CN105043809A

CN105043809A - 核辐射环境自动采样机械车

Info

Publication number: CN105043809A
Application number: CN201510500289.8A
Authority: CN
Inventors: 刘永霞; 郭洋; 杨敏
Original assignee: University of South China
Current assignee: Nanhua University; University of South China
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-08-17
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明公开了一种核辐射环境自动采样机械车，其包括底盘（1）、机械手（2）和行走机构（3）；行走机构（3）通过支承板（8）与底盘（1）两侧边相连接，底盘（1）上方表面连接机械手（2），电子元器件屏蔽盒（5）和后摄像头（6），电子元器件屏蔽盒（5）连接电缆（7），底盘（1）上方表面连接放射性物质盛装屏蔽盒（4），所述的放射性物质盛装屏蔽盒（4）包括壳体（41）、压力传感器（42）和滑盖（43）；滑盖43与壳体41之间采用线性滑轨连，在滑盖43一端设有压力传感器42。本发明具有较强的耐辐射性能力、环境适应能力和较高的越障性能的优点。

Description

核辐射环境自动采样机械车

技术领域

本发明属于机器人和核辐射防护技术领域，特别是涉及一种核辐射环境自动采样机械车。

背景技术

核电与水电、煤电一起已构成世界电力能源的三大支柱，在世界能源结构中有着重要的地位，约占世界总装机容量的17%。另外，在核工业发展过程中，大量核设施和铀矿山将陆续进入退役期，世界上第一代商业核电站将在2020年前后相继退役。因此，结合不同核辐射环境，开展核辐射环境自动采样机械车设计研究，避免作业人员直接暴露于核辐射环境，对提高我国核泄漏和核设施退役安全处理处置能力具有重要的意义。我国东南大学宋爱国教授的课题组于2010年成功研制了履带式核生化机器人，这个机器人具备在强核辐射环境下工作的能力。因核救援机器人的电子器件极易受到核辐射而失效，导致机器人操作失灵或损坏，需要通过屏蔽或辐射加固提升核辐射环境下电子器件的工作能力，但是电子器件辐射加固的研究周期长，导致在现有技术条件下，机器人在核辐射场只能进行有限作业。本发明在部件耐辐射技术、系统耐辐射和系统可靠性技术方面做出了较大改进，具有操作灵活简便、运作安全、实用性强、耐辐射等特点，可以代替人在核辐射环境下完成特定任务,提高作业效率,并降低工作人员的受照剂量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的上述不足之处，而提供一种实用性强、耐辐射性好、操作灵活简便的核辐射环境自动采样机械车。

本发明的技术方案是：一种核辐射环境自动采样机械车，其包括底盘、机械手和行走机构、电子元器件屏蔽盒和后摄像头；底盘由方型中空管材和弯折承重板通过螺栓螺母连接组合而成矩形，行走机构通过支承板与底盘两侧边相连接，底盘上方表面连接机械手，电子元器件屏蔽盒和后摄像头，电子元器件屏蔽盒连接电缆，底盘上方表面连接放射性物质盛装屏蔽盒，所述的放射性物质盛装屏蔽盒包括壳体、压力传感器、滑盖和一个以上滑轮；壳体上端设有台阶面，滑盖可在台阶面滑动，压力传感器固定在滑盖的一端，可接触壳体台阶面的一端，滑轮通过轴固定在同一侧壳体内壁上，滑轮通过钢丝绳连接固定在壳体内壁底部电机和滑盖内壁的固定块。

本发明进一步的技术方案是：所述的机械手具有六个自由度，其包括机械手抓和腰关节，所述机械手抓包括手抓座，其一端连接手抓前板，手抓座外圆连接伺服电机，伺服电机通过齿轮齿条机构连接拉杆，拉杆末端穿过手抓前板的底板连接拉头，拉头设有两个对称的，拉头杆分别活动连接两个夹紧杆的一端，夹紧杆的一端连接夹头，两夹紧杆活动连接梁，连接梁与手抓前板的侧板相连接，连接梁与夹头连接定向杆；腰关节连接在底盘上，腰关节上面连接肩关节，肩关节连接大臂的一端，大臂的另一端通过肘关节连接小臂的一端，小臂的另一端通过腕关节连接前臂的中部，前臂连接前像头，其一端通过手部回转关节连接机械手抓的手抓座的另一端。

本发明进一步的技术方案是：所述的行走机构为三角履带轮式移动结构，其包括履带、驱动轮和两个从动轮，履带连接驱动轮与从动轮，驱动轮和从动轮通过轴承与支承板相连接，驱动轮通过减速器与驱动电机相连接。

本发明与现有技术相比，具有如下特点：由于设有电子元器件屏蔽装置，提高其耐辐射性能，提高机械车的可靠性和寿命。三角履带轮式移动结构克服了现有技术常采用的单一轮式和履带式的低通过性和低机动性等缺陷，具有较强的环境适应能力和高的越障性能。放射性物质盛装盒装置可自动封盖及拆卸，采用绕线式开合设计，利用可换向步进电机带动绕线器绕线而拖动滑盖从而实现盒的开合。双摄像头，能够感知周围的环境和辅助实现定位、导航和精准的抓取物料。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图；

图4为机械手示意图；

图5为机械手抓示意图；

图6为放射性物质盛装盒示意图；

图7为图6去除滑盖后的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1、图2、图3所示，一种核辐射环境自动采样机械车，其包括底盘1、机械手2和行走机构3、电子元器件屏蔽盒5和后摄像头6；底盘1由方型中空管材和弯折承重板通过螺栓螺母连接组合而成矩形。

如图4所示，机械手2具有六个自由度，其包括机械手抓21和腰关节26，所述机械手抓21包括手抓座219，其一端连接手抓前板218，手抓座219外圆连接伺服电机211，伺服电机211通过齿轮齿条机构连接拉杆212，拉杆212末端穿过手抓前板218的底板连接拉头213，拉头213设有两个对称的，拉头杆分别活动连接两个夹紧杆214的一端，夹紧杆214的一端连接夹头217，两夹紧杆214活动连接梁215，连接梁215与手抓前板218的侧板相连接，连接梁215与夹头217连接定向杆216；腰关节26连接在底盘1上，腰关节26上面连接肩关节25，肩关节25连接大臂24（套筒结构，电机通过齿轮齿条带动轴可沿外套筒轴向移动）的一端，大臂24的另一端通过肘关节27连接小臂23的一端，小臂23的另一端通过腕关节28连接前臂22的中部，前臂22连接前像头11，其一端通过手部回转关节29连接机械手抓21的手抓座219的另一端。机械手2具有六自由度，采用关节和直角坐标相结合的复合坐标形式，有五个转动关节（腰关节26、肩关节25、肘关节27、腕部关节28和手部回转关节29）和一个移动关节（大臂24），可实现腰回转、肩旋转、大臂伸缩、肘旋转、腕俯仰及手部回转六个独立运动。转动关节的连接均采用一定减速比的R-V减速器与电机直连的形式，大臂上的移动关节则采用齿轮齿条搭配内外套筒的连接方式。当要拾取物体时，操作者根据机械手2和物体的相对位置，对机械手2的相应电机送达启动和转动角度的指令，机械手2收到指令后，对应的电机启动并转动精确的角度，从而带动机械手2去抓取物体。

如图1、图2所示，行走机构3为三角履带轮式移动结构，其包括履带31、驱动轮32和两个从动轮34，履带31连接驱动轮32与从动轮34，驱动轮32和从动轮34通过轴承连接支承板8，支承板8与底盘1两侧边相连接，驱动轮32通过减速器9与驱动电机10相连接，减速器9和驱动电机10通过固定板连接支承板8。

如图1、图3所示，电子元器件屏蔽盒5安装与底盘1上，位于机械手2后方，其内包含总控中心模块、机械手控制模块、驱动轮控制模块、摄像头信息接收处理模块、供电模块和若干空闲处理接口，其中机械手控制模块通过控制机械手2各个关节部位电机的旋转，实现机械手2的一系列动作；驱动轮控制模块对驱动电机10分别进行控制，驱动电机10通过减速器9将相应的动力传到位于三角形履带上部的驱动轮32，以控制驱动轮32带动履带31行走，同时从动轮34跟随转动，使机械车行动自如；摄像头信息接收处理模块，可以把前摄像头11和后摄像头6（固定与电子元器件屏蔽盒5的左后部，可以实时观察机械车自身以及周围环境情况，并将观测到的数据实时传输到总控中心）发来的信息经过处理后通过电缆7发送到中继站，有效的保证了机械车和中继站之间的信息交流，同时有利于控制机械手抓取物品。供电模块为整个系统提供稳定、安全的能源供给。总控中心模块对所有模块的信息进行处理。

如图1、图3、图6、图7所示，在机械手2和电子元器件屏蔽盒5之间的底盘1上连接有放射性物质盛装屏蔽盒4，放射性物质盛装屏蔽盒4整体采用钢板焊接而成，焊接之后再由灌铅浇筑而成，能够有效的阻挡辐射，其与底盘1之间采用可拆卸式的连接结构。所述的放射性物质盛装屏蔽盒4包括壳体41、压力传感器42、滑盖43和一个以上滑轮44；壳体41外侧设有可供起吊的吊耳48，便与放射性物质盛装屏蔽盒4的装卸，壳体41上端设有台阶面，滑盖43可在台阶面滑动，滑盖43与壳体41之间采用线性滑轨连，滑盖43的下表面设有挡块，挡块上设有压力感应器。在滑盖43一端设有压力传感器42，可接触壳体41台阶面的一端，保证了自动控制的精确性和密封的可靠性。滑轮44通过轴固定在同一侧壳体41内壁上，滑轮44通过钢丝绳45连接固定在壳体41内壁底部电机46和滑盖43内壁的固定块47。壳体41内部电机46、滑轮44均采用微型构造，必要时可利用夹层隔离。当放射性物质盛装屏蔽盒4收到总控中心的打开指令时，电机46换向逆时针转动，左侧绕线右侧放线从而带动滑盖往左侧滑动，当滑盖3打开到一定程度时，滑盖3上的挡块碰上壳体41盒壁，挡块上的压力感应器检测到压力，将数据传送给总控中心模块进行处理，控制电机46暂停运行，实现了放射性物质盛装盒4的打开操作。当放射性物质盛装盒4打开后，机械手2将物体移至放射性物质盛装盒4。当收到来自于总控中心的关闭指令时，电机46顺时针转动时，右侧绕线左侧放线从而带动滑盖43往右侧滑动，当滑盖43闭合后，滑盖43上的压力传感器42检测到压力，传送给总控中心模块进行处理，控制电机46暂停运行，实现了放射性物质盛装盒4的关闭操作。

Claims

1.一种核辐射环境自动采样机械车，其包括底盘（1）、机械手（2）、行走机构（3）、电子元器件屏蔽盒（5）和后摄像头（6）；底盘（1）由方型中空管材和弯折承重板通过螺栓螺母连接组合而成矩形，行走机构（3）通过支承板（8）与底盘（1）两侧边相连接，底盘（1）上方表面连接机械手（2），电子元器件屏蔽盒（5）和后摄像头（6），电子元器件屏蔽盒（5）连接电缆（7），其特征在于：底盘（1）上方表面连接放射性物质盛装屏蔽盒（4），所述的放射性物质盛装屏蔽盒（4）包括壳体（41）、压力传感器（42）、滑盖（43）和一个以上滑轮（44）；壳体（41）上端设有台阶面，滑盖（43）可在台阶面滑动，压力传感器（42）固定在滑盖（43）的一端，可接触壳体（41）台阶面的一端，滑轮（44）通过轴固定在同一侧壳体（41）内壁上，滑轮（44）通过钢丝绳（45）连接固定在壳体（41）内壁底部电机（46）和滑盖（43）内壁的固定块（47）。

2.根据权利要求12所述的一种核辐射环境自动采样机械车，其特征是：所述的机械手（2）具有六个自由度，其包括机械手抓（21）和腰关节（26），所述机械手抓（21）包括手抓座（219），其一端连接手抓前板（218），手抓座（219）外圆连接伺服电机（211），伺服电机（211）通过齿轮齿条机构连接拉杆（212），拉杆（212）末端穿过手抓前板（218）的底板连接拉头（213），拉头（213）设有两个对称的，拉头杆分别活动连接两个夹紧杆（214）的一端，夹紧杆（214）的一端连接夹头（217），两夹紧杆（214）活动连接梁（215），连接梁（215）与手抓前板（218）的侧板相连接，连接梁（215）与夹头（217）连接定向杆（216）；腰关节（26）连接在底盘（1）上，腰关节（26）上面连接肩关节（25），肩关节（25）连接大臂（24）的一端，大臂（24）的另一端通过肘关节（27）连接小臂（23）的一端，小臂（23）的另一端通过腕关节（28）连接前臂（22）的中部，前臂（22）连接前像头（11），其一端通过手部回转关节（29）连接机械手抓（21）的手抓座（219）的另一端。

3.根据权利要求1或2所述的一种核辐射环境自动采样机械车，其特征是：所述的行走机构（3）为三角履带轮式移动结构，其包括履带（31）、驱动轮（32）和两个从动轮（34），履带（31）连接驱动轮（32）与从动轮（34），驱动轮（32）和从动轮（34）通过轴承与支承板（8）相连接，驱动轮（32）通过减速器（9）与驱动电机（10）相连接。