CN111390920A - 适用于核动力船舶的子母体堆舱机器人 - Google Patents

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张鹏飞
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Abstract

本发明公开了一种适用于核动力船舶的子母体堆舱机器人，属于机器人技术领域，包括：母体机器人，母体机器人包括：控制中枢区、中型子体机器人区、小型子体机器人区、微型无人机区及工装具区；母体机器人的移动区域为堆舱主通道，对堆舱内大型设备及管道进行作业，中型子体机器人区、小型子体机器人区及微型无人机区根据舱内不同区域和不同类型的设备设置不同类型的子体机器人，工装具区中放置工装具；控制中枢区，用于根据船舶动力集控室下发的操作指令控制中型子体机器人区、小型子体机器人区及微型无人机区中的子体机器人进入各自对应的区域进行作业。通过本发明可以实现堆舱等狭小空间内设备计划维修、应急抢修、在役检查及视频监测等功能。

Description

适用于核动力船舶的子母体堆舱机器人
技术领域
本发明属于机器人技术领域，更具体地，涉及一种用于对大型核动力船舶堆舱进行维保的子母体机器人。
背景技术
核动力船舶堆舱维保作业面临一系列问题：工作人员进入堆舱内进行维修保养受到辐射照射；堆舱内维修可达性较差；事故下进入堆舱开展应急抢修作业较为困难等，因此迫切需要研发出一种适用于核动力船舶复杂堆舱环境的机器人系统。目前国内外已针对核电站机器人开展了不同程度的研究：2011年福岛核事故后，美国、瑞典和日本均先后派遣机器人抵达核电站实施救援工作，最大续航时间可达到4-6小时；国内以中科院光电所为例，从2014年起就开始与大亚湾核电站开展联合研发，一套能应用于高辐射区域侦查救援的“应急机器人”已于2016年底亮相。然而，船舶环境与核电站存在较大差异，空间资源更加紧张、舱内环境更加恶劣、系统运行工况更加复杂。因此必须需要结合核动力船舶堆舱特点及检修需求，设计一种适用于核动力船舶的堆舱维保机器人，解决人员剂量辐照、维修可达性差、应急抢修困难等问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种适用于核动力船舶的子母体堆舱机器人，由此解决工作人员进入堆舱受辐射、舱内维修可达性差以及应急抢修困难等的技术问题，实现堆舱等狭小空间内设备计划维修、应急抢修、在役检查及视频监测等功能。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于核动力船舶的子母体堆舱机器人，包括：母体机器人及若干不同类型的子体机器人；
所述母体机器人内部包括：控制中枢区、中型子体机器人区、小型子体机器人区、微型无人机区及工装具区；
所述母体机器人的移动区域为堆舱主通道，用于对堆舱内大型设备及管道进行作业，所述中型子体机器人区、所述小型子体机器人区及所述微型无人机区中根据舱内不同区域和不同类型的设备设置不同类型的子体机器人，所述工装具区中放置工装具；
所述控制中枢区，用于与船舶动力集控室进行人机交互，根据所述船舶动力集控室下发的操作指令控制所述中型子体机器人区、所述小型子体机器人区及所述微型无人机区中的子体机器人进入各自对应的区域进行作业。
优选地，所述中型子体机器人区中放置有若干个中型子体机器人，所述小型子体机器人区中放置有若干个小型子体机器人，所述微型无人机区中放置有若干个微型无人机。
优选地，所述控制中枢区包括：通讯模块、控制模块、计算机处理模块、记忆与存储模块及能源模块；
所述通讯模块用于实现舱外主控室与所述母体机器人之间以及所述母体机器人与各子体机器人之间的实时通讯；
所述控制模块用于实现所述母体机器人对舱内作业的各子体机器人的控制；
所述计算机处理模块用于处理所述母体机器人以及各子体机器人从舱内获取的各种信息及数据，从而确定应派出哪种类型机器人进行作业；
所述记忆与存储模块用于存储所述母体机器人与各子体机器人在所有巡检工况中形成的信息与数据，以为机器人行为的优化及智能学习提供数据支撑；
所述能源模块用于实现对舱内机器人及各类模块提供电能保障。
优选地，所述堆舱机器人还用于与船舶综合保障管理平台连接，以接收所述综合保障管理平台向所述堆舱机器人发送的维修规程，以由母体机器人及各子体机器人参照所述维修规程进行作业，并在作业完成后由所述堆舱机器人向所述综合保障管理平台实时反馈维修数据。
优选地，所述记忆与存储模块与船舶综合保障管理平台连接，以将存储的数据向所述船舶综合保障管理平台发送。
所述母体机器人上装有探测装置，所述探测装置用于实现对舱内环境的探测。
优选地，所述中型子体机器人，用于对舱内中型设备进行维修作业，所述小型子体机器人，用于对舱内小型设备进行维修作业，所述微型无人机，用于舱内无死角飞行探测任务。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)提出适用于核动力船舶堆舱高温高湿、高辐照等复杂环境的维保机器人，实现堆舱无人化，避免工作人员“吃剂量”；
(2)设计子母体机器人构型，实现多种机器人的集成化，解决舱内空间资源紧张的问题；
(3)针对舱内不同区域、不同类型的设备设定不同类型的机器人，实现舱内维保作业立体化及有序化；
(4)采用无线通讯方式，实现船舶动力集控室与母体机器人之间的人机交互；
(5)在事故情况下，针对更加紧迫的抢修需求，母体与子体可协同作业，母体机器人作为舱内的集控中枢，指挥与控制子体机器人开展抢修；
(6)堆舱机器人系统与船舶综合保障管理平台实现有效对接，综合保障管理平台向机器人提供维修规程，机器人向综合保障管理平台实时反馈维修数据；
(7)机器人可解决堆舱内监控盲区或死角问题；
(8)通过子母体机器人的集成式设计构型，可实现舱内设备或管道维修作业的全覆盖。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种堆舱子母体维保机器人的示意图；
图2是本发明实施例提供的一种核动力船舶典型堆舱应用场景示意图；
图3是本发明实施例提供的一种堆舱子母体维保机器人作业流程图；
图4是本发明实施例提供的一种微型无人机飞行探测示意图；
图5是本发明实施例提供的一种母体机器人维修作业示意图；
图6是本发明实施例提供的一种中小型子体机器人维修作业示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提出了一种适用于核动力船舶环境的堆舱子母体机器人。机器人设计成子母体形式：母体机器人作为舱内维保作业的“基地”，接受来自集控室指令；子体机器人根据舱内维保对象进行类型与功能区分。母体与子体机器人协同作业，满足堆舱内不同尺寸、不同类型设备的维保需求，具备全景监测、计划维修、应急抢修、探测取样、定期保养及去污作业等多种功能，有效解决工作人员受辐照、舱内维修可达性差及应急抢修困难等问题。
图1所示为本发明实施例提供的一种堆舱子母体维保机器人的结构示意图，图1所示的形状轮廓及布置方式仅是本发明的一种可选的实施方式，还可以采用其它形状轮廓及布置方式，本发明实施例不做唯一性限定。
在图1中，母体机器人外轮廓为圆筒形，最大尺寸与核动力船舶堆舱内主通道尺寸相当。母体机器人外部部件构成为：上部装有探测装置，实现对舱内环境(如声音、图像、温度及辐射等)的探测，中上部装有机械手臂，下部为履带式底盘机构。母体机器人内部划分为五个区域，自顶部往下依次是：区域一：控制中枢区；区域二：中型子体机器人区；区域三：小型子体机器人区；区域四：微型无人机区；区域五：工装具区。
母体机器人移动区域为堆舱主通道，无需攀爬楼梯，作业对象为主泵、蒸汽发生器及主管道等堆舱内大型设备及管道，通过可伸缩机械手臂完成作业任务。
母体机器人内部控制中枢区为机器人的“大脑”，具有通讯与控制功能，配置通讯模块、控制模块、计算机处理模块、记忆与存储模块及能源模块等；
通讯模块用于实现舱外主控室(含综合保障管理平台)与母体机器人之间、母体机器人与子体机器人之间的实时通讯；
控制模块在通讯模块的基础上，实现母体机器人对舱内子体机器人行为与动作的控制；
计算机处理模块用于对母体机器人、子体机器人从舱内获取的声音、图像、温度、辐射等各种信息进行数据处理，从而确定应派出哪种类型机器人进行作业；
记忆与存储模块用于存储计算机处理模块形成的各类数据，存储的数据可为机器人行为的优化及智能学习提供数据支撑；
能源模块用于实现对舱内机器人及各类模块提供电能保障。
母体内部区域二及区域三分别放置中型、小型子体机器人，母体在收到关于舱内中型、小型设备维修作业的任务后，由控制模块实现母体对中型、小型子体机器人的释放，作业过程中母体与子体以无线的方式进行通信，中小型机器人以地面行走为主，具备爬楼梯、跨越障碍物等能力，主要作业对象为堆舱内泵类、阀类、箱类、换热器及离子交换器等中小型设备。中小机器人考虑通过设置四足或六足的形式保障充足的越障能力。
母体内部区域四存放微型无人机，可空中飞行或壁面吸附。母体在收到关于舱内无死角飞行探测的任务后，由控制模块实现母体对微型无人机的释放，对堆舱内目标区域进行探测、摄像，解决堆舱视频监控系统视线盲区和死角问题。
母体内部区域五存放专用工装具，主要供给船上工作人员使用，包括常规及涉核的典型维修工具，可应对计划修理、非计划修理任务及应急抢修等各类情况。
图2所示展示了核动力船舶典型堆舱应用场景，一般根据操作维修的需求，堆舱内需要进行分层，机器人从舱外进入堆舱后仅停留于某一层，作为维保作业的中心层。
图3所示展示了堆舱子母体维保机器人作业流程。母体机器人通过无线通信方式，接收到来自集控室里的指令后，派出微型无人机对堆舱内整个环境进行一遍探测，之后对舱内环境信息(声音、图像、温度及辐射等)进行判断，由通讯模块与计算机处理模块协助母体作出决策，以确定应派出哪种类型的机器人。根据维保作业对象的不同，或由母体本身直接进行作业，或由母体释放出子体机器人进行作业，或派出微型无人机进行作业。当舱内环境复杂化，尤其作业难度加大时，母体机器人可与子体机器人协同开展作业。机器人作业完成之后，向舱外主控室内的综合保障管理平台传输反馈最新数据。
如图4所示为微型无人机飞行探测示意图，图5所示为母体机器人通过机械手臂伸缩至堆舱下层区域开展作业示意图。图6所示为子体机器人由母体释放后开展作业示意图。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于核动力船舶的子母体堆舱机器人，其特征在于，包括：母体机器人及若干不同类型的子体机器人；
所述母体机器人内部包括：控制中枢区、中型子体机器人区、小型子体机器人区、微型无人机区及工装具区；
所述母体机器人的移动区域为堆舱主通道，用于对堆舱内大型设备及管道进行作业，所述中型子体机器人区、所述小型子体机器人区及所述微型无人机区中根据舱内不同区域和不同类型的设备设置不同类型的子体机器人，所述工装具区中放置工装具；
所述控制中枢区，用于与船舶动力集控室进行人机交互，根据所述船舶动力集控室下发的操作指令控制所述中型子体机器人区、所述小型子体机器人区及所述微型无人机区中的子体机器人进入各自对应的区域进行作业。
2.根据权利要求1所述的子母体堆舱机器人，其特征在于，所述中型子体机器人区中放置有若干个中型子体机器人，所述小型子体机器人区中放置有若干个小型子体机器人，所述微型无人机区中放置有若干个微型无人机。
3.根据权利要求1所述的子母体堆舱机器人，其特征在于，所述控制中枢区包括：通讯模块、控制模块、计算机处理模块、记忆与存储模块及能源模块；
所述通讯模块用于实现舱外主控室与所述母体机器人之间以及所述母体机器人与各子体机器人之间的无线实时通讯；
所述控制模块用于实现所述母体机器人对舱内作业的各子体机器人的控制；
所述计算机处理模块用于处理所述母体机器人以及各子体机器人从舱内获取的各种信息及数据，从而确定应派出哪种类型机器人进行作业；
所述记忆与存储模块用于存储所述母体机器人与各子体机器人在所有巡检工况中形成的信息与数据，以为机器人行为的优化及智能学习提供数据支撑；
所述能源模块用于实现对舱内机器人及各类模块提供电能保障。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的子母体堆舱机器人，其特征在于，所述堆舱机器人还用于与船舶综合保障管理平台连接，以接收所述综合保障管理平台向所述堆舱机器人发送的维修规程，以由母体机器人及各子体机器人参照所述维修规程进行作业，并在作业完成后由所述堆舱机器人向所述综合保障管理平台实时反馈维修数据。
5.根据权利要求3所述的子母体堆舱机器人，其特征在于，所述记忆与存储模块与船舶综合保障管理平台连接，以将存储的数据向所述船舶综合保障管理平台发送。
6.根据权利要求1所述的子母体堆舱机器人，其特征在于，所述母体机器人上装有探测装置，所述探测装置用于实现对舱内环境的探测。
7.根据权利要求4所述的子母体堆舱机器人，其特征在于，所述中型子体机器人，用于对舱内中型设备进行维修作业，所述小型子体机器人，用于对舱内小型设备进行维修作业，所述微型无人机，用于舱内无死角飞行探测任务。
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