CN106671086B - 一种履带式辐射监测机器人及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

一种履带式辐射监测机器人及其使用方法

技术领域

本发明属于机器人探测技术领域，具体涉及一种履带式辐射监测机器人及其使用方法。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明采用的技术方案是：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，本发明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绕过障碍物并继续行进；

步骤六、越过障碍物行进：通过工控机同时控制机器人的四个主动轮前进，安装在履带上的多个带轮依次遇到障碍物，带轮越过障碍物时，带轮带动支撑连接件绕转轴顺时针或逆时针旋转，带动与带轮接触位置处的履带凹陷或凸出，支撑连接件沿滑槽的弧形槽压缩或拉伸弹簧减震，维持机器人机身平稳；

步骤七、识别待测辐射区域是否有沾染物：设置辐射强度阈值，采用辐射探测器探测待测辐射区域沾染物的辐射强度，工控机控制提升电机驱动模块驱动提升装置工作调节辐射探测器距离地面高度提高辐射探测器探测精度，当辐射探测器探测待测辐射区域沾染物的辐射强度超过辐射强度阈值时，执行步骤八；当辐射探测器探测待测辐射区域沾染物的辐射强度未超过辐射强度阈值时，执行步骤二；

步骤八、沾染物取样：通过高清图像探测器或红外图像探测器探测沾染物形态，当沾染物体积满足抓握要求时，工控机控制机械臂的机械爪抓握沾染物至样品舱；当沾染物体积不满足抓握要求时，工控机控制机械臂的机械爪先从第一储物舱中取出未取样脱脂棉，通过未取样脱脂棉与地面摩擦的方式取样，并将取样后脱脂棉放入第二储物舱，完成沾染物取样，同时机器人将待测辐射区域位置信息、音视频信息和环境信息实时上传至远程控制终端；

步骤九、判断机器人是否行进至终点：通过工控机判断机器人是否行进至待测辐射区域探测终点，当机器人行进至待测辐射区域探测终点时，机器人结束探测任务返回待测辐射区域探测起点，同时通过工控机生成待测辐射区域辐射分布图；否则，执行步骤二。

上述的使用方法，其特征在于：步骤五中当机器人左转时，通过工控机控制四个主动轮中的两个右轮转速高于四个主动轮中的两个左轮转速；当机器人右转时，通过工控机控制四个主动轮中的两个左轮转速高于四个主动轮中的两个右轮转速，调节机器人前进方向绕过障碍物行进。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明相比大型辐射监测机器人来说体积小，可以对狭小区域进行探测，同时采用履带式机器人监测环境辐射状态，为多个安装在履带式机器人侧板的底部带轮分别安装设置有减震装置，使每个带轮独立工作，起到依次减震的效果，机身实时保持平稳，增强了履带式机器人的地形适应能力，使用效果好，便于推广使用。

2、本发明可通过环境探测器探测环境能见度，当环境能见度较好时，采用高清图像探测器采集现场图像信息；当环境能见度较差时，采用红外图像探测器采集现场图像信息，减少使用照明灯对环境造成的影响，节省能源，自适应性强，可靠稳定。

3、本发明机身采用上下两层的结构，上底盘上部设置有多个隔板将机身上层分割成多个功能区，节省了空间，而且避免了外界电磁信号对控制主板的干扰；上底盘下部安装有可上下运动的辐射探测器精确快速的探测待测辐射区域的辐射剂量率，辐射探测器效率与其下表面距地面的高度有关，辐射探测器下表面距地表越近探测效率越大，反之越小，为增强机器人的地形适应能力，采用了离地高度可调的辐射探测器设计方案，机器人可根据地表的实际情况进行调节，灵活便捷。

4、本发明方法步骤简单，新颖合理，可实现探测任务，实时记录探测过程中环境参数以及环境音视频信息，生成辐射分布图，同时采集回辐射试样，完成辐射监测，便于推广使用。

综上所述，本发明设计新颖合理，可通过机器人采集沾染物完成辐射监测，生成辐射分布图，获取环境音视频信息，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明履带式辐射监测机器人的结构示意图。

图2为本发明机身的结构示意图。

图3为本发明带轮在平坦地面上的使用状态图。

图4为本发明带轮在凸起可越过障碍物上的使用状态图。

图5为本发明带轮在凹陷可越过障碍物上的使用状态图。

图6为本发明履带式辐射监测机器人的电路原理框图。

图7为本发明方法的流程框图。

附图标记说明:

1—工控机； 2—机械臂； 2-1—机械臂部件一；

2-2—机械臂部件二； 2-3—机械臂部件三； 2-4—机械臂部件四；

3—机身； 3-1—上底盘； 3-2—下底盘；

3-3—侧板； 3-4—主动电机舱； 3-5—蓄电池舱；

3-6—样品舱； 3-7—主板舱； 3-8—第一储物舱；

3-9—第二储物舱； 4—高清图像探测器； 5—红外图像探测器；

6—探测器出气端； 7—履带； 8—带轮；

9—支撑连接件； 10—弹簧； 11—滑槽；

12—辐射探测器； 13—提升装置； 14—主动轮；

15—天线； 16—转轴； 17—地面；

18—障碍物； 19—环境探测器； 20—音频采集单元；

21—直流电源转换电路； 22—继电器；

23—定位系统； 24—机械臂驱动模块；

25—主动电机驱动模块； 26—提升电机驱动模块；

27—存储器； 28—定时器； 29—超声波避障模块；

30—无线传输模块； 31—远程控制终端。

具体实施方式

如图1、图2和图6所示，本发明所述的一种履带式辐射监测机器人，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。

如图2所示，本实施例中，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。

本实施例中，机身采用上下两层的结构，上底盘3-1上部设置有多个隔板将机身上层分割成多个功能区，实际功能区包括用于存放蓄电池的蓄电池舱3-5、用于存放试样的试样舱、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3-4五部分，下底盘3-2上位于两侧板3-3之间的位置且沿侧板3-3长度方向设置有六个隔板将下底盘3-2沿沿侧板3-3长度方向分割成五个舱，其中，两个隔板分别位于下底盘3-2的两端用于封堵下底盘3-2两端部，其余四个隔板根据实际放置物的大小设定隔板之间的间距，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，试样舱上部不封口，是为了便于试样盒的放置和取出，实际试样盒的高度可高出机身的上底盘3-1，方便拆卸，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，由于取样均为带有辐射的物品，将该带有辐射的物品放置在试样盒内会给试样盒本身沾染辐射物质，因此，试样盒可组成一次性试样盒或是多次重复使用的试样盒，当试样盒为一次性试样盒时，机器人执行一次探测任务均更换一次试样盒，该一次性试样盒更换方便；当试样盒为多次重复使用的试样盒时，机器人执行一次探测任务清理一次试样盒只需将试样盒拿出清理，无需挪动整个机身3，提高机器人的使用效率；

本实施例中，所述上底盘3-1和侧板3-3均为透明板，滑槽11为弧形滑槽，所述定位系统23包括GPS定位器和北斗定位系统。

上底盘3-1和侧板3-3均为透明板，便于实验人员观察机器人部件使用状态，履带式机器人采用GPS定位器和北斗定位系统对其行进路径进行实时行为追踪。

本实施例中，为履带7配备多个设置在侧板3-3的底部的带轮8，多个带轮8等间距且对称的安装在侧板3-3的底部，每个带轮8均设置有一个减震装置用于稳定履带式机器人前进过程中遇到的颠簸，避免试样盒内试样振荡而掉落在机身外部，如图3、图4和图5所示，滑槽11设置在侧板3-3上，将弹簧10沿弧形滑槽的弧形方向套装在滑槽11上，弹簧10的一端固定在滑槽11的一端，弹簧10的一端固定在位于滑槽11上的支撑连接件9的一端上，当行进的底面17平坦时，各个减震装置中的弹簧10处于自然伸长状态，多个带轮8配合两个主动轮14带动履带7传动；当行进的底面17上有凸起的障碍物18时，多个带轮8中沿履带式机器人前进方向上的首个带轮8首先遇到障碍物18，首个带轮8通过其对应的减震装置中的支撑连接件9绕转轴16顺时针抬起，该减震装置中的支撑连接件9拉伸弹簧10，弧形滑槽为支撑连接件9的拉伸提供了拉伸路径，与首个带轮8接触的履带7部分凸起，此时，首个带轮8之后的带轮8均保持原有行进状态保持机身3平稳，当首个带轮8越过障碍物18后，首个带轮8恢复弹簧拉伸状态，下一个带轮8重复首个带轮8的越障过程，此时，位于该带轮8前后的带轮8处于同一行进状态保持机身3平稳，以此类推，多个带轮8依次越障且均独立工作，多个带轮8之间互不影响，实时保持机身3平稳状态；当行进的底面17上有凹陷的障碍物18时，多个带轮8中沿履带式机器人前进方向上的首个带轮8首先遇到障碍物18，首个带轮8通过其对应的减震装置中的支撑连接件9绕转轴16逆时针下滑，该减震装置中的支撑连接件9压缩弹簧10，弧形滑槽为支撑连接件9的压缩提供了压缩路径，与首个带轮8接触的履带7部分下沉，此时，首个带轮8之后的带轮8均保持原有行进状态保持机身3平稳，当首个带轮8越过障碍物18后，首个带轮8恢复弹簧拉伸状态，下一个带轮8重复首个带轮8的越障过程，此时，位于该带轮8前后的带轮8处于同一行进状态保持机身3平稳，以此类推，实时保持机身3平稳状态；增强了履带式机器人的地形适应能力，使用效果好。

如图6所示，本实施例中，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。

上底盘3-1下部安装辐射探测器12，通过提升装置13带动辐射探测器12上下运动，辐射探测器12采用流气式正比计数器，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，流气式正比计数器精确快速的探测待测辐射区域的辐射剂量率，流气式正比计数器效率与其下表面距地面的高度有关，流气式正比计数器下表面距地表越近探测效率越大，反之越小，为增强机器人的地形适应能力，采用了离地高度可调的流气式正比计数器设计，机器人可根据地表的实际情况进行调节。

实际使用中，直流电源转换电路21连接蓄电池，将蓄电池输出电压转换为高清图像探测器4和红外图像探测器5所需电压值，所述单刀双掷继电器的线圈控制端由工控机1控制，所述单刀双掷继电器接入电路的一个固定端接直流电源转换电路21，所述单刀双掷继电器的常开触点和常闭触点选择式接入电路，高清图像探测器4与所述单刀双掷继电器的常开触点或常闭触点相接，红外图像探测器5与所述单刀双掷继电器的常闭触点或常开触点相接，实现高清图像探测器4或红外图像探测器5切换式工作，适应现场环境，使用效果好。

本实施例中，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。

本实施例中，所述环境探测器19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。

实际使用中，履带式机器人携带温度传感器用于探测辐射区域能量温度，当温度持续升高时，及时向远程控制终端31发送信号，并可通过定时器28获取现场环境温度随时间变化的曲线；履带式机器人携带红外热释传感器用于探测辐射区域人体生命体征参数，搜寻辐射区域是否存在生命体，便于搜救工作的进行；履带式机器人携带烟雾粉尘浓度传感器用于探测辐射区域能见度，便于履带式机器人选择高清图像探测器4或红外图像探测器5工作，当烟雾粉尘浓度传感器探测的辐射区域能见度低时，工控机1控制继电器22接通直流电源转换电路21为红外图像探测器5供电的线路，获取现场红外图像，当烟雾粉尘浓度传感器探测的辐射区域能见度高时，工控机1控制继电器22接通直流电源转换电路21为高清图像探测器4供电的线路，获取现场高清图像，同时配合音频采集单元20同步采集现场音频信息，实现音视频数据的全面获取。

如图1所示，本实施例中，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旋转的第一机械臂驱动模块、用于控制机械臂部件三2-3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。

实际使用中，履带式机器人探测到辐射物后，工控机1控制第一机械臂驱动模块使机械臂部件一2-1伸缩调节机械臂2距离辐射物远近，工控机1控制第二机械臂驱动模块使机械臂部件二2-2旋转调节机械臂2工作方位，工控机1控制第三机械臂驱动模块使机械臂部件三2-3升降调节机械臂2距离辐射物高度，工控机1控制第四机械臂驱动模块使机械臂部件四2-4开合调节机械臂2中机械爪宽度，通过机械臂部件一2-1、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的配合实现辐射物的采集。

如图7所示的一种履带式辐射监测机器人的使用方法，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1，工控机1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19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30通过天线15向远程控制终端31发出预警信号；当待测辐射区域能见度低时，工控机1控制继电器22接通直流电源转换电路21为红外图像探测器5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1控制继电器22接通直流电源转换电路21为高清图像探测器4供电的线路，获取现场高清图像，同时配合音频采集单元20同步采集现场音频信息；定位系统23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29探测机器人前方是否遇到障碍物，当超声波避障模块29探测到障碍物18时，执行步骤四；当超声波避障模块29未探测到障碍物18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18的高度阈值，当超声波避障模块29探测到的障碍物18的高度超过该阈值时，执行步骤五；当超声波避障模块29探测到的障碍物18的高度未超过该阈值时，执行步骤六；

本实施例中，障碍物18的高度阈值设定为机身3高度的一半，当障碍物18的高度超过机身3高度的一半时，认为该障碍物18为不可逾越障碍物，绕过障碍物行进；当障碍物18的高度未超过机身3高度的一半时，认为该障碍物18为可逾越障碍物，越过障碍物行进；

步骤五、绕过障碍物行进：通过工控机1分别控制机器人的四个主动轮14的转速，调节机器人前进方向绕过障碍物18并继续行进；

步骤六、越过障碍物行进：通过工控机1同时控制机器人的四个主动轮14前进，安装在履带7上的多个带轮8依次遇到障碍物18，带轮8越过障碍物18时，带轮8带动支撑连接件9绕转轴16顺时针或逆时针旋转，带动与带轮8接触位置处的履带7凹陷或凸出，支撑连接件9沿滑槽11的弧形槽压缩或拉伸弹簧10减震，维持机器人机身3平稳；

步骤七、识别待测辐射区域是否有沾染物：设置辐射强度阈值，采用辐射探测器12探测待测辐射区域沾染物的辐射强度，工控机1控制提升电机驱动模块26驱动提升装置13工作调节辐射探测器12距离地面17高度提高辐射探测器12探测精度，当辐射探测器12探测待测辐射区域沾染物的辐射强度超过辐射强度阈值时，执行步骤八；当辐射探测器12探测待测辐射区域沾染物的辐射强度未超过辐射强度阈值时，执行步骤二；

步骤八、沾染物取样：通过高清图像探测器4或红外图像探测器5探测沾染物形态，当沾染物体积满足抓握要求时，工控机1控制机械臂2的机械爪抓握沾染物至样品舱3-6；当沾染物体积不满足抓握要求时，工控机1控制机械臂2的机械爪先从第一储物舱3-8中取出未取样脱脂棉，通过未取样脱脂棉与地面摩擦的方式取样，并将取样后脱脂棉放入第二储物舱3-9，完成沾染物取样，同时机器人将待测辐射区域位置信息、音视频信息和环境信息实时上传至远程控制终端31；

需要说明的是，通过高清图像探测器4或红外图像探测器5可探测沾染物形态，所述沾染物形态包括大颗粒沾染物、小颗粒沾染物以及粉末状沾染物，通过工控机1图像处理确定所述沾染物的形态，当工控机1图像处理结果为大颗粒沾染物时，满足抓握要求，工控机1控制机械臂2的机械爪抓握沾染物至样品舱3-6；当工控机1图像处理结果为小颗粒沾染物或粉末状沾染物时，不满足抓握要求，采用脱脂棉擦取的方式采集沾染物。

步骤九、判断机器人是否行进至终点：通过工控机1判断机器人是否行进至待测辐射区域探测终点，当机器人行进至待测辐射区域探测终点时，机器人结束探测任务返回待测辐射区域探测起点，同时通过工控机1生成待测辐射区域辐射分布图；否则，执行步骤二。

本实施例中，步骤五中当机器人左转时，通过工控机1控制四个主动轮14中的两个右轮转速高于四个主动轮14中的两个左轮转速；当机器人右转时，通过工控机1控制四个主动轮14中的两个左轮转速高于四个主动轮14中的两个右轮转速，调节机器人前进方向绕过障碍物18行进。

实际使用中，履带式机器人上的工控机1通过无线传输模块30与远程控制终端31进行无线通信，采用天线15信号收发，远程控制终端31为手机终端或计算机终端，手机终端或计算机终端可无线接收工控机1传输的信号获取履带式机器人采集的现场辐射信息，同时手机终端或计算机终端可通过无线传输模块30控制履带式机器人行走路径，并记录所有疑似沾染物的位置和履带式机器人对该点拍摄的图像，控制者可以对取回的试样进行进一步分析，以便进一步研究和处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种履带式辐射监测机器人，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)设置在机身(3)的侧板(3-3)顶部两端，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，其特征在于：所述机身(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；

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；

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；

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)；

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)；

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)旋转的第一机械臂驱动模块、用于控制机械臂部件三(2-3)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。

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。

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：所述环境探测器(19)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。

4.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：所述上底盘(3-1)和侧板(3-3)均为透明板，滑槽(11)为弧形滑槽，所述定位系统(23)包括GPS定位器和北斗定位系统。

5.一种利用如权利要求3所述机器人进行辐射监测的使用方法，其特征在于该使用方法包括以下步骤：

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(1)，工控机(1)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(19)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(30)通过天线(15)向远程控制终端(31)发出预警信号；当待测辐射区域能见度低时，工控机(1)控制继电器(22)接通直流电源转换电路(21)为红外图像探测器(5)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(1)控制继电器(22)接通直流电源转换电路(21)为高清图像探测器(4)供电的线路，获取现场高清图像，同时配合音频采集单元(20)同步采集现场音频信息；定位系统(23)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(29)探测机器人前方是否遇到障碍物，当超声波避障模块(29)探测到障碍物(18)时，执行步骤四；当超声波避障模块(29)未探测到障碍物(18)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(18)的高度阈值，当超声波避障模块(29)探测到的障碍物(18)的高度超过该阈值时，执行步骤五；当超声波避障模块(29)探测到的障碍物(18)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(1)分别控制机器人的四个主动轮(14)的转速，调节机器人前进方向绕过障碍物(18)并继续行进；

步骤六、越过障碍物行进：通过工控机(1)同时控制机器人的四个主动轮(14)前进，安装在履带(7)上的多个带轮(8)依次遇到障碍物(18)，带轮(8)越过障碍物(18)时，带轮(8)带动支撑连接件(9)绕转轴(16)顺时针或逆时针旋转，带动与带轮(8)接触位置处的履带(7)凹陷或凸出，支撑连接件(9)沿滑槽(11)的弧形槽压缩或拉伸弹簧(10)减震，维持机器人机身(3)平稳；

步骤七、识别待测辐射区域是否有沾染物：设置辐射强度阈值，采用辐射探测器(12)探测待测辐射区域沾染物的辐射强度，工控机(1)控制提升电机驱动模块(26)驱动提升装置(13)工作调节辐射探测器(12)距离地面(17)高度提高辐射探测器(12)探测精度，当辐射探测器(12)探测待测辐射区域沾染物的辐射强度超过辐射强度阈值时，执行步骤八；当辐射探测器(12)探测待测辐射区域沾染物的辐射强度未超过辐射强度阈值时，执行步骤二；

步骤八、沾染物取样：通过高清图像探测器(4)或红外图像探测器(5)探测沾染物形态，当沾染物体积满足抓握要求时，工控机(1)控制机械臂(2)的机械爪抓握沾染物至样品舱(3-6)；当沾染物体积不满足抓握要求时，工控机(1)控制机械臂(2)的机械爪先从第一储物舱(3-8)中取出未取样脱脂棉，通过未取样脱脂棉与地面摩擦的方式取样，并将取样后脱脂棉放入第二储物舱(3-9)，完成沾染物取样，同时机器人将待测辐射区域位置信息、音视频信息和环境信息实时上传至远程控制终端(31)；

步骤九、判断机器人是否行进至终点：通过工控机(1)判断机器人是否行进至待测辐射区域探测终点，当机器人行进至待测辐射区域探测终点时，机器人结束探测任务返回待测辐射区域探测起点，同时通过工控机(1)生成待测辐射区域辐射分布图；否则，执行步骤二。

6.按照权利要求5所述的使用方法，其特征在于：步骤五中当机器人左转时，通过工控机(1)控制四个主动轮(14)中的两个右轮转速高于四个主动轮(14)中的两个左轮转速；当机器人右转时，通过工控机(1)控制四个主动轮(14)中的两个左轮转速高于四个主动轮(14)中的两个右轮转速，调节机器人前进方向绕过障碍物(18)行进。