CN109254309A - 一种放射源探测与处置智能机器人及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种放射源探测与处置智能机器人及其控制方法，该智能机器人包括遥控操作盒、机器人主体、安装在机器人主体上的寻源传感系统、主控模块和抓取装置；寻源传感系统对放射源进行探测和定位，并将放射源信息传输给主控模块，主控模块将接收的信息通过无线通信模块传输给遥控操作盒，并接收遥控操作盒发送的控制命令，控制机器人向放射源移动，当寻源传感系统定位到放射源位置后，主控模块控制抓取装置抓取放射源并放置到放射源屏蔽盒内，实现对放射源处置。本发明替代放射源事故发生后人工现场搜寻，极大提升了事故处置效率，还避免了搜索人员遭受核辐射的危害，有效避免社会恐慌和人员伤亡，减少经济损失。

Description

一种放射源探测与处置智能机器人及其控制方法

技术领域

本发明涉及公共安全领域，具体涉及一种放射源探测与处置智能机器人及其控制方法。

背景技术

目前我国在包含核设施的核电站和核反应堆领域相对安全，至今未发生较大事故，但是在核技术利用领域，随着放射源在医疗、工业、农业、地质调查、科学研究和教学等领域的广泛应用，使用过程中的安全问题日渐突出。由于放射源用户多而分散，部分单位管理不善，近年来因放射源使用不当或丢失而导致的放射性污染事故时有发生，有些事故造成了非常严重的后果甚至人员死亡，社会影响恶劣。据环保部统计数据，我国拥有放射源的单位超过一万家，放射源十四万多枚，其中七万多枚在用，几乎遍布全国所有省区。放射源一旦失去控制，会直接或者间接地危害人类生命健康并造成社会恐慌。

据我国历年放射源失控事故数据统计，每万枚放射源年平均发生事故2-3起，其中80％为放射源丢失，除人为因素外，地震、洪灾等自然灾害也是导致放射源失控的一个重要原因。地震、洪灾等自然灾害或人为原因导致的放射源被埋于地下或丢失、被盗后，由于其具有辐射性，人难以直接靠近处理，同时有些放射源体积较小、人工搜寻比较难，因此迫切需要一种机器人来代替人实现放射源快速定位并实施有效处置。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种放射源探测与处置智能机器人及其控制方法，以替代放射源事故发生后人工现场搜寻，极大提升了事故处置效率，还避免了搜索人员遭受核辐射的危害，有效避免社会恐慌和人员伤亡，减少经济损失。

本发明所采用的技术方案是：

本发明的第一目的是提供一种放射源探测与处置智能机器人，该智能机器人包括遥控操作盒、机器人主体、安装在机器人主体上的寻源传感系统、主控模块和抓取装置；所述寻源传感系统对放射源进行探测和定位，并将放射源信息传输给主控模块，主控模块将接收的信息通过无线通信模块传输给遥控操作盒，并接收遥控操作盒发送的控制命令，控制机器人向放射源移动，当寻源传感系统定位到放射源位置后，主控模块控制抓取装置抓取放射源并放置到放射源屏蔽盒内，实现对放射源处置。

作为本发明的进一步限定，所述机器人主体包括底盘，所述底盘上安装有所述抓取装置和机身，所述机身上设置有所述寻源传感系统和云台相机，所述机身内设置有所述主控模块，所述主控模块连接底盘、寻源传感系统、云台相机和抓取装置。

作为本发明的进一步限定，所述寻源传感系统包括放射源寻找探测器和放射源瞄准探测器，所述放射源寻找探测器，用于获取放射源辐射剂量信息，通过寻源算法来确定放射源的大致方位信息；所述放射源瞄准探测器，用于定位放射源的位置。

作为本发明的进一步限定，所述抓取装置包括机械臂和抓手，所述抓手安装在机械臂的末端，所述机械臂末端还安装有高清摄像头，用于获取放射源的精确位置和辅助抓取。

作为本发明的进一步限定，所述机器人主体上还设置有红外测距传感器和超声波传感器。

作为本发明的进一步限定，所述机器人主体和遥控操作盒内分别设置有锂电池和电池管理模块，通过电池管理模块对锂电池进行充放电管理，并将电压转换成机器人主体的各模块和遥控操作盒内各模块使用的电压。

作为本发明的进一步限定，在机器人主体上还设置有辐射屏蔽防护装备。

作为本发明的进一步限定，所述遥控操作盒包括输入模块、运动控制模块、显示模块和无线通信模块，所述输入模块，用于接收用户输入的控制信号，并传输给运动控制模块；所述运动控制模块，用于将接收的控制信号转换成相应的控制指令数据，并通过无线通信模块发送给机器人主体；接收机器人主体的主控模块传送的环境信息、放射源相关信息以及机器人主体的状态信息，并并通过显示模块显示。

作为本发明的进一步限定，所述输入模块为按键或者摇杆设备。

本发明的第二目的是提供一种放射源探测与处置智能机器人的控制方法，该方法包括以下步骤：

机器人主体上电后，进行初始化设置；

接收遥控操作盒发送的控制指令，并对控制指令进行解析，将解析后的指令发送给相应的驱动器，控制机器人主体和云台相机进行相应的运动；

将放射源瞄准探测器和放射源寻找探测器获取的放射源信息实时传送到遥控操作盒；

操作人员根据放射源寻找探测器所确定的放射源方位信息，来控制机器人主体的运动去逼近放射源。

根据放射源瞄准探测器定位到放射源位置信息，并结合摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂和抓手将放射源抓取并放置到放射源屏蔽盒内，完成放射源处置任务。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过遥控操作盒遥控机器人主体，实现对机器人的运动控制，放射源抓取等操作，来替代放射源事故发生后人工现场搜寻，极大提升了事故处置效率，还避免了搜索人员遭受核辐射的危害，有效避免社会恐慌和人员伤亡，减少经济损失；

(2)本发明通过寻源传感系统中放射源寻找探测器确定放射源的大致方位，并不断调整机器人自身位置，向放射源逼近，通过寻源传感系统中放射源瞄准探测器确定放射源位置以及摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂及抓手实现对放射源抓取操作，实现对放射源处置，提高放射源事故处置效率。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是放射源探测与处置智能机器人的结构框图；

图2是放射源探测与处置智能机器人的硬件结构示意图；

图3是寻源传感系统的结构框图；

图4是放射源探测与处置智能机器人的控制方法流程图；

其中，1、第二锂电池，2、第二电池管理模块，3、显示模块，4、运动控制模块，5、输入模块，6、第二无线通信模块，7、第一无线通信模块，8、底盘，9、主控模块，10、寻源传感系统，11、第一电池管理模块，12、云台相机，13、机械臂，14、第一锂电池，15、抓手，16、高清摄像头，17、放射源瞄准探测器，18、放射源寻找探测器，19、机身。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，据我国历年放射源失控事故数据统计，每万枚放射源年平均发生事故2-3起，其中80％为放射源丢失，除人为因素外，地震、洪灾等自然灾害也是导致放射源失控的一个重要原因。地震、洪灾等自然灾害或人为原因导致的放射源被埋于地下或丢失、被盗后，由于其具有辐射性，人难以直接靠近处理，同时有些放射源体积较小、人工搜寻比较难。

为了解决如上的技术问题，本发明基于替代放射源事故后的人工现场搜寻，提高放射源事故处置效率提出的一种放射源探测与处置智能机器人，以替代放射源事故发生后人工现场搜寻，极大提升了事故处置效率，还避免了搜索人员遭受核辐射的危害，有效避免社会恐慌和人员伤亡，减少经济损失。

图1是本发明实施例一放射源探测与处置智能机器人的整体结构示意图。如图1所示，该机器人包括遥控操作盒、机器人主体和安装在机器人主体上的寻源传感系统，所述遥控操作盒和机器人主体之间通过无线网络通信连接。

如图2所示，该机器人主体包括底盘1、设置在底盘上的机械臂13和机身19，所述机械臂13的首段与底盘固定连接，末端设置有用于抓取放射源的抓手15，所述机械臂的末端上还安装有高清摄像头16，用于获取放射源的精确位置和辅助抓取；所述机身19上设置有寻源传感系统10和云台相机12，如图3所示，所述寻源传感系统包括放射源寻找探测器18和放射源瞄准探测器17，通过在机器人上搭载放射源寻找探测器18和放射源瞄准探测器17，完成对放射源的探测和定位，其中，所述放射源寻找探测器18，用于获取放射源辐射剂量信息，通过寻源算法来确定放射源的大致方位信息，所述放射源瞄准探测器17，用于确定放射源的位置；所述云台相机，用于实时监测机器人周围的环境信息，并传输至主控模块；所述机械臂和抓手，用于对放射源进行抓取并放置到放射源屏蔽盒内。

在机身内设置有主控模块9和第一无线通信模块7，所述主控模块9通过第一无线通信模块7与遥控操作盒通信连接，将获取的数据传送给遥控操作盒，供操作人员分析使用；并接收遥控操作盒发送的控制指令，控制机械臂及抓手执行对应的动作；所述主控模块连接底盘8、寻源传感系统10、摄像头16、云台相机12、机械臂13及抓手15，用于根据寻源传感系统中放射源寻找探测器所确定的放射源的大致方位，不断调整机器人自身位置，通过机器人的移动向放射源逼近，根据寻源传感系统中放射源瞄准探测器所确定的放射源位置以及摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂及抓手对放射源进行抓取并放置到放射源屏蔽盒内。

该机器人操作方便，可以在放射源失控事故发生后对事故进行快速有效的处置，极大的提升事故处置效率，有效避免社会恐慌和人员伤亡，减少经济损失。

所述遥控操作盒包括输入模块5、运动控制模块4、显示模块3和第二无线通信模块6，所述输入模块5，用于接收用户输入的控制信号，并传输给运动控制模块；所述运动控制模块4，用于将接收的控制信号转换成相应的控制指令数据，并通过第二无线通信模块6发送给机器人，控制机器人和其搭载的云台相机、机械臂、抓手等模块的运动，实现对机器人的运动控制，放射源抓取等操作；还接收来自机器人的云台相机获取的环境信息、寻源系统获取的放射源相关信息以及机器人自身的状态，并通过显示模块3上显示，识别放射源并协助放射源抓取操作。

优选地，所述输入模块5可为按键或者摇杆等设备。

所述遥控操作盒一方面可以对机器人发送控制指令，实现对机器人的运动控制，放射源抓取等操作，另一方面可以通过显示模块实时显示机器人所携带相机获取的环境信息、识别放射源并协助放射源抓取操作。

本实施例中，所述机器人主体的机身内设置有第一锂电池14和第一电源管理模块11，所述电源管理模块11，用于对第一锂电池14的充放电进行管理，并将电压转换成适合机器人的主控模块9和外围模块使用的电压。

在机器人主体上设置了辐射屏蔽防护装备，保证机器人在辐射环境下正常运行。

所述底盘是机器人运动载体，接收来自主控制器的指令实现机器人的前进、后退、左转、左转等运动。优选地，所述底盘可以为轮式或者履带式移动装置。

本实施例中，所述遥控操作盒还包括第二锂电池1和第二锂电池管理模块2，所述第二锂电池管理模块2，用于对第二锂电池1的充放电进行管理，并将电压转换成适合遥控操作盒的输入模块、运动控制模块、显示模块和第二无线通信模块使用的电压。

本发明实施例一提出的智能机器人还包括在机器人主体上设置的红外测距传感器和超声波传感器，所述红外测距传感器和超声波传感器分别与主控模块9连接，用于测量机器人与障碍物之间距离，实现自主避障功能。

本发明实施例一提出的放射源探测与处置智能机器人，通过寻源传感系统中放射源寻找探测器确定放射源的大致方位，通过寻源算法来不断调整机器人自身位置，向放射源逼近，通过寻源传感系统中放射源瞄准探测器确定放射源位置以及摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂及抓手实现对放射源抓取操作，并将传感器和云台相机采集的数据传送给遥控操作盒，操作人员可通过遥控操作盒向机器人发送控制指令，实现对机器人的运动控制，放射源抓取等操作。

图4是本发明实施例二放射源探测与处置智能机器人的控制方法。本发明实施例二控制方法实现对实施例一放射源探测与处置智能机器人的智能控制。如图4所示，该控制方法包括以下步骤：

S101，机器人主体上电后，进行初始化设置。

S102，接收遥控操作盒发送的控制指令，并对控制指令进行解析，将解析后的指令发送给相应的驱动器，实现对机器人主体和云台相机的运动控制。

S103，将放射源瞄准探测器和放射源寻找探测器获取的放射源信息实时传送到遥控操作盒。

S104，操作人员根据放射源寻找探测器所确定的放射源方位信息，来控制机器人主体的运动去逼近放射源。

S105，放射源瞄准探测器定位到放射源位置后，并结合摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂和抓手将放射源抓取并放置到放射源屏蔽盒内，完成放射源处置任务。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)本发明通过遥控操作盒遥控机器人主体，实现对机器人的运动控制，放射源抓取等操作，来替代放射源事故发生后人工现场搜寻，极大提升了事故处置效率，还避免了搜索人员遭受核辐射的危害，有效避免社会恐慌和人员伤亡，减少经济损失；

(2)本发明通过寻源传感系统中放射源寻找探测器确定放射源的大致方位，并不断调整机器人自身位置，向放射源逼近，通过寻源传感系统中放射源瞄准探测器确定放射源位置以及摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂及抓手实现对放射源抓取操作，实现对放射源处置，提高放射源事故处置效率。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种放射源探测与处置智能机器人，其特征是，包括遥控操作盒、机器人主体、安装在机器人主体上的寻源传感系统、主控模块和抓取装置；所述寻源传感系统对放射源进行探测和定位，并将放射源信息传输给主控模块，主控模块将接收的信息通过无线通信模块传输给遥控操作盒，并接收遥控操作盒发送的控制命令，控制机器人向放射源移动，当寻源传感系统定位到放射源位置后，主控模块控制抓取装置抓取放射源并放置到放射源屏蔽盒内，实现对放射源处置。

2.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述机器人主体包括底盘，所述底盘上安装有所述抓取装置和机身，所述机身上设置有所述寻源传感系统和云台相机，所述机身内设置有所述主控模块，所述主控模块连接底盘、寻源传感系统、云台相机和抓取装置。

3.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述寻源传感系统包括放射源寻找探测器和放射源瞄准探测器，所述放射源寻找探测器，用于获取放射源辐射剂量信息，通过寻源算法来确定放射源的大致方位信息；所述放射源瞄准探测器，用于定位放射源的位置。

4.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述抓取装置包括机械臂和抓手，所述抓手安装在机械臂的末端，所述机械臂末端还安装有高清摄像头，用于获取放射源的精确位置和辅助抓取。

5.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述机器人主体上还设置有红外测距传感器和超声波传感器。

6.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述机器人主体和遥控操作盒内分别设置有锂电池和电池管理模块，通过电池管理模块对锂电池进行充放电管理，并将电压转换成机器人主体的各模块和遥控操作盒内各模块使用的电压。

7.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，在机器人主体上还设置有辐射屏蔽防护装备。

8.根据权利要求1所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述遥控操作盒包括输入模块、运动控制模块、显示模块和无线通信模块，所述输入模块，用于接收用户输入的控制信号，并传输给运动控制模块；所述运动控制模块，用于将接收的控制信号转换成相应的控制指令数据，并通过无线通信模块发送给机器人主体；接收机器人主体的主控模块传送的环境信息、放射源相关信息以及机器人主体的状态信息，并并通过显示模块显示。

9.根据权利要求8所述的放射源探测与处置智能机器人，其特征是，所述输入模块为按键或者摇杆设备。

10.如权利要求1-9中任一项所述的放射源探测与处置智能机器人的控制方法，其特征是，包括以下步骤：

机器人主体上电后，进行初始化设置；

接收遥控操作盒发送的控制指令，并对控制指令进行解析，将解析后的指令发送给相应的驱动器，控制机器人主体和云台相机进行相应的运动；

将放射源瞄准探测器和放射源寻找探测器获取的放射源信息实时传送到遥控操作盒；

操作人员根据放射源寻找探测器所确定的放射源方位信息，来控制机器人主体的运动去逼近放射源。

根据放射源瞄准探测器定位到放射源位置信息，并结合摄像头采集的信息，获取放射源的精确位置，控制机械臂和抓手将放射源抓取并放置到放射源屏蔽盒内，完成放射源处置任务。