CN110749913B - 一种辐射测量爬壁机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辐射测量爬壁机器人，其包括外壳体，外壳体的底部开口，外壳体内设置有推进机构和吸附机构，外壳体上安装有前、后两个摄像头，外壳体的侧壁上通过不锈钢架安装有核辐射测量探头；外壳体上设置有走线机构，核辐射测量探头通过探头模块与控制器电连接，两个摄像头与控制器电连接。本发明利用爬壁机器人携带核辐射测量探头，通过投放装置将本方案的爬壁机器人投放至贮罐侧壁附近，到达贮罐侧壁，通过远程遥控器操作机器人在金属罐体侧壁爬行，到达所需测量位置展开测量，完成封闭式的放射性废液贮罐外表面的辐射水平测量，减少现场作业人员的放射性受照量。

Description

一种辐射测量爬壁机器人
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种辐射测量爬壁机器人。
背景技术
放射性废液贮罐密闭固定于设备室内，设备室外壳由混泥土构成，内壁为不锈钢覆面，贮罐与设备室间距离(称为“夹层”)约为700mm。狭小作业空间，不平整的作业面与作业场所放射性辐照是一直无法定点、定位的实现放射性废液贮罐外表面的辐射水平的监测的主要原因。
通过远程遥控操作机器人在金属罐体侧壁爬行，到达所需测量位置展开测量，完成封闭式的放射性废液贮罐外表面的辐射水平测量，能有效减少现场作业人员的放射性受照量。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种用于对放射性场所贮罐源外表面进行辐射测量的爬壁机器人。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种辐射测量爬壁机器人，其包括外壳体，外壳体的底部开口，外壳体内设置有推进机构和吸附机构，外壳体上安装有前、后两个摄像头，外壳体的侧壁上通过不锈钢架安装有核辐射测量探头，不锈钢架上设置有成“八”字形的连接片，连接片与外壳体固定连接；外壳体上设置有走线机构，走线机构包括固定板，固定板上安装有滚筒，滚筒的上方设置有线缆夹板，且线缆夹板铰接在固定板上；滚筒的前端设置有走线筒，走线筒固定在固定板上；核辐射测量探头通过探头模块与控制器电连接，两个摄像头与控制器电连接。
进一步地，推进机构包括四个滚轮，四个滚轮均通过支架固定在外壳体内，四个滚轮分别安装在两根转轴的两端，每根转轴上均安装有滚轮电机，滚轮电机的转轴与其中一个滚轮连接。
进一步地，每个滚轮上均安装有皮带轮，两根转轴上同侧的皮带轮通过皮带连接。
进一步地，吸附机构包括真空泵，真空泵内的出气口伸入外壳体的底部，真空泵的进气口与离心风扇连接，离心风扇与驱动电机的转轴连接；真空泵和驱动电机均与控制器电连接。
进一步地，离心风扇包括上板，上板通过压紧螺母和上盖固定在驱动电机的转轴上，上板下方设置有吸附板，吸附板与上板之间通过若干隔板连接，若干隔板之间形成若干扇形的通风口，通风口与真空泵的进气口导通。
进一步地，外壳体的底部边沿设置有密封结构，密封结构包括密封裙，密封裙的边沿通过密封布压条和“L”形的连接支架固定在外壳体的底部，连接支架与密封布压条通过固定螺钉连接，密封裙的边沿向外壳体的底部四周延伸。
进一步地，密封裙的边沿上包裹有一圈电木骨架，电木骨架的底部与密封裙之间设置有一圈海绵。
进一步地，控制器通过通讯线缆与遥控器连接，通讯线缆穿过走线筒绕在滚筒上，遥控器包括操作器和中继器，中继器上设置有无线接收模块，中继器通过通讯电缆与操作器连接；操作器上包括速度档位旋钮、负压档位旋钮、手动行走摇柄、自动行走摇柄和显示屏。
进一步地，外壳体内设置有负压传感器、温度采集传感器和电压监测模块；负压传感器、温度采集传感器和电压监测模块均与控制器电连接。
本发明的有益效果为：本发明利用爬壁机器人携带核辐射测量探头，到达贮罐侧壁，通过远程遥控器操作机器人在金属罐体侧壁爬行，到达所需测量位置展开测量，完成封闭式的放射性废液贮罐外表面的辐射水平测量，减少现场作业人员的放射性受照量。使用过程中，利用辅助投放装置将机器人放置在罐体侧壁上，吸附机构将整个机器人吸附在废液贮罐的外表面，并通过推进机构实现前进动作。
同时前、后的两个摄像头能实时观测机器人周围的环境情况，方便工作人员在远端操控；核辐射测量探头用于测量机器人行走过的区域的核辐射量，并且不锈钢架可通过连接片调整在机器人上的位置。与机器人连接的通讯线缆可通过走线筒和滚筒进入小车，通讯线缆绕在滚筒上，方便走线，避免缠绕和阻碍小车行走。
爬壁机器人通过本体把吸附力传递给滚轮，由滚轮的摩擦力提供机器人运动的动力，因此负压吸附力的大小决定了爬壁机器人移动机构的最大输出力矩。在结构设计上，所有滚轮均采用主动轮的方式，可以最大限度的利用有限的负压吸附力，产生的摩擦力都被用来驱动机器人运动，从而提高了机器人的负载能力。滚轮轮由两个电机驱动，通过皮带把运动传动给被动转动的滚轮。
设计中将离心风扇的驱动电机反置于离心风扇的底部，在很大程度上提高了爬壁机器人的机构紧凑性和安全性，驱动电机通过电机连接板连接到外壳体内部。离心风扇被螺帽、加强垫和轴套压紧，与驱动电机的转轴一起旋转，实现排气工作。外壳体底部的设置的密封裙能有效密封整个机器人的底部，离心风扇和真空泵对外壳体的内部进行抽气，大气压力的作用，密封裙被压在工作壁面上，将整个机器人吸附在废液贮的罐外表面。
随着爬壁机器人的运动，密封裙与工作壁面进行摩擦，所以密封裙为易损件，密封裙通过密封布压条和“L”形的连接支架进行固定，螺钉易拆卸，方便更换密封裙，由于海绵、密封布和电木骨架均可承受较大变形而不损坏，当需更换密封裙时，只需把持电木骨架使其弯曲，以露出密封裙连接螺钉，拧下密封裙连接螺钉后，便可对密封裙进行更换；海绵和电木骨架的设计能使密封裙在压力下更好的贴合在工作壁面上，增加了密封效果。
负压传感器用于检测机器人在工作时外壳体内的负压，避免负压过高或过低，负压过高时机器人耗能增加，负压过低时，机器人打滑或坠落；温度传感器用于监测环境温度，电压监测模块用于检测机器人自身电压。
附图说明
图1为辐射测量爬壁机器人内部的立体结构图。
图2为吸附机构的立体结构图。
图3为吸附机构的剖视结构示意图。
图4为密封结构的立体结构图。
图5为密封结构的剖视结构示意图。
图6为推进机构的结构示意图。
图7为外壳体的结构示意图。
其中，1、皮带，2、外壳体，3、滚轮，4、密封结构，5、皮带轮，6、支架，7、线缆接头，8、探头模块，9、摄像头，10、“L”形安装板，11、吸附机构，12、连接板，13、核辐射测量探头，14、不锈钢架，15、线缆夹板，16、滚筒，17、固定板，18、上盖，19、走线筒，20、电木骨架，21、连接支架，22、密封裙，23、海绵，24、压紧螺母，25、上板，26、吸附板，27、真空泵，28、出气口，29、通风口，30、滚轮电机。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图7所示，辐射测量爬壁机器人包括外壳体2，外壳体2的底部开口，外壳体2内设置有推进机构和吸附机构11，外壳体2上相对的两个侧面上通过“L”形安装板10安装有前、后两个摄像头9，外壳体2的侧壁上通过不锈钢架14安装有核辐射测量探头13，不锈钢架14上设置有成“八”字形的连接片，连接片与外壳体2固定连接。
外壳体2上设置有走线机构，走线机构包括固定板17，固定板17上安装有滚筒16，滚筒16的上方设置有线缆夹板15，且线缆夹板15铰接在固定板17上，线缆夹板15的底端设置有若干弧形的凹槽，方便线缆走线；滚筒16的前端设置有走线筒19，走线筒19固定在固定板17上；核辐射测量探头13通过探头模块8与控制器电连接，两个摄像头9与控制器电连接，不锈钢架14和固定板17均穿过外壳体2。
本发明利用爬壁机器人携带核辐射测量探头13，到达贮罐侧壁，通过远程遥控器操作机器人在金属罐体侧壁爬行，到达所需测量位置展开测量，完成封闭式的放射性废液贮罐外表面的辐射水平测量，减少现场作业人员的放射性受照量。使用过程中，利用辅助投放装置将机器人放置在罐体侧壁上，吸附机构11将整个机器人吸附在废液贮罐的外表面，并通过推进机构实现前进动作。
同时前、后的两个摄像头9能实时观测机器人周围的环境情况，方便工作人员在远端操控；核辐射测量探头13用于测量机器人行走过的区域的核辐射量，并且不锈钢架14可通过连接片调整在机器人上的位置。与机器人连接的通讯线缆可通过走线筒19和滚筒16进入小车，通讯线缆绕在滚筒16上，方便走线，避免缠绕和阻碍小车行走。
如图6所示，推进机构包括四个滚轮3，四个滚轮3均通过支架6固定在外壳体2内的顶部，四个滚轮3分别安装在两根转轴的两端，每根转轴上均安装有电机，并且电机的转轴与其中一个滚轮3连接，另一个滚轮3在转轴上转动连接；每个滚轮3上均安装有皮带轮5，两根转轴上同侧的皮带轮5通过皮带1连接。
爬壁机器人通过本体把吸附力传递给滚轮3，滚轮3采用摩擦系数大的软橡胶材质，由滚轮3的摩擦力提供机器人运动的动力，因此负压吸附力的大小决定了爬壁机器人移动机构的最大输出力矩。在结构设计上，所有滚轮3均采用主动轮的方式，可以最大限度的利用有限的负压吸附力，产生的摩擦力都被用来驱动机器人运动，从而提高了机器人的负载能力。滚轮3由两个电机驱动，通过皮带1把运动传动给被动转动的滚轮3。
如图2和图3所示，吸附机构11包括真空泵27，真空泵27内的出气口28伸入外壳体2的底部，真空泵27的进气口与离心风扇连接，离心风扇的与驱动电机的转轴连接，驱动电机通过安装架安装在外壳体2内；真空泵27和驱动电机均与控制器电连接。离心风扇包括上板25，上板25通过压紧螺母24和上盖18固定在驱动电机的转轴上，上板25下方设置有吸附板26，吸附板26与上板25之间通过若干隔板连接，若干隔板之间形成若干扇形的通风口29，通风口29与真空泵27的进气口导通。
设计中将离心风扇的驱动电机反置于离心风扇的底部，在很大程度上提高了爬壁机器人的机构紧凑性和安全性，驱动电机通过电机连接板12连接到外壳体2内部。离心风扇被螺帽、加强垫和轴套压紧，与驱动电机的转轴一起旋转，实现排气工作。外壳体2底部的设置的密封裙22能有效密封整个机器人的底部，离心风扇和真空泵27对外壳体2的内部进行抽气，大气压力的作用，密封裙22被压在工作壁面上，将整个机器人吸附在废液贮的罐外表面。
如图4和图5所示，外壳体2的底部边沿设置有一圈密封结构4，密封结构4包括密封裙22，密封裙22采用降落伞布的材质，密封裙22通过密封布压条和“L”形的连接支架21固定在外壳体2的底部，连接支架21与密封布压条通过固定螺钉连接，密封裙22向外壳体2的底部四周延伸；密封裙22的边沿上包裹有一圈电木骨架20，电木骨架20的底部与密封裙22之间设置有一圈海绵23。
随着爬壁机器人的运动，密封裙22与工作壁面进行摩擦，所以密封裙22为易损件，密封裙通过密封布压条和“L”形的连接支架21进行固定，螺钉易拆卸，方便更换密封裙22，由于海绵23、密封布和电木骨架20均可承受较大变形而不损坏，当需更换密封裙22时，只需把持电木骨架20使其弯曲，以露出密封裙22连接螺钉，拧下密封裙22连接螺钉后，便可对密封裙22进行更换；海绵23和电木骨架20的设计能使密封裙22在压力下更好的贴合在工作壁面上，增加了密封效果。
控制器通过通讯线缆与遥控器连接，通讯线缆穿过走线筒19绕在滚筒16上，遥控器包括操作器和中继器，中继器上设置有无线接收模块，中继器通过通讯电缆与操作器连接；操作器上包括速度档位旋钮、负压档位旋钮、手动行走摇柄、自动行走摇柄和显示屏。外壳体2内设置有负压传感器、温度采集传感器和电压监测模块；负压传感器、温度采集传感器和电压监测模块均与控制器电连接。
控制器采用嵌入式Atmega128芯片，设置无线通讯模块进行信号传输，设置时钟模块提供时钟服务外壳体的上端安装有便于接线的线缆接头7，并且线缆接头7与控制器电连接；负压传感器用于检测机器人在工作时外壳体2内的负压，避免负压过高或过低，负压过高时机器人耗能增加，负压过低时，机器人打滑或坠落；温度传感器用于监测环境温度，电压监测模块用于检测机器人自身电压。

Claims (5)

1.一种辐射测量爬壁机器人，其特征在于，包括外壳体（2），所述外壳体（2）的底部开口，所述外壳体（2）内设置有推进机构和吸附机构（11），所述外壳体（2）上安装有前、后两个摄像头（9），所述外壳体（2）的侧壁上通过不锈钢架（14）安装有核辐射测量探头（13），所述不锈钢架（14）上设置有成“八”字形的连接片，所述连接片与外壳体（2）固定连接；所述外壳体（2）上设置有走线机构，所述走线机构包括固定板（17），所述固定板（17）上安装有滚筒（16），所述滚筒（16）的上方设置有线缆夹板（15），且线缆夹板（15）铰接在固定板（17）上；所述滚筒（16）的前端设置有走线筒（19），所述走线筒（19）固定在固定板（17）上；所述核辐射测量探头（13）通过探头模块（8）与控制器电连接，两个所述摄像头（9）与控制器电连接；
所述推进机构包括四个滚轮（3），四个所述滚轮（3）均通过支架（6）固定在外壳体（2）内，四个所述滚轮（3）分别安装在两根转轴的两端，每根所述转轴上均安装有滚轮电机（30），所述滚轮电机（30）的转轴与其中一个滚轮（3）连接；
每个所述滚轮（3）上均安装有皮带轮（5），两根所述转轴上同侧的皮带轮（5）通过皮带（1）连接；
所述吸附机构（11）包括真空泵（27），所述真空泵（27）内的出气口（28）伸入外壳体（2）的底部，所述真空泵（27）的进气口与离心风扇连接，所述离心风扇与驱动电机的转轴连接；所述真空泵（27）和驱动电机均与控制器电连接；
所述外壳体（2）的底部边沿设置有密封结构（4），所述密封结构（4）包括密封裙（22），所述密封裙（22）的边沿通过密封布压条和“L”形的连接支架（21）固定在外壳体（2）的底部，所述连接支架（21）与密封布压条通过固定螺钉连接，所述密封裙（22）的边沿向外壳体（2）的底部四周延伸。
2.根据权利要求1所述的辐射测量爬壁机器人，其特征在于，所述离心风扇包括上板（25），所述上板（25）通过压紧螺母（24）和上盖（18）固定在驱动电机的转轴上，所述上板（25）下方设置有吸附板（26），所述吸附板（26）与上板（25）之间通过若干隔板连接，若干所述隔板之间形成若干扇形的通风口（29），所述通风口（29）与真空泵（27）的进气口导通。
3.根据权利要求1所述的辐射测量爬壁机器人，其特征在于，所述密封裙（22）的边沿上包裹有一圈电木骨架（20），所述电木骨架（20）的底部与密封裙（22）之间设置有一圈海绵（23）。
4.根据权利要求1所述的辐射测量爬壁机器人，其特征在于，所述控制器通过通讯线缆与遥控器连接，所述通讯线缆穿过走线筒（19）绕在滚筒（16）上，所述遥控器包括操作器和中继器，所述中继器上设置有无线接收模块，所述中继器通过通讯电缆与操作器连接；所述操作器包括速度档位旋钮、负压档位旋钮、手动行走摇柄、自动行走摇柄和显示屏。
5.根据权利要求1所述的辐射测量爬壁机器人，其特征在于，所述外壳体（2）内设置有负压传感器、温度采集传感器和电压监测模块；所述负压传感器、温度采集传感器和电压监测模块均与控制器电连接。
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