CN111347435A - 一种高核辐射环境下移动机器人平台结构 - Google Patents

一种高核辐射环境下移动机器人平台结构 Download PDF

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朱伟林
朱性利
张志义
管朝鹏
廖述圣
王俊涛
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China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd
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Research Institute of Nuclear Power Operation
China Nuclear Power Operation Technology Corp Ltd
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Abstract

本装置属于核设施退役与放射性废物处置领域，具体为一种高核辐射环境下移动机器人平台结构。现有技术依靠机器人进入核岛内部进行应急状况下的处置救援工作，但机器人受到核辐射的影响智能通信以及导航定位均无法正常工作。本装置包括：移动平台车体、移动平台主履带模块、移动平台摆臂履带模块、自动收放线系统。移动平台主履带模块通过前后传动轴安装在移动平台车体左右两端；自动收放线系统安装在移动平台车体尾部；移动平台摆臂履带模块通过前后两根传动轴安装在移动平台主履带模块外侧；移动平台车体内部安装有控制系统屏蔽盒，控制系统屏蔽盒采用迷宫式结构设计，移动平台的控制系统安装在其内部。本发明设备结构简单、可靠性高。

Description

一种高核辐射环境下移动机器人平台结构
技术领域
核设施退役与放射性废物处置以及核应急领域，具体涉及一种高核辐射环境下移动机器人平台结构。
背景技术
在核电站核岛内部高核辐射环境下的运行维护以及应急状况下的处置救援等工作中，由于高核辐射环境的存在，人员无法进入高辐射环境下执行任务，只能依靠机器人执行相应运行维护以及处置工作。核岛内部结构复杂、障碍物较多、机器人在执行任务时需要具备跨越障碍物攀爬楼梯等灵活的移动能力；同时要求机器人不仅具备运载设备及物体的能力，还要求机器人能够搭载多功能机械臂执行异物抓取搬运转移剪拆障碍物、以及开关阀门等多种任务；机器人受到核辐射的影响智能通信以及导航定位均无法正常工作。因此十分有必要设计一种可在高核辐射环境下的核岛内远程遥控的机器人移动平台，具备搭载机械臂以及搬运设备的功能，在核岛内部高核辐射环境下的运行维护以及应急处置工作中发挥作用，维护和保障核设施的安全。
研制的核岛高辐射环境机器人移动平台，克服了核辐射环境下机器人机电设备不受控的困难，在保证核岛复杂环境下灵活移动、搬运设备以及可搭载工具的基础上，满足了设备结构简单、可靠性高等特点。
发明内容
1.目的：
本发明要解决的技术问题是：针对核岛内部高辐射以及障碍物较多等复杂环境特点，设计出一种抗辐射的具备灵活移动能力的机器人移动平台，进行设备搬运以及搭载多功能机械臂执行运行维护以及应急处置工作，解决高辐射环境下人员无法进入以及常规机器人核岛内部高辐射环境下移动能力差和不受控的问题。
2.技术方案：
一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，包括：移动平台车体、移动平台主履带模块、移动平台摆臂履带模块、自动收放线系统。移动平台主履带模块通过前后传动轴安装在移动平台车体左右两端；自动收放线系统安装在移动平台车体尾部；移动平台摆臂履带模块通过前后两根传动轴安装在移动平台主履带模块外侧；所述的移动平台车体内部安装有控制系统屏蔽盒，控制系统屏蔽盒采用迷宫式结构设计，移动平台的控制系统安装在其内部。
移动平台车体包括：箱体外壳、传动系统安装支撑结构、视频系统、移动平台搬运把手；箱体外壳整体为车形，左右端面分上有移动平台主履带模块安装孔及螺栓固定连接孔，前端面预留车体前摄像头安装孔，车体顶面预留设备搬运把手以及多功能机械臂、自动收放线系统和摄像头连接安装孔和电气部件安装孔；传动系统安装支撑结构安装在箱体外壳内部的前后两处；视频系统安装在车体顶面的后部；移动平台搬运把手安装在箱体外壳顶面四个拐角处。
移动平台主履带模块包括驱动电机组件A、传动系统A、驱动轮组件A、从动轮组件A、主履带以及支撑轮组件A；两套传动系统分别与两侧驱动轮连接，驱动主履带运动；驱动轮组件安装在平台箱体上，与传动系统相连；从动轮组件A安装在箱体上，在驱动轮组件A及履带的作用下进行转动；主履带安装在驱动轮与从动轮上，与地面接触；支撑轮组件A安装在箱体上。
移动平台摆臂履带模块包括驱动电机组件B、传动系统B、驱动轮组件B、从动轮组件B、摆臂履带、摆臂侧板以及支撑轮组件B；前后摆臂模块各有一套驱动电机组件B和传动系统B，均固定在箱体内部支撑结构上，摆臂侧板固定安装在驱动轮组件B上，与传动轴固定连接，从动轮组件B安装在两个摆臂侧板之间；支撑轮组件B安装在两个摆臂侧板中间。
自动收放线系统包括：固定支架、卷线筒、自动排线装置、滑刷以及驱动机构；固定支架安装在箱体外壳上；卷线筒安装在支架上，驱动机构与滑刷安装在卷线筒内部，自动排线装置安装在自动收放线系统前侧。
移动平台摆臂履带模块整体为水滴形，两端为两个直径不同的半圆。
移动平台车体还包括两侧挡板，安装在箱体最外两侧。
3.效果
1)本机器人移动平台解决了常规机器人核辐射环境下不能正常工作的问题；
2)本机器人移动平台摆臂式履带爬行机构具备跨越障碍物以及攀爬楼梯的功能，提高了机器人的灵活以及稳定移动能力；
3)本机器人移动平台负载较大，可安装多功能机械臂以及多种设备，满足了核岛内多任务多功能需求的特点；
4)机器人驱动电机及线缆较多，采用控制系统在机器人内部屏蔽的方式，线缆与驱动器板卡安装在机器人内部，该方式避免了控制系统后置带来的线缆过粗的问题，
5)本机器人移动平台搭载抗核辐射摄像头以及自动收放线系统，避免了核环境下机器人通信困难以及线缆缠绕的问题，实现了机器人远程遥控操作，有效的解决了核辐射环境下人员无法进入的问题。
附图说明
图1核岛高辐射环境下移动平台结构正视图
图2核岛高辐射环境下移动平台结构俯视图
图3移动平台车体剖视图
图4移动平台主履带模块剖视图
图5移动平台摆臂履带模块剖视图
图6自动收放线系统结构图
图7自动收放线系统剖视图
图中1、移动平台车体；2、移动平台主履带模块；3、移动平台摆臂履带模块；4、自动收放线系统；5、箱体外壳；6、传动系统安装支撑结构；7、视频系统；8、搬运把手；9、两侧挡板；10、屏蔽盒；11、驱动电机组件A；12、传动系统A；13、驱动轮组件A；14、从动轮组件A；15、主履带；16、支撑轮组件A；17、驱动电机组件B；18、传动系统B；19、驱动轮组件B；20、从动轮组件B；21、摆臂履带；22、摆臂侧板；23、支撑轮组件B；24、固定支架；25、卷线桶；26、自动排线装置；27、滑刷；28、驱动机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本专利进行详细描述：
核岛高辐射环境下移动平台结构设计如图1和2所示，主要包括移动平台车体1、移动平台主履带模块2、移动平台摆臂履带模块3、自动收放线系统4四个部分。平台车体是整个移动平台的安装基础，其组成部件均安装在车体上；平台主履带模块2通过前后传动轴安装在车体左右两端，在传动轴的带动下，实现移动平台的前进、后退以及转弯；平台前后各两个移动平台摆臂履带模块3通过前后两根传动轴安装在车体主履带模块2外侧，在传动轴的带动下实现摆臂履带的上下摆动，进而实现移动平台跨越障碍物、攀爬楼梯等功能，其中前后摆臂履带分别同步摆动，前摆臂履带与后摆臂履带驱动则不同；自动收放线系统4安装在移动平台车体1尾部，随着车体的前进后退进行线缆的收放。
移动平台车体1由箱体外壳5、传动系统安装支撑结构6、视频系统7、移动平台搬运把手8、两侧挡板9以及控制系统屏蔽盒10组成；箱体外壳5左右端面分上预留移动平台主履带系统安装孔及螺栓固定连接孔，前端面预留车体前摄像头安装孔，车体顶面预留设备搬运把手以及多功能机械臂、自动收放线系统和抗核辐射摄像头连接安装孔和电气部件安装孔；传动系统安装支撑结构6安装在箱体内侧对应位置，可进行主履带以及摆臂履带传动系统的安装固定；视频系统7安装在车体顶面的后部，主要有抗核辐射带云台摄像头以及支撑件组成；移动平台搬运把手8安装在箱体外壳5顶面的四个拐角处，两侧挡板9安装在箱体两侧，起到阻碍泥沙等障碍物以及喷涂车标的功能，控制系统屏蔽盒安装在箱体内部，由于机器人电子元器件无法抵抗核辐射，因此设计一个屏蔽盒10将移动平台的控制系统安装在屏蔽盒中，该屏蔽盒主要材料为铅，采用迷宫式设计结构，阻止射线进入内部损坏电子元器件。车体其结构如图3所示。
移动平台主履带模块2由驱动电机组件A11、传动系统A12、驱动轮组件A13；从动轮组件A14、主履带15以及支撑轮组件16组成；移动平台主履带模块2包含两套驱动电机组件A11及传动系统A12，固定在移动平台箱体内部支撑结构上，两套传动系统A12分别与两侧驱动轮组件A13连接，驱动主履带15运动；驱动轮组件A13安装在平台箱体上，与传动系统12相连，从动轮组件A14安装在箱体上，在驱动轮组件A13及履带的作用下进行转动；主履带15安装在驱动轮与从动轮上，与地面接触；支撑轮组件A16安装在箱体上，起到履带张紧与支撑箱体的作用，使得移动平台运动平稳，并且增加移动平台的移动能力，主履带模块结构图如图4所示。
移动平台摆臂履带模块3由驱动电机组件17、传动系统18、驱动轮组件19、从动轮组件20、摆臂履带21、摆臂侧板22以及支撑轮组件23组成；前后摆臂模块各有一套驱动组件B17及传动系统B18，均固定在箱体内部支撑结构上，实现前、后两个摆臂的同步摆动，摆臂侧板22固定安装在驱动轮组件B17上与传动轴固定连接，实现摆臂的摆动，从动轮组件B20安装在两个摆臂侧板22之间，在驱动轮与摆臂履带的带动下运转；支撑轮组件B23安装在两个摆臂侧板22中间，起到履带张紧与支持的作用，摆臂履带模块结构图如图5所示。
自动收放线系统4由固定支架24、卷线筒25、自动排线装置26、滑刷27以及驱动机构28组成；固定支架24安装在平台箱体上，起到固定整个自动收放线系统的左右；卷线筒25安装在支架上，在驱动机构28的带动下对线缆进行收放，驱动机构28与滑刷27安装在卷线筒25内部，驱动机构28起到驱动卷线桶25转动与自动排线装置26移动的作用，滑刷27起到连接自动收放线系统4与移动平台线缆的作用，使得收放线系统与移动平台间的线缆不会受到卷线筒转动的影响，自动收放线系统结构图如图6和7所示。
核岛高辐射环境下机器人移动平台搭载抗核辐射摄像头且具备自动收放线系统，工作人员在安全环境中通过控制手柄远程遥控机器人移动平台进入核岛辐射环境中，抗核辐射视频传感系统将前方环境以及机器人姿态信息实时传递至后台控制系统供操作人员做出控制指令。操作人员通过控制摆臂履带的摆动实现机器人跨越障碍物以及攀爬楼梯；机器人移动平台前后移动时，自动收放线系统根据其前进及后退的速度进行对应的线缆自动收放，避免线缆缠绕的问题；当机器人移动平台需搭载多功能机械臂等设备时，只需通过螺栓将机械臂安装底座与机器人移动平台上预留接口进行对接安装，机械臂电气控制接口可通过快速安装接口进行安装。机器人移动平台在操作人员的控制下可快速高效的实现搬运转移设备以及抓取异物、剪拆障碍物和开关阀门等处置任务。从而解决了人员无法进入核辐射环境的问题，大大提高了核岛高辐射环境下的运行维护以及应急处置效率，保证了核设备的安全运行。

Claims (7)

1.一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，包括：移动平台车体(1)、移动平台主履带模块(2)、移动平台摆臂履带模块(3)、自动收放线系统(4)，其特征在于：所述的移动平台主履带模块(2)通过前后传动轴安装在移动平台车体(1)左右两端；自动收放线系统安装在移动平台车体(1)尾部；移动平台摆臂履带模块(3)通过前后两根传动轴安装在移动平台主履带模块(2)外侧；所述的移动平台车体(1)内部安装有控制系统屏蔽盒(10)，控制系统屏蔽盒(10)采用迷宫式结构设计，移动平台的控制系统安装在其内部。
2.如权利要求1所述的一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，其特征在于：所述的移动平台车体(1)包括：箱体外壳(5)、传动系统安装支撑结构(6)、视频系统(7)、移动平台搬运把手(8)；箱体外壳(5)整体为车形，左右端面分上有移动平台主履带模块(2)安装孔及螺栓固定连接孔，前端面预留车体前摄像头安装孔，车体顶面预留设备搬运把手(8)以及多功能机械臂、自动收放线系统(4)和摄像头连接安装孔和电气部件安装孔；传动系统安装支撑结构(6)安装在箱体外壳(5)内部的前后两处；视频系统(7)安装在车体顶面的后部；移动平台搬运把手(8)安装在箱体外壳(5)顶面四个拐角处。
3.如权利要求1所述的一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，其特征在于：所述的移动平台主履带模块(2)包括驱动电机组件A(11)、传动系统A(12)、驱动轮组件A(13)、从动轮组件A(14)、主履带(15)以及支撑轮组件A(16)；两套传动系统(12)分别与两侧驱动轮连接，驱动主履带(15)运动；驱动轮组件(13)安装在平台箱体上，与传动系统(12)相连；从动轮组件A(14)安装在箱体上，在驱动轮组件A(13)及履带的作用下进行转动；主履带(15)安装在驱动轮与从动轮上，与地面接触；支撑轮组件A(16)安装在箱体上。
4.如权利要求1所述的一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，其特征在于：所述的移动平台摆臂履带模块(3)包括驱动电机组件B(17)、传动系统B(18)、驱动轮组件B(19)、从动轮组件B(20)、摆臂履带(21)、摆臂侧板(22)以及支撑轮组件B(23)；前后摆臂模块各有一套驱动电机组件B(17)和传动系统B(18)，均固定在箱体内部支撑结构上，摆臂侧板(22)固定安装在驱动轮组件B(17)上，与传动轴固定连接，从动轮组件B(20)安装在两个摆臂侧板(22)之间，摆臂履带(21)覆盖在摆臂侧板(22)之间；支撑轮组件B(23)安装在两个摆臂侧板(22)中间。
5.如权利要求1所述的一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，其特征在于：所述的自动收放线系统(4)包括：固定支架(24)、卷线筒(25)、自动排线装置(26)、滑刷(27)以及驱动机构(28)；固定支架(24)安装在箱体外壳(5)上；卷线筒(25)安装在支架上，驱动机构(28)与滑刷(27)安装在卷线筒(25)内部，自动排线装置(26)安装在自动收放线系统(4)前侧。
6.如权利要求1所述的一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，其特征在于：所述的移动平台摆臂履带模块(3)整体形状为水滴形，两端为两个直径不同的半圆。
7.如权利要求1所述的一种高核辐射环境下移动机器人平台结构，其特征在于：所述的移动平台车体(1)还包括两侧挡板(9)，安装在箱体最外两侧。
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