CN105945926A - 一种核退役管道可重构蛇形机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核退役管道可重构蛇形机器人，包括主关节、套设于主关节上的防水装置以及设置于防水装置上的机械臂；防水装置顶部还设有多个吸盘，底部设有若干组行走轮，主关节包括蛇头、蛇尾以及若干内关节，每个内关节上设有安装从控制器的弧形槽以及安装舵机的安装槽，相邻内关节之间正交连接；蛇头顶部设有核辐射测量仪，蛇头前端设有一凹槽，凹槽内设有摄像头，内部安装有主控制器和无线收发器；蛇尾上安装有与主控制器电连接的激光测距仪。本发明利用蛇头内部安装的主控制器和无线收发器来控制每个内关节内设置的从控制器，从而控制舵机来改变蛇形机器人在管道中的运动方向，使得检测更加智能化，给管道检测带了极大的突破。

Description

一种核退役管道可重构蛇形机器人

技术领域

本发明涉及仿生机器人领域，具体涉及到一种核退役管道可重构蛇形机器人。

背景技术

随着科技的不断发展，人们越来越重视后期环境的保护和自身的身体健康。在核领域中，如何有效处理已经退役的核设施以减少核辐射对我们的身体危害和环境污染是我们面临的主要问题。核退役一般分为立即拆除、安全封存和掩埋处理三个阶段，且这三个阶段都需要对设施进行放射性污染分布、放射性强弱探测并加以分析以保证安全退役。而各回路蒸汽管道作为核电站的主要设备，其退役后所占空间较大，如何对这类停止服役的管道安全的进行拆除、掩埋或者再利用，是我们在设施无限制开放之前需要做的工作。对于这些将退役的核管道，如果单纯的进行人为检测或拆除，会对身体造成一定的伤害，再者由于很多管道空间狭小密闭，根本不适合手工作业，而运用机器人进行核辐射检测十分有必要。

蛇形机器人是一种高冗余度移动机器人，其能在狭小的空间内进行攀爬移动，将其作为核探测载体进行核退役管道检测工作将非常有效。目前，从应用于核探测领域的机器人现状来看，在辐射监测、退役和应急处置等作业的机器人工程化水平不够，多数尚停留在基础研究或试验阶段，而应用于核退役管道检测领域的机器人还未出现，因此，针对一种核退役管道可重构蛇形机器人的研究显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于核退役管道的可重构蛇形机器人，以解决现有核退役管道检测精度低和人工检测效率低的问题。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种核退役管道可重构蛇形机器人，包括主关节、套设于主关节上的防水装置以及与防水装置连接的机械臂；防水装置顶部还设有多个吸盘，底部设有若干组行走轮，防水装置包括若干间隔设置的褶皱管和防水壳；主关节包括蛇头、蛇尾以及设置在蛇头和蛇尾之间的若干内关节，每个内关节上安装有从控制器和舵机，相邻内关节之间正交连接；蛇头顶部设有核辐射测量仪，蛇头前端设有一凹槽，凹槽内设有摄像头，内部安装有主控制器以及与上位机通信连接的无线收发器；蛇尾上安装有与主控制器电连接的激光测距仪。

优选的，机械臂包括与防水装置连接的底座、设置在底座上的第一旋转臂以及与第一旋转臂活动连接的第二旋转臂，第二旋转臂通过转动轴与抓手活动连接。

优选的，每组行走轮包括两个行走轮以及设置在行走轮之间的轮轴。

优选的，每个防水壳通过连接件与行走轮相连。

优选的，防水壳通过第四连接孔与吸盘固定连接，防水壳与褶皱管之间通过螺孔连接，防水壳的顶部设有固定机械臂的安装孔。

优选的，每个内关节上开凿有安装从控制器的弧形槽和安装舵机的安装槽，还设有安装电池的电池槽以及用于控制线穿过的排线槽。

优选的，相邻内关节之间通过第一连接孔和第二连接孔相连。

优选的，内关节通过第三连接孔及螺钉与褶皱管固定连接。

优选的，内关节的顶部设有固定舵机的固定孔。

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明利用蛇头内部安装的主控制器和无线收发器来控制每个内关节内设置的从控制器，从而控制舵机来改变蛇形机器人在管道中的运动方向，使得检测更加智能化，给核退役管道检测带了极大的突破；同时，在防水装置底部设置行走轮，顶部设置机械臂和多个吸盘，从而使蛇形机器人能适应于不同应用环境，大大提高了检测精度和检测效率。

2、在内关节上套设有防水装置，起到了保护蛇形机器人内部电子元器件的作用，从而更加用于复杂的外部环境，采用褶皱管使得蛇形机器人更加仿生，且转动更为灵活。

3、本发明通过在防水装置顶部设置机械臂，并采用远程遥控方式，使蛇形机器人可在管道内部进行物品的抓取或放置，提高了探测效率，实现了蛇形机器人的多功能性。

4、本发明通过在防水装置底部设置多组行走轮，大大加快了蛇形机器人在管道中的移动速度，从而提高了蛇形机器人的检测效率。

5、本发明利用吸盘内外的压强差使可重构蛇形机器人吸附在管道内壁不至于脱落，并通过吸附管道壁、脱离管道壁和再吸附管道壁的循环动作完成爬壁工作，检测更为方便，提高了检测效率，体现了蛇形机器人的多功能性，适用性强。

附图说明

图1为本发明核退役管道可重构蛇形机器人的结构示意图；

图2为本发明核退役管道可重构蛇形机器人的侧视图；

图3为内关节的示意图；

图4为防水壳的示意图；

其中，1、主关节；2、蛇头；3、蛇尾；4、褶皱管；5、防水壳；6、行走轮；7、机械臂；8、吸盘；9、内关节；10、弧形槽；11、安装槽；12、电池槽；13、第一连接孔；14、排线槽；15、固定孔；16、第二连接孔；17、第三连接孔；21、凹槽；22、第一通孔；31、第二通孔；51、连接件；52、螺孔；53、第四连接孔；54、安装孔；61、轮轴；71、底座；72、第一旋转臂；73、第二旋转臂；74、转动轴；75、抓手。

具体实施方式

本发明提供了一种核退役管道可重构蛇形机器人，如图1、2所示，包括主关节1、套设于主关节1上的防水装置以及与防水装置连接的机械臂7；防水装置顶部还设有多个吸盘8，底部设有若干组行走轮6，当蛇形机器人在进行核退役管道检测时，管道内有坡度或者路面不平时，则采用吸盘8爬行，而管道内路面平整时，采用行走轮6爬行；防水装置包括若干间隔设置的褶皱管4和防水壳5；主关节1包括蛇头2、蛇尾3以及设置在蛇头2和蛇尾3之间的若干内关节9，每个内关节上安装有从控制器和舵机，相邻内关节之间正交连接；蛇头2顶部22设有核辐射测量仪，蛇头2前端设有一凹槽21，凹槽21内设有摄像头，内部安装有主控制器以及与上位机通信连接的无线收发器；蛇尾3上安装有与主控制器电连接的激光测距仪，激光测距仪实现蛇形机器人在核退役管道中地图的构建与追踪。

本发明的优化实施例，机械臂7包括与防水装置连接的底座71、设置在底座71上的第一旋转臂72以及与第一旋转臂72活动连接的第二旋转臂73，第二旋转臂73通过转动轴74与抓手75活动连接。

如图4所示，每个防水壳的底部对应连接有一组行走轮6；每组行走轮6包括两个行走轮以及设置在行走轮之间的轮轴61；每个防水壳通过连接件51与行走轮6相连；防水壳5通过第四连接孔53与吸盘8固定连接，防水壳5与褶皱管4之间通过螺孔52连接，防水壳5的顶部设有固定机械臂7的安装孔54。

如图3所示，每个内关节上开凿有安装从控制器的弧形槽10和安装舵机的安装槽11，还设有安装电池的电池槽12以及用于控制线穿过的排线槽14；相邻内关节之间通过第一连接孔13和第二连接孔16相连；内关节9通过第三连接孔17及螺钉与褶皱管4固定连接；内关节5的顶部设有固定舵机的固定孔15。摄像头为LED照明摄像头，且与主控制器连接，主控制器分别与每个内关节中的从控制器连接，每个从控制器分别连接电源和舵机，主控制器还分别与无线收发器和激光测距仪电连接，无线收发器的型号为nRF2401，激光测距仪型号为URG-04LX；蛇头2和蛇尾3的端部分别设有用于充电线穿过的第一通孔23和第二通孔31。

根据本申请的一个实施例

该可重构蛇形机器人在平整路面或者水平放置的核退役管道中爬行时，主关节1、防水装置和行走轮6进行动作；当进行管道检测时，首先将可重构蛇形机器人放置于管道进口，由于内关节之间垂直连接，而连接处刚好对应套设有褶皱管，因此，可重构蛇形机器人能在核退役管道中转弯行走，此时，通过无线遥控器控制蛇形机器人到达管道指定位置，在这个过程中工作人员可以通过LED照明摄像头和终端图像采集软件观察管道内部情况，并通过核辐射测量仪实时采集核辐射浓度。本实施例中采用行走轮大大加快了蛇形机器人的蜿蜒运动速度，提高了检测效率。

根据本申请的另一个实施例

当蛇形机器人在具有一定坡度的核退役管道中爬行时，主关节1、防水装置和吸盘8进行动作；防水装置套设在主关节1上，防水装置包括褶皱管4和防水壳5，褶皱管4和防水壳5间隔设置，吸盘8设有4个，且间隔设置在防水壳5的顶部；

使用时，首先将蛇形机器人放置于管道进口，然后通过无线遥控器控制蛇形机器人到达管道指定位置，在这个过程中，蛇形机器人通过蠕动步态或蜿蜒步态配合吸盘8在管道内部进行吸附管道壁、脱离管道壁再吸附管道壁的循环动作来使机器人到达目的地，从而使蛇形得机器人在爬壁过程中不会因滑落导致检测工作失效。通过主关节、防水装置和吸盘的配合使用，蛇形机器人在一定程度上减轻了负重、简化了控制过程并减轻了主控制器和舵机的负载。

根据本申请的另一个实施例

蛇形机器人在核退役管道爬行过程中，当需要对核退役内部管道进行阶段性的核辐射探测，放置或者抓取物品时（这里以热释光剂量片的抓取和放置为例），主关节1、防水装置、机械臂7和行走轮6进行动作；行走轮6设于防水装置底部，机械臂7安装于防水装置顶部，机械臂7包括底座71、第一旋转臂72和第二旋转臂73，底座71与第一旋转臂72连接能使机械臂7沿Z轴旋转，第一旋转臂72与第二旋转臂73连接使机械臂7能沿X轴旋转，第二旋转臂73通过转动轴74与抓手75连接，使得抓手75能沿Y轴转动，进而保证了机械臂能够拥有三个自由度，便于抓取和放置所需物品。

使用时，将蛇形机器人放置在需要测量的管道进口，运用机械臂7抓取带有定位器的热释光剂量片，蛇形机器人移动到相应位置后放置热释光剂量片，通过摄像头录取整个放置过程后退出核退役管道；热释光剂量片放置一段时间后，工作人员利用定位器获取热释光剂量片的位置，再通过激光测距仪和实时监控录像对蛇形机器人进行方位控制，控制蛇形机器人移动到放置热释光剂量片的位置，抓取热释光剂量片并退出核退役管道，工作人员可对取出的热释光剂量片进行辐射分析。本实施例通过在防水装置上安装机械臂来抓取或放置物品，不仅提高了探测效率，更大程度上给检测带来了便利。

Claims (9)

1.一种核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：包括主关节（1）、套设于主关节上的防水装置以及设置于防水装置顶部的机械臂（7）；所述防水装置顶部还设有多个吸盘（8），底部设有若干组行走轮（6），所述防水装置包括若干间隔设置的褶皱管（4）和防水壳（5）；所述主关节（1）包括蛇头（2）、蛇尾（3）以及设置在蛇头和蛇尾之间的若干内关节（9），每个内关节上安装有从控制器和舵机，相邻内关节之间正交连接；所述蛇头（2）顶部设有核辐射测量仪，蛇头前端设有一凹槽（21），所述凹槽（21）内设有摄像头，内部安装有主控制器以及与上位机通信连接的无线收发器；所述蛇尾（3）上安装有与主控制器电连接的激光测距仪。

2.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：所述机械臂（7）包括与防水装置连接的底座（71）、设置在底座上的第一旋转臂（72）以及与第一旋转臂（72）活动连接的第二旋转臂（73），所述第二旋转臂（73）通过转动轴（74）与抓手（75）活动连接。

3.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：每组行走轮包括两个行走轮以及设置在行走轮之间的轮轴（61）。

4.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：每个防水壳通过连接件（51）与行走轮（6）相连。

5.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：所述防水壳（5）通过第四连接孔（53）与吸盘固定连接，所述防水壳与褶皱管（4）之间通过螺孔（52）连接，所述防水壳（5）的顶部设有固定机械臂（7）的安装孔（54）。

6.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：每个内关节上开凿有安装从控制器的弧形槽（10）和安装舵机的安装槽（11），还设有安装电池的电池槽（12）以及用于控制线穿过的排线槽（14）。

7.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：相邻内关节之间通过第一连接孔（13）和第二连接孔（16）相连。

8.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：所述内关节（9）通过第三连接孔（17）及螺钉与褶皱管（4）固定连接。

9.如权利要求1所述的核退役管道可重构蛇形机器人，其特征在于：所述内关节（9）的顶部设有固定舵机的固定孔（15）。