输将事故现场的信息传回本地操作平台；移动机器人上设有核侦察仪和仪器舱，舱内安装有化学气体检测仪器，仪器舱内还装有摄像头和照明灯，摄像头获取化学气体检测仪器示值表盘的图像，并将图像传到本地操作平台。找到污染源后，利用机械手移走污染源或对污染源采样；移动机器人上装有GPS定位导航仪，可对污染源进行定位。本发明具有零伤亡、仪器舱内仪器可灵活更换等优点。可用于高度危险、使用通常手段无法实施检测的核污染、化学泄漏的事故现场。
Description
技术领域
本发明涉及移动机器人技术以及核污染和化学污染检测领域。具体提出了一种基于遥操作移动机器人平台的核污染和化学污染的检测方法。
背景技术
在发生核污染和化学泄漏事故时，经常遇到情况不明、高度危险、人员无法接近且使用通常手段无法实施检测的区域。遇到这种情况，目前的检测方法主要有两种：一是派核化处理人员携带检测仪器进入污染区域进行测量，或派核化处理人员携带录像机录制现场情况，为事故处理提供依据。这种方式不仅效率低下、可靠性低，更重要的是核化处理人员的危险极大，很容易造成人员伤亡；二是派专门的核污染、化学污染检测车辆前往侦察。但目前国内的此类车辆体积庞大，行动迟缓，而且无法进入建筑内部实施检测，这很大程度上限制了核、化污染检测车辆的应用场合。而本发明是处理上述核、化污染事件的有力工具。利用搭载了检测仪器的遥操作移动机器人，可以方便安全的进入高度危险、人员无法接近的污染现场，取回样本，获得现场图片和录像，并能对污染源定位，绘制污染区域分布图，为事故处理提供依据。
发明内容
本发明提出一种基于遥操作移动机器人的核化污染检测方法，使用该发明可以方便可靠地对高度危险、检测人员无法接近的核污染、化学泄漏的事故现场实施检测，取回样本，获得现场图片和录像。
本发明采用如下技术方案：
本发明提出了一种基于遥操作移动机器人的核化污染检测方法。在遥操作移动机器人上安装核侦察仪、化学气体检测仪及至少三台摄像机，核侦察仪设置在遥操作移动机器人的前端，化学气体检测仪设置在仪器舱内，第一台摄像机安装在遥操作移动机器人的机械手臂前端，用于近距离观察可疑物体，第二台摄像机安装在遥操作移动机器人的支架上面，用于拍摄遥操作移动机器人工作现场的全景图像，第三台摄像机安装在仪器舱内，用于获取安装在遥操作移动机器人的仪器舱内的化学气体检测仪器的示值表盘的图像。
控制遥操作移动机器人进入污染现场，在遥操作移动机器人行进的同时利用第二台摄像机拍摄现场的图像并将图像传回本地，利用核侦察仪获取事故现场的核辐射强度，再将核辐射强度值传输给设在遥操作移动机器人上的网络电台并利用网络电台将核辐射强度值传回本地，利用化学气体检测仪器获取事故现场化学污染的强度，同时利用第三台摄像机拍摄化学气体检测仪器的示值表盘并将图像传回本地。
根据所获得的现场的图像和核侦察仪的示值及化学气体检测仪的示值来修正遥操作移动机器人前进的速度和方向，所述的修正遥操作移动机器人前进速度和方向的方法是：如果现场的图像显示遥操作机器人前方没有障碍，则沿原行进方向加速前进，如果现场的图像显示遥操作机器人前方有障碍，机器人减速并改变前进方向绕过障碍；在遥操作移动机器人前进过程中，如果发现核侦察仪或化学气体检测仪的示值增大，则遥操作移动机器人已进入污染区域，控制遥操作移动机器人沿原前进方向继续前进，如果仪器示值减小，则遥操作移动机器人正远离污染源，这时改变遥操作移动机器人的前进方向并沿此改变后的前进方向前进，直到仪器示值开始增大后，控制遥操作移动机器人沿仪器示值开始增大时的前进方向前进，直到找到污染源，这种人机交互的寻找污染源的方法灵活、简单、可靠。
如果是在核污染的事故现场，利用以上所提供的调整遥操作移动机器人前进方向的方法，当不管怎样改变移动机器人的前进方向，核侦察仪的示值都不再增大时，则核污染源就在移动机器人近前，这时展开机械手臂使上方的第一台摄像机对遥操作移动移动机器人周围区域进行近距离观察。如果遥操作移动机器人发现污染源，则利用机械手臂对核污染源进行取样、抓取操作。
如果是在化学污染的事故现场，利用以上所提供的调整遥操作移动机器人前进方向的方法，当不管怎样改变移动机器人的前进方向，化学气体检测仪器的示值都不再增大时，遥操作移动机器人所处位置即为化学污染浓度最大的区域。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
由于本发明以遥操作移动机器人为平台，遥操作移动机器人在本地操作员的控制下代替检测人员深入污染现场，因此本发明具有零伤亡的优点；本发明中寻找污染源的方法是根据遥操作移动机器人前进过程中检测仪器的示值，始终保持遥操作移动机器人沿着检测仪器示值增大的方向前进，以此来寻找污染源，这种人机交互的寻找污染源的方法灵活、简单、可靠；由于遥操作移动机器人上装有GPS定位导航仪，因此本发明可对核污染源进行定位，为事故处理提供可靠依据，提高工作效率。本发明仪器舱内化学气体检测仪器可根据事故现场污染源类型不同而灵活更换。此外，遥操作移动机器人上装有机械手臂，可以抓取污染源或对污染源进行采样。
本发明可应用于高度危险、人员无法接近、使用通常手段无法实施检测的核污染、化学泄漏的事故现场。
附图说明：
图1是本发明本地控制器与遥操作移动机器人无线通讯示意图。
图2是本发明的总体结构图。
图3是的本发明的仪器集成方案示意图。
图4是的本发明的操作流程示意图。
具体实施方式
下文结合附图及具体实施例对本发明基于遥操作移动机器人的核化污染检测方法进行详细描述。
如图2所示，基于遥操作移动机器人的核化污染检测方法包括遥操作移动机器人1、安装在机器人车体上面的核探测仪2、仪器舱8、采样机械手5、网络电台11、安装在机械手上方的麦克风3、还有分别位于采样机械手臂上方的第一台摄像机4、车尾支架上面的第二台摄像机10、仪器舱8内的第三台摄像机9以及GPS定位导航仪6。
其中各部分的功能描述如下：
(1)核辐射分析探测仪2：用于检测事故现场的核辐射强度。
(2)网络电台11：采用900MHz的MDS iNET 340/900网络电台，用于遥操作移动机器人和本地操作员间进行无线通信。
(3)仪器舱8：在车体内开辟一个用于放置各种化学气体测量分析仪器的空间。舱内装有一个照明灯和一个摄像头，将带有示值表盘的化学气体检测仪器固定在仪器舱内，仪器舱内的照明灯7照亮化学气体检测仪器的示值表盘，仪器舱内的摄像头9拍摄示值表盘的图像并无线传输给本地操作员，本地操作员通过图像读取化学气体检测仪器的测量结果。
(4)摄像机及图像传输系统：摄像机获取事故现场的图片，图像传输系统通过无线传输方式将图像传给本地操作员。
(5)GPS定位导航仪6：接受GPS数据，随时确定遥操作移动机器人的位置，对污染源进行定位。
(6)采样机械手5：机械手臂有两个关节，能抓取污染源或对污染源进行采样。机械手臂前端安装的工具可根据需要灵活更换。机械手上方装有一个摄像机，用于近距离观察操作对象，获取操作对象更为细致的图像。此外，机械手上方装有麦克风3，向本地操作员传回遥操作移动机器人所处事故现场的声音信号，这些信号可能是气体或者液体泄漏声、受伤或者受困人员的呼救声或者呻吟声，这些声音信号可以为现场救援工作提供更好的依据，加快救援工作。
在遥操作移动机器人上安装核侦察仪、化学气体检测仪及三台摄像机，核侦察仪2设置在遥操作移动机器人的前端，化学气体检测仪设置在仪器舱8内，第一台摄像机4安装在遥操作移动机器人的机械手臂5的前端，用于近距离观察可疑物体，第二台摄像机10安装在遥操作移动机器人车尾的支架上面，用于拍摄遥操作移动机器人工作现场的全景图像，第三台摄像机9安装在仪器舱8内，用于获取安装在遥操作移动机器人的仪器舱8内的化学气体检测仪器的示值表盘的图像。
本地操作员无线控制遥操作移动机器人进入污染现场。在遥操作移动机器人行进的同时利用第二台摄像机10拍摄现场的图像并将图像传回本地，利用核侦察仪获取事故现场的核辐射强度，再将核辐射强度值传输给设在遥操作移动机器人上的网络电台11并利用网络电台将核辐射强度值传回本地，利用化学气体检测仪器获取事故现场化学污染的强度，同时利用第三台摄像机9拍摄化学气体检测仪器的示值表盘并将图像传回本地。
本地操作员利用所获得的事故现场的图像及核侦察仪的示值和化学气体检测仪的示值来修正遥操作移动机器人前进的速度和方向，所述的修正遥操作移动机器人前进的速度和方向的方法是：如果现场的图像显示遥操作机器人前方没有障碍物，则沿原行进方向加速前进，如果现场的图像显示遥操作机器人前方有障碍物，机器人减速并改变前进方向绕过障碍物；在遥操作移动机器人前进过程中，如果发现核侦察仪或化学气体检测仪的示值增大，则遥操作移动机器人已进入污染区域，控制遥操作移动机器人沿原前进方向继续前进，如果仪器示值减小，则遥操作移动机器人正远离污染源，这时改变遥操作移动机器人的前进方向并沿此改变后的前进方向前进，直到仪器示值开始增大后，控制遥操作移动机器人沿仪器示值开始增大时的前进方向前进。
如果是在核污染的事故现场，利用以上所提供的调整遥操作移动机器人前进方向的方法，当不管怎样改变移动机器人的前进方向，核侦察仪的示值都不再增大时，则核污染源就在移动机器人近前，这时展开机械手臂5使上方的第一台摄像机4对遥操作移动移动机器人周围区域进行近距离观察，如果遥操作移动机器人发现污染源，利用机械手臂5对核污染源进行取样、抓取操作。
如果是在化学污染的事故现场，利用以上所提供的调整遥操作移动机器人前进方向的方法，当不管怎样改变移动机器人的前进方向，化学气体检测仪器的示值都不再增大时，遥操作移动机器人所处位置即为化学污染浓度最大的区域。
利用GPS定位导航仪6随时确定移动机器人在前进中的位置，当发现污染源时，可以确定污染源的位置，为现场搜救人员提供更可靠的依据，避免工作的盲目性。
Claims (1)
1.一种基于遥操作移动机器人的核化污染检测方法，其特征在于：
步骤1在遥操作移动机器人上安装核侦察仪、化学气体检测仪及至少三台摄像机，核侦察仪(2)设置在遥操作移动机器人的前端，化学气体检测仪设置在仪器舱(8)内，第一台摄像机(4)安装在遥操作移动机器人的机械手臂(5)的前端，用于近距离观察可疑物体，第二台摄像机(10)安装在遥操作移动机器人车尾的支架上面，用于拍摄遥操作移动机器人工作现场的全景图像，第三台摄像机(9)安装在仪器舱内，用于获取安装在遥操作移动机器人的仪器舱(8)内的化学气体检测仪器的示值表盘的图像；
步骤2控制遥操作移动机器人进入污染现场，在遥操作移动机器人行进的同时利用第二台摄像机(10)拍摄现场的图像并将图像传回本地，利用核侦察仪获取事故现场的核辐射强度，再将核辐射强度值传输给设在遥操作移动机器人上的网络电台并利用网络电台将核辐射强度值传回本地，利用化学气体检测仪器获取事故现场化学污染的强度，同时利用第三台摄像机(9)拍摄化学气体检测仪器的示值表盘并将图像传回本地；
步骤3根据步骤2所获得的现场的图像和核侦察仪的示值及化学气体检测仪的示值来修正遥操作移动机器人前进的速度和方向，所述的修正遥操作移动机器人前进速度和方向的方法是：如果现场的图像显示遥操作机器人前方没有障碍，则沿原行进方向加速前进，如果现场的图像显示遥操作机器人前方有障碍，机器人减速并改变前进方向绕过障碍；在遥操作移动机器人前进过程中，如果发现核侦察仪或化学气体检测仪的示值增大，则遥操作移动机器人已进入污染区域，控制遥操作移动机器人沿原前进方向继续前进，如果仪器示值减小，则遥操作移动机器人正远离污染源，这时改变遥操作移动机器人的前进方向并沿此改变后的前进方向前进，直到仪器示值开始增大后，控制遥操作移动机器人沿仪器示值开始增大时的前进方向前进；
步骤4在核污染的事故现场，利用步骤3所提供的调整遥操作移动机器人前进方向的方法，当不管怎样改变移动机器人的前进方向，核侦察仪的示值都不再增大时，则核污染源就在移动机器人近前，这时展开机械手臂(5)使上方的第一台摄像机(4)对遥操作移动移动机器人周围区域进行近距离观察，如果遥操作移动机器人发现污染源，利用机械手臂(5)对核污染源进行取样、抓取操作；
在化学污染的事故现场，利用步骤3所提供的调整遥操作移动机器人前进方向的方法，当不管怎样改变移动机器人的前进方向，化学气体检测仪器的示值都不再增大时，遥操作移动机器人所处位置即为化学污染浓度最大的区域。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: JIANGSU YAXING BELLOWS CO., LTD. Free format text: FORMER OWNER: SOWTHEAST UNIV. Effective date: 20140813 Owner name: SOWTHEAST UNIV. Effective date: 20140813 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 210096 NANJING, JIANGSU PROVINCE TO: 226600 NANTONG, JIANGSU PROVINCE |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20140813 Address after: 226600 Haian County in Jiangsu province Nantong City Southern Zhen Qing Dun Cun Mo ten groups Patentee after: Jiangsu Yaxing Expansion Joint Co., Ltd. Patentee after: Southeast University Address before: 210096 Jiangsu city Nanjing Province four pailou No. 2 Patentee before: Southeast University |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20110216 Termination date: 20190928 |