CN108313150A - 核电站应急陆地状态检查机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核电站应急陆地状态检查机器人，包括可移动的车体、设置在车体上用于探测核电站内的环境信息的探测装置。本发明的机器人可以对异常或事故工况下的核电机组的陆地状态进行快速侦查和响应，为事故的后续处理提供依据信息，降低事故处理过程中人员受到的辐射剂量。核电站应急陆地状态检查机器人在核电站特殊工况为工作人员提供现场环境探测和视频影像信息，并能进行一些例如采样、抓取等简单操作。

Description

核电站应急陆地状态检查机器人

技术领域

本发明涉及压水堆核电领域，更具体地说，涉及一种核电站应急陆地状态检查机器人。

背景技术

核电站运行中所产生的风险与传统电站相比，主要是其具有放射性。

在核电站出现紧急事故或异常事件的时候，影响人们处理问题的关键因素通常是放射性环境。因此，使用核电应急机器人可以避免人体所遭遇的风险，同时可以完成一些紧急状态下的基本工作，从而满足人们对在放射性异常环境下的事故处理需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种核电站应急陆地状态检查机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站应急陆地状态检查机器人，包括可移动的车体、设置在所述车体上用于探测核电站内的环境信息的探测装置。

优选地，所述探测装置包括取像装置、温湿度检测装置、氧浓度检测装置、辐射剂量检测装置、避障传感装置中的一种或多种组合。

优选地，所述取像装置包括设置在所述车体顶部的第一摄像机；

所述车体上设有用于调节所述第一摄像机的竖直高度、水平转向、上下转向中的至少一种的第一调节机构。

优选地，所述第一调节机构包括基座、升降座，所述第一摄像机可上下摆动地安装在所述基座上，所述基座可左右摆动地安装在所述升降座上，所述升降座可上下移动地设置在所述车体上。

优选地，所述机器人还包括设置在所述车体上、用于夹持物品的机械手。

优选地，所述机械手包括依次连接的第一臂、第二臂、第三臂以及夹持部，所述第一臂可转动地设置在所述车体上，所述第二臂可转动与所述第一臂连接，所述第三臂可转动地与所述第二臂连接；

所述夹持部包括夹持座以及第一夹持臂、第二夹持臂，所述夹持座可转动地设置在所述第三臂上；

所述第一夹持臂、第二夹持臂可开合地设置在所述夹持座上。

优选地，所述第一夹持臂、第二夹持臂可转动地设置在所述夹持座上，所述夹持座上设有可伸缩的驱动杆；

所述第一夹持臂一端与所述驱动杆连接，另一端远离所述夹持座伸出；所述第二夹持臂一端与所述驱动杆连接，另一端远离所述夹持座伸出；

所述驱动杆伸缩时带动所述第一夹持臂、第二夹持臂转动实现开合。

优选地，所述第一夹持臂包括第一转动座和可拆卸地安装在所述第一转动座上的第一夹体，所述第二夹持臂包括第二转动座和可拆卸地安装在所述第二转动座上的第二夹体，

所述第一转动座、第二转动座分别可转动地设置在所述夹持座上，所述第一夹体、第二夹体之间形成所述第一夹持臂、第二夹持臂的夹持空间。

优选地，所述取像装置还包括在所述第三臂上设置的第二摄像机，以及与所述第二摄像机并排设置的距离检测装置，所述距离检测装置包括激光传感器。

优选地，所述车体上还设有带动所述车体翻越障碍物的越障机构；

所述越障机构包括在所述车体的前端、后端分别设置的第一越障臂、第二越障臂，所述第一越障臂、第二越障臂可上下摆动地设置，以在摆动向上时，搭设到障碍物上，摆动向下时，支撑起所述车体，并在所述第一越障臂、第二越障臂同时摆动时，带动所述车体翻越障碍物。

优选地，所述第一越障臂、第二越障臂周圈上设有可转动的越障履带，在第一越障臂、第二越障臂摆动时，所述越障履带转动，带动机器人移动。

优选地，所述车体上还可设有带动机器人移动的主驱动履带。

优选地，所述主驱动履带的外圈沿周圈分布有节齿形结构。

优选地，所述机器人还包括与外部进行数据传输的通信模块。

优选地，所述取像装置还包括在所述车体的前端和/或后端设置的第三摄像机，以及设置在所述车体上进行照明的照明装置。

优选地，所述车体上还设有充电电源。

实施本发明的核电站应急陆地状态检查机器人，具有以下有益效果：本发明的机器人可以对异常或事故工况下的核电机组的陆地状态进行快速侦查和响应，为事故的后续处理提供依据信息，降低事故处理过程中人员受到的辐射剂量。

核电站应急陆地状态检查机器人在核电站特殊工况为工作人员提供现场环境探测和视频影像信息，并能进行一些例如采样、抓取等简单操作。

核电站应急陆地状态检查机器人可以在核电站事故工况下对核电站高辐射区域进行设备状态和环境情况进行视频检查和简单测量工作，通过实时传回的视频信息和数据辅助应急人员完成设备状态和事故情况评价，降低应急人员进场检查受到的照射剂量。

机器人在设计有观察周围环境的摄像头的同时，在工作主机械手上设计摄像头，为操作人员提供全方位立体视觉。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中的核电站应急陆地状态检查机器人的结构示意图；

图2是图1中的机械手的结构示意图；

图3是图2中的局部视图A的放大示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一个优选实施例中的核电站应急陆地状态检查机器人包括可移动的车体1、设置在车体1上用于探测核电站内的环境信息的探测装置。

让机器人进入核电站对核电站内的环境进行探测，对异常或事故工况下的核电机组的陆地状态进行快速侦查和响应，为事故的后续处理提供依据信息，获取内部图像、湿度、温度、氧浓度、辐射剂量等数据，可以避免人进入核电站后受到辐射，同时，机器人还可以辅助完成一些紧急状态下的工作，帮助人们在放射性异常环境下处理事故。

探测装置包括取像装置2、温湿度检测装置(图未示)、氧浓度检测装置、辐射剂量检测装置、避障传感装置(图未示)，在其他实施例中，探测装置也可只包括其中的一种或多种组合。

通常，温湿度检测装置的温度检测范围为：10℃-60℃，精度：±0.1℃；湿度检测范围为：0-100％RH，精度：±5％RH。

氧浓度检测装置的测量范围：0-50％，辐射剂量检测装置的测量种类为γ和χ射线，量程小于等于150mSv/h，避障传感装置的测量范围为0.1-5m。避障传感装置可以补充摄像头监控盲区，辅助人员操控。

在其他实施例中，温湿度检测装置、氧浓度检测装置、辐射剂量检测装置的范围也可超过上述范围。

在本实施例中，车体1的外形尺寸为1080×680×780mm，重量≤130kg，速度连续可调，最大速度不低于3.5m/min。车体1作为机器人各项功能设备载体，驱动机器人前进、后退及转向动作。

车体中间为主框架，用于固定电源及控制电路板、传感器等；两侧为主驱动履带及第一越障臂71、第二越障臂72。优选地，电源为可充电电源(图未示)，不用频繁拆卸更换电池，使充电更加方便。

取像装置2包括设置在车体1顶部的第一摄像机21，第一摄像机21可以在车顶进行拍摄，获取周围的图像，优选地，第一摄像机21的水平转向、上下转向、竖直高度三个维度均可调整，达到全景拍摄的效果。

优选地，车体1上设有用于调节第一摄像机21的竖直高度、水平转向、上下转向的第一调节机构11。第一摄像机21在第一调节机构11的帮助下，高度、水平转向、上下转向均能调节，车体1不用移动，即可捕捉到各个方向的图像，实现全景摄像，增加机器人的可观察范围。

在本实施例中，第一摄像机21初始时朝向前方，第一摄像机21可以在水平方向正负150°范围内转动，在上下正负30°范围内转动，在竖直方向0-180mm范围内升降，当然，根据需要，第一摄像机21在水平转向、上下转向、竖直高度三个维度的调整范围也可变化。

通常，第一摄像机21采用高清CMOS摄像机(CMOS：Complementary MetalOxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件)，倍率为20倍，最小照度优于0.2lux，帧频≥30fps。根据环境需要，第一摄像机21的参数也可调整。

在其他实施例中，第一调节机构11也可只调节第一摄像机21在竖直高度、水平转向、上下转向中的一种或多种转向。第一摄像机21也可直接采用全景相机，不用水平和上下转动，即可获取周圈的图像信息。

进一步地，第一调节机构11包括基座111、升降座112，第一摄像机21可上下摆动地安装在基座111上，基座111上可以设置电机，第一摄像机21设置在电机的输出轴上，输出轴水平设置，在转动时带动第一摄像机上下摆动。

基座111可左右摆动地安装在升降座112上，升降座112可上下移动地设置在车体1上。升降座112上也可以设置电机，该电机的输出轴竖直设置，基座111在升降座112上的电机的输出轴带动下左右摆动。升降座112的升降则可以依靠设置在车体1上的气缸、油缸等部件竖直设置的活塞杆伸缩带动。当只需要调节一个方向时，对应的只需要设置相关的部件。

结合图1至图3所示，在一些实施例中，机器人还包括设置在车体1上、用于夹持物品的机械手6，可以根据反应堆内的情况，遥控机械手6取放抓取物品。

通常，机械手6包括依次连接的第一臂61、第二臂62、第三臂63以及夹持部64，第一臂61可转动地设置在车体1上，第二臂62可转动与第一臂61连接，第三臂63可转动地与第二臂62连接。夹持部64包括夹持座641以及第一夹持臂642、第二夹持臂643，夹持座641可转动地设置在第三臂63上。

车体1、第一臂61、第二臂62、第三臂63、夹持座641之间均采用转动连接，各关节以直流电机作为驱动，实现四个自由度的调节，配合机器人运动可实现多方位夹取异物，可便于调节夹持部64的转向位置，夹持不同位置的物体。

通常，臂展800mm，夹取宽度100mm，最大臂展夹取负载2Kg。第一臂61在向车体1的正前方伸出时，相对车体1左右转动的范围为正负30°，第二臂62在第一臂61上相对水平面的上下转动范围为45～210°；当第二臂62在最下的转动位置时，第三臂63在第二臂62上相对水平面的上下转动范围为85～255°；当第三臂63在最下的转动位置时，夹持座641在第三臂63上相对水平面的上下转动范围为20～350°。

在其他实施例中，根据需要，第一臂61、第二臂62、第三臂63以及夹持部64的转动范围也可相应变化。

通常，车体1、第一臂61、第二臂62、第三臂63、夹持座641之间通过转轴实现转动，便于在直流电机驱动下转动。在其他实施例中，车体1、第一臂61、第二臂62、第三臂63、夹持座641之间也可采用铰链实现转动连接。

第一夹持臂642、第二夹持臂643可开合地设置在夹持座641上，以进行夹持。夹持座641可转动，可以调节第一夹持臂642、第二夹持臂643之间形成的夹口的方向，便于去夹持。

进一步地，第一夹持臂642、第二夹持臂643可转动地设置在夹持座641上，夹持座641上设有可伸缩的驱动杆6411。第一夹持臂642一端与驱动杆6411连接，另一端远离夹持座641伸出；第二夹持臂643一端与驱动杆6411连接，另一端远离夹持座641伸出。驱动杆6411伸缩时带动第一夹持臂642、第二夹持臂643转动实现开合。

在一些实施例中，第一夹持臂642包括第一转动座6421和可拆卸地安装在所述第一转动座6421上的第一夹体6422，所述第二夹持臂643包括第二转动座6431和可拆卸地安装在所述第二转动座6431上的第二夹体6432。

所述第一转动座6421、第二转动座6431分别可转动地设置在所述夹持座641上，所述第一夹体6422、第二夹体6432之间形成所述第一夹持臂642、第二夹持臂643的夹持空间。第一夹体6422、第二夹体6432分别可拆卸设置，当需要夹持不同的物体时，可以将第一夹体6422、第二夹体6432更换成不同外形或材质的夹持件，以适应物体的夹紧需求。

第一夹持臂642、第二夹持臂643就像人的两根手指一样，在抓取物品时，能抓的更加的稳，还能适应不同大小、外形的物品。在本实施例中，第一夹持臂642、第二夹持臂643的最大张开宽度为100mm，辅助完成抓取动作。

第一夹持臂642、第二夹持臂643两相对的侧面分别设有锯齿结构，可以防滑和提升夹持时的摩擦力，便于夹紧。在其他实施例中，第一夹持臂642、第二夹持臂643相对的侧面上也可设置其他利于防滑和提升摩擦力的凹凸结构或软胶件。

当然，夹持部64也可包括其他的一个或多个夹持臂，与第一夹持臂642、第二夹持臂643一起开合，实现对物品的抓取。

进一步地，取像装置2还包括在第三臂63上设置的第二摄像机22，以及与第二摄像机22并排设置的距离检测装置23，距离检测装置23包括激光传感器。

第二摄像机22、距离检测装置23设置在第三臂63与夹持座641连接的一端，让第二摄像机22可以实时的获取机械手6前端环境图像，便于根据环境图像调整机械手6的伸出状态和伸出位置。距离检测装置23可以检测机械手6与待抓取的物品之间的距离，观察物体二维尺寸，调整机械手6的状态。

优选地，第二摄像机22、距离检测装置23与第一夹持臂642、第二夹持臂643之间形成的夹持空间位置对应，以能准确的获得待抓取的物品的图像以及第一夹持臂642、第二夹持臂643与待抓取的物品之间的距离。

在其他实施例中，第二摄像机22、距离检测装置23也可设置在夹持座641上。

通常，第二摄像机22也采用高清CMOS相机，倍率为10倍，最小照度优于0.2lux，帧频≥30fps。根据环境需要，第二摄像机22的参数也可调整。

为了使机器人能在反应堆中越过台阶、杂物等障碍，车体1上还设有带动车体1翻越障碍物的越障机构7。

进一步地，越障机构7包括在车体1的前端、后端分别设置的第一越障臂71、第二越障臂72，第一越障臂71、第二越障臂72作为机器人穿越障碍、攀爬楼梯等路径时辅助通过和防倾翻的设备。

第一越障臂71、第二越障臂72可上下摆动地设置，以在摆动向上时，搭设到障碍物上，摆动向下时，支撑起车体1，并在第一越障臂71、第二越障臂72同时摆动时，带动车体1翻越障碍物。

另外，第一越障臂71、第二越障臂72可以向相同的方向转动，也可分别向不同的方向转动，在转动过程中，第一越障臂71、第二越障臂72的转动速度可以相同，也可不同，适应不同的障碍场景。

本实施例中，前端的第一越障臂71可以从前端上下摆动，其相对水平方向的摆动范围为正负90°。前端的第二越障臂72可可以从后端上下摆动，其相对水平方向的摆动范围为正负90°。在其他实施例中，第一越障臂71、第二越障臂72的摆动范围也可根据应用环境适当的调整。

第一越障臂71、第二越障臂72垂直越障高度小于等于200mm，可适应对不同高度的楼梯、障碍进行调整，达到翻越的目的，可越障、爬坡、爬楼梯等。

优选地，第一越障臂71、第二越障臂72周圈上设有可转动的越障履带73，在第一越障臂71、第二越障臂72摆动时，越障履带73还可转动，带动机器人移动。越障履带73的外圈沿周圈也可分布有节齿形结构或凸点，提升通过能力。

在一些实施例中，车体1上还可设有带动机器人移动的主驱动履带(图未示)，可以提升机器人通过异物、障碍物的能力。

主驱动履带作为机器人行走的主要驱动，主驱动履带的外圈沿周圈分布有节齿形结构，电机带动传动机构，使驱动轮旋转带动主驱动履带转动，通过电机换向实现主驱动履带正反转，从而实现机器人前后、左右运动。

带有齿形结构的主驱动履带适合于楼梯、野外草地、碎石等复杂地形爬行，在其他实施例中，主驱动履带的外圈也可沿周圈分布凸点，提升通过能力。

通常，取像装置2还包括在车体1的前端、后端分别设置的两第三摄像机24，以及设置在车体1上进行照明的照明装置25。第三摄像机24可以获取靠近车体1前后的物体图像，便于及时调整行走路线。照明装置25可以对反应堆的内部环境照亮，方便取像装置2的第一摄像机21、第二摄像机22、第三摄像机24观察、获取图像。

在其他实施例中，也可只在车体1的前端或后端设置第三摄像机24。

机器人还包括与外部进行数据传输的通信模块8，在取像装置2、温湿度检测装置、氧浓度检测装置、辐射剂量检测装置、避障传感装置获取信息后，可以实时的向外无线发送，比如，发送获取的图像信息、温湿度信息、氧浓度信息、辐射剂量信息、以及障碍物距离信息等，当然，也可接受外部发送过来的信息，对机器人的部件进行控制，执行相关操作。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (16)

1.一种核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，包括可移动的车体（1）、设置在所述车体（1）上用于探测核电站内的环境信息的探测装置。

2.根据权利要求1所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述探测装置包括取像装置（2）、温湿度检测装置、氧浓度检测装置、辐射剂量检测装置、避障传感装置中的一种或多种组合。

3.根据权利要求2所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述取像装置（2）包括设置在所述车体（1）顶部的第一摄像机（21）；

所述车体（1）上设有用于调节所述第一摄像机（21）的竖直高度、水平转向、上下转向中的至少一种的第一调节机构（11）。

4.根据权利要求3所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述第一调节机构（11）包括基座（111）、升降座（112），所述第一摄像机（21）可上下摆动地安装在所述基座（111）上，所述基座（111）可左右摆动地安装在所述升降座（112）上，所述升降座（112）可上下移动地设置在所述车体（1）上。

5.根据权利要求2至4任一项所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述机器人还包括设置在所述车体（1）上、用于夹持物品的机械手（6）。

6.根据权利要求5所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述机械手（6）包括依次连接的第一臂（61）、第二臂（62）、第三臂（63）以及夹持部（64），所述第一臂（61）可转动地设置在所述车体（1）上，所述第二臂（62）可转动与所述第一臂（61）连接，所述第三臂（63）可转动地与所述第二臂（62）连接；

所述夹持部（64）包括夹持座（641）以及第一夹持臂（642）、第二夹持臂（643），所述夹持座（641）可转动地设置在所述第三臂（63）上；

所述第一夹持臂（642）、第二夹持臂（643）可开合地设置在所述夹持座（641）上。

7.根据权利要求6所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述第一夹持臂（642）、第二夹持臂（643）可转动地设置在所述夹持座（641）上，所述夹持座（641）上设有可伸缩的驱动杆（6411）；

所述第一夹持臂（642）一端与所述驱动杆（6411）连接，另一端远离所述夹持座（641）伸出；所述第二夹持臂（643）一端与所述驱动杆（6411）连接，另一端远离所述夹持座（641）伸出；

所述驱动杆（6411）伸缩时带动所述第一夹持臂（642）、第二夹持臂（643）转动实现开合。

8.根据权利要求7所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述第一夹持臂（642）包括第一转动座（6421）和可拆卸地安装在所述第一转动座（6421）上的第一夹体（6422），所述第二夹持臂（643）包括第二转动座（6431）和可拆卸地安装在所述第二转动座（6431）上的第二夹体（6432），

所述第一转动座（6421）、第二转动座（6431）分别可转动地设置在所述夹持座（641）上，所述第一夹体（6422）、第二夹体（6432）之间形成所述第一夹持臂（642）、第二夹持臂（643）的夹持空间。

9.根据权利要求6所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述取像装置（2）还包括在所述第三臂（63）上设置的第二摄像机（22），以及与所述第二摄像机（22）并排设置的距离检测装置（23），所述距离检测装置（23）包括激光传感器。

10.根据权利要求1至4任一项所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述车体（1）上还设有带动所述车体（1）翻越障碍物的越障机构（7）；

所述越障机构（7）包括在所述车体（1）的前端、后端分别设置的第一越障臂（71）、第二越障臂（72），所述第一越障臂（71）、第二越障臂（72）可上下摆动地设置，以在摆动向上时，搭设到障碍物上，摆动向下时，支撑起所述车体（1），并在所述第一越障臂（71）、第二越障臂（72）同时摆动时，带动所述车体（1）翻越障碍物。

11.根据权利要求10所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述第一越障臂（71）、第二越障臂（72）周圈上设有可转动的越障履带（73），在第一越障臂（71）、第二越障臂（72）摆动时，所述越障履带（73）转动，带动机器人移动。

12.根据权利要求1至4任一项所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述车体（1）上还可设有带动机器人移动的主驱动履带。

13.根据权利要求12所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述主驱动履带的外圈沿周圈分布有节齿形结构。

14.根据权利要求1至4任一项所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述机器人还包括与外部进行数据传输的通信模块（8）。

15.根据权利要求2至4任一项所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述取像装置（2）还包括在所述车体（1）的前端和/或后端设置的第三摄像机（24），以及设置在所述车体（1）上进行照明的照明装置（25）。

16.根据权利要求1至4任一项所述的核电站应急陆地状态检查机器人，其特征在于，所述车体（1）上还设有充电电源。