CN112882470A - 一种核电站试验机器人及试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电站试验机器人及试验方法，包括：中央控制模块，与中央控制模块连接的环境感知模块、位姿位置确定模块、以及执行模块；环境感知模块用于获取试验机器人的环境监测数据并发送给中央控制模块，中央控制模块接收环境监测数据并对环境监测数据进行处理获得试验机器人的环境信息；位姿位置确定模块用于获取试验机器人的航迹数据并发送给中央控制模块，中央控制模块接收航迹数据并对航迹数据进行处理获得试验机器人的位置信息和姿态信息；执行模块用于根据中央控制模块输出的控制指令执行动作，并向中央控制模块返回动作信息。本发明的试验机器人可代替人工进行高辐射的中子源试验，避免辐射对人体的伤害，试验效率和安全性高。
Description
技术领域
本发明涉及核电站探测器测试的技术领域，更具体地说，涉及一种核电站试验机器人及试验方法。
背景技术
核电站调试期间核仪表需要使用中子源对探测器进行定性测试与验证，该实验具有高辐射且试验空间有限。从业人员在进行该项试验时，往往因为空间有限等环境因素而操作不便，导致试验效率较低。
现有技术中，核电站进行中子源试验时，主要依靠人工将中子源携带进核反应堆并固定在对应的探测器附近，由于该项试验的高辐射性，长期下来对从业人员的身体状况造成不可估测的伤害。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种核电站试验机器人及试验方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核电站试验机器人，包括：中央控制模块，与所述中央控制模块连接的环境感知模块、位姿位置确定模块、以及执行模块；
所述环境感知模块用于获取所述试验机器人的环境监测数据并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块接收所述环境监测数据并对所述环境监测数据进行处理获得所述试验机器人的环境信息；
所述位姿位置确定模块用于获取所述试验机器人的航迹数据并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块接收所述航迹数据并对所述航迹数据进行处理获得所述试验机器人的位置信息和姿态信息；
所述执行模块用于根据所述中央控制模块输出的控制指令执行动作，并向所述中央控制模块返回动作信息。
其中，还包括：与所述中央控制模块连接的网络通信模块；
所述网络通信模块用于供所述中央控制模块与外部终端进行通信及信息交互。
其中，还包括：用于搬运试验材料的协作机械臂。
其中，所述环境感知模块包括：激光雷达、监控摄像头、超声波传感器、红外传感器、以及视觉传感器；
所述激光雷达用于获取所述试验机器人周围的激光雷达信息；
所述监控摄像头用于获取所述试验机器人周围的图像信息；
所述超声波传感器用于获取所述试验机器人周围的超声波信息；
所述红外传感器用于获取所述试验机器人周围的红外信息；
所述视觉传感器用于获取所述试验机器人周围的视觉信息。
其中，所述位姿位置确定模块包括：惯性导航模块、编码器、以及航迹推算模块；
所述惯性导航模块用于对所述试验机器人进行导航并输出导航数据至所述航迹推算模块；
所述编码器用于输出编码器数据至所述航迹推算模块；
所述航迹推算模块用于根据所述导航数据和所述编码器数据进行航迹推算并输出所述航迹数据至所述中央控制模块。
其中，所述执行模块包括：驱动模块和刹车模块；
所述驱动模块用于根据所述中央控制模块的控制命令执行驱动动作，并返回驱动数据给所述中央控制模块；
所述刹车模块用于根据所述中央控制模块的控制命令执行刹车动作，并返回刹车数据给所述中央控制模块。
其中，还包括：动力电源单元；
所述动力电源单元用于向所述试验机器人提供电能。
其中，所述动力电源单元包括：动力电池和电源管理模块；
所述动力电池用于输出电能；
所述电源管理模块用于根据所述试验机器人进行电能分配和管理。
其中，还包括：运动底盘、设置在所述运动底盘顶部的急停开关、设置在所述运动底盘顶部的状态指示模块、设置在所述运动底盘底部的驱动装置。
其中，所述驱动装置包括：差分驱动轮和万向轮。
本发明还提供一种核电站试验机器人的试验方法，包括：
创建地图；
在所述地图上设定试验站点；
在所述地图上标记障碍物；
基于完成障碍物标记后的地图进行试验路径规划，获得规划路径；
试验机器人根据所述规划路径执行试验。
其中，所述创建地图包括：
在首次试验开始前，通过所述试验机器人获取试验基地现场的环境信息；
根据所述环境信息创建地图。
其中，所述在所述地图上设定试验站点包括：
获取试验基地中实际测试设备的位置信息；
根据所述实际测试设备的位置信息，结合所述试验机器人的作业能力，确定所述试验机器人的停靠站点；
在所述地图上标记所述停靠站点；标记在所述地图上的停靠站点为所述试验站点。
其中，所述停靠站点为虚拟站点；
所述虚拟站点包括坐标信息和所述试验机器人的位置信息和姿态信息。
其中，所述在所述地图上标记障碍物包括：
获取试验基地内的设备信息和障碍物信息；
根据所述设备信息和障碍物信息进行分类标记；
根据分类标记结果进行障碍物标记。
其中，所述根据分类标记结果进行障碍物标记包括：
若所述障碍物为第一类障碍物，则根据第一类障碍物的大小进行外切圆标记；
若所述障碍物为第二类障碍物，则根据第二类障碍物的大小或形状进行椭圆或者类圆外切标记。
其中，所述基于完成障碍物标记后的地图进行试验路径规划，获得规划路径包括：
基于完成障碍物标记后的地图，采用道路中间行走原则进行试验路径规划，获得所述规划路径。
其中，还包括：
在执行完试验后，所述试验机器人按照返回路径返回测试起点。
其中，所述返回路径采用道路中间行走原则进行规划，且在所述返回路径中，所述试验机器人不经过所述试验站点。
实施本发明的核电站试验机器人及试验方法，具有以下有益效果：包括：中央控制模块，与中央控制模块连接的环境感知模块、位姿位置确定模块、以及执行模块；环境感知模块用于获取试验机器人的环境监测数据并发送给中央控制模块，中央控制模块接收环境监测数据并对环境监测数据进行处理获得试验机器人的环境信息；位姿位置确定模块用于获取试验机器人的航迹数据并发送给中央控制模块，中央控制模块接收航迹数据并对航迹数据进行处理获得试验机器人的位置信息和姿态信息；执行模块用于根据中央控制模块输出的控制指令执行动作，并向中央控制模块返回动作信息。本发明的试验机器人可代替人工进行高辐射的中子源试验，避免辐射对人体的伤害，试验效率和安全性高。
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是本发明实施例提供的核电站试验机器人的原理框图；
图2是本发明实施例提供的核电站试验机器人的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的核电站试验机器人的试验方法的流程示意图；
图4是本发明实施例提供的核电站试验机器人的试验路径示意图。
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。
为了解决目前核电站调试期间核仪表需要使用中子源对探测器进行定性测试与验证，从业人员在进行试验时受到高辐射性伤害的问题，本发明提供了一种核电站试验机器人，该试验机器人不仅能减轻核电站从业人员的受伤害概率和劳动强度，更能代替人工操作，使核电站核仪表中子源试验相关工作更加高效和合理化，避免从业人员受辐射。
具体的，参考图1，图1为本发明实施例提供的一种核电站试验机器人的原理框图。
如图1所示，该核电站试验机器人包括：中央控制模块11，与中央控制模块11连接的环境感知模块12、位姿位置确定模块13、以及执行模块15。
其中，环境感知模块12用于获取试验机器人的环境监测数据并发送给中央控制模块11，中央控制模块11接收环境监测数据并对环境监测数据进行处理获得试验机器人的环境信息。位姿位置确定模块13用于获取试验机器人的航迹数据并发送给中央控制模块11，中央控制模块11接收航迹数据并对航迹数据进行处理获得试验机器人的位置信息和姿态信息。执行模块15用于根据中央控制模块11输出的控制指令执行动作，并向中央控制模块11返回动作信息。
一些实施例中，该核电站试验机器人还包括：与中央控制模块11连接的网络通信模块14。该网络通信模块14用于供中央控制模块11与外部终端进行通信及信息交互。可选的，该网络通信模块14包括但不限于WIFI模块、4G模块、5G模块、蓝牙模块等。
一些实施例中，该核电站试验机器人还包括：用于搬运试验材料的协作机械臂17。具体的，该协作机械臂17可用于辅助试验机器人将试验原材料搬运至指定地点进行试验，从而达到不需要人工搬运的目的。进一步地，通过采用该协作机械臂17，还可有利于在该试验机器人意外与环境碰撞时及时急停，保护试验安全，同时也保证了试验机器人在试验过程的安全。
一些实施例中，该环境感知模块12包括：激光雷达121、监控摄像头122、超声波传感器124、红外传感器125、以及视觉传感器123。
其中，激光雷达121用于获取试验机器人周围的激光雷达121信息(激光数据)。监控摄像头122用于获取试验机器人周围的图像信息(图像数据)。超声波传感器124用于获取试验机器人周围的超声波信息(回波数据)。红外传感器125用于获取试验机器人周围的红外信息(红外数据)。视觉传感器123用于获取试验机器人周围的视觉信息(点云数据)。该图像信息、超声波信息、红外信息、视觉信息形成了试验机器人的环境信息。其中，该视觉传感器123可以为与该监控摄像头122不同类型的摄像装置，该摄像装置视角范围、分辨率、以及深度高于该监控摄像头122。进一步地，该视觉传感器123与该监控摄像头122可分别设置在该试验机器人的不同位置。例如，该监控摄像头122可以设置在该试验机器人的前进方向上，该视觉传感器123可以设置在该试验机器人的后方、侧面、顶部、以及协作机械臂17处等。可选的，该视觉传感器123可包括多个。
一些实施例中，该位姿位置确定模块13包括：惯性导航模块131、编码器132、以及航迹推算模块133。
该惯性导航模块131用于对试验机器人进行导航并输出导航数据至航迹推算模块133。编码器132用于输出编码器数据至航迹推算模块133。航迹推算模块133用于根据导航数据和编码器数据进行航迹推算并输出航迹数据至中央控制模块11。通过将惯性导航模块131的导航数据和编码器数据融合，可提高试验机器人的定位精度。
一些实施例中，该执行模块15包括：驱动模块151和刹车模块152。
其中，该驱动模块151用于根据中央控制模块11的控制命令执行驱动动作，并返回驱动数据给中央控制模块11。该刹车模块152用于根据中央控制模块11的控制命令执行刹车动作，并返回刹车数据给中央控制模块11。通过该驱动模块151和刹车模块152可保证机器人转向、刹车、加速行驶、减速行驶的高准确度控制。
一些实施例中，该核电站试验机器人还包括：动力电源单元16。
其中，该动力电源单元16用于向试验机器人提供电能。
可选的，该动力电源单元16包括：动力电池161和电源管理模块162。动力电池161用于输出电能；该电源管理模块162用于根据试验机器人进行电能分配和管理。
如图1所示，动力电池161产生电能，该电能传送至电源管理模块162，由电源管理模块162向该试验机器人的各个功能模块(包括但不限于位姿位置确定模块13、环境感知模块12、网络通信模块14、执行模块15、协作机械臂17等)分配。
如图1所示，中央控制模块11向各个功能模块(位姿位置确定模块13、环境感知模块12、执行模块15、协作机械臂17)发送控制指令或者控制命令以实现对各个功能模块的控制和管理，如对环境感知模块12采集的环境信息进行处理，获得试验机器人的环境信息，实现对试验机器人周围环境的高精度感知；对位姿位置确定模块13返回的航迹推算数据进行计算处理，推算出试验机器人的位置信息、姿态信息等；对刹车模块152、驱动模块151进行驱动控制，以控制试验机器人的动作；以及通过网络通信模块14实现试验机器人与外部终端(如远程终端、服务器、管理终端)进行网络通信、信息交互、数据交互等。
在一些实施例中，如图2所示，为本发明实施例提供的核电站试验机器人的结构示意图。
如图2所示，该试验机器人还包括：运动底盘18、设置在运动底盘18顶部的急停开关19、设置在运动底盘18顶部的状态指示模块20、设置在运动底盘18底部的驱动装置。其中，该运动底盘18可起支撑和运转的作用。
可选的，该驱动装置包括：差分驱动轮21和万向轮22。其中，该差分驱动轮21可实现该试验机器人的灵活运动与原地转向，该万向轮22可实现该试验机器人的原地转弯，以辅助该差分驱动轮21的运作，从而保证该试验机器人的顺畅运转。其中，该差分驱动轮21由驱动模块151和刹车模块152提供驱动信号和刹车信号，该万向轮22由驱动模块151提供驱动信号。
可选的，该急停开关19包括但不限于设置在该试验机器人上的急停开关19、或者设置在远程终端上的急停开关19等。其中，设置在该试验机器人上的急停开关19可由中央控制模块11控制，也可由人为控制，例如，当该试验机器人出现紧急事故时，可由中央控制模块11输出控制指令控制急停开关19动作(或者由工作人员按下急停开关19)，以达到紧急关停该试验机器人的目的。
可选的，该状态指示模块20包括但不限于指示灯、蜂鸣器、喇叭等。当该试验机器人出现故障时，中央控制模块11即控制该状态指示模块20输出状态指示信号(如指示灯亮、闪烁、蜂鸣器或者喇叭响等)，以达到故障报警的目的。
如图2所示，监控摄像头122和视觉传感器123均可设置在运动底盘18的顶部，激光雷达121超声波传感器124设置在运动底盘18的侧面且靠近运动底盘18的底部，红外传感器125设置在运动底盘18的正面(即该试验机器人前进的方向)。中央控制模块11、网络通信模块14、位姿位置确定模块13、刹车模块152、以及驱动模块151均可设置在运动底盘18中。
本发明实施例的核电站试验机器人可自主感知环境信息、与外界通信、处理环境监测数据、自主执行试验任务、以及与外界交互，实现了试验机器人代替人工进行高辐射性中子源试验，同时也保证了试验机器人在试验过程中的安全。
参考图3，图3为本发明实施例提供的核电站试验机器人的试验方法，该核电站试验机器人的试验方法可以通过本发明实施例公开的核电站试验机器人实现。
如图3所示，该核电站试验机器人的试验方法包括：
步骤S301、创建地图。
一些实施例中，创建地图包括：在首次试验开始前，通过试验机器人获取试验基地现场的环境信息；根据环境信息创建地图。具体的，在首次试验开始前，通过试验机器人的感知模块获取到试验基地现场的环境监测数据，并由中央控制模块11进行计算处理后，得到试验基地现场的环境信息，并将所获得的试验基地现场的环境信息通过网络通信模块14发送至远程终端，由远程终端基于试验基地现场的环境信息创建地图，该地图为高精度地图。
步骤S302、在地图上设定试验站点。
一些实施例中，在地图上设定试验站点包括：获取试验基地中实际测试设备的位置信息；根据实际测试设备的位置信息，结合试验机器人的作业能力，确定试验机器人的停靠站点；在地图上标记停靠站点；标记在地图上的停靠站点为试验站点。其中，该停靠站点为虚拟站点。可选的，该虚拟站点包括坐标信息和试验机器人的位置信息和姿态信息。
具体的，在完成地图创建后，每次试验前，可由工作人员根据实际测试设备的位置，结合机器人的作业覆盖能力，确定每个测试点(每个测试设备所在位置(如图4中的试验点A、试验点B、试验点C、试验点D所示))的试验机器人停靠站点(如图4中的a1、a2、a3、a4所示)，其中，该停靠站点为虚拟站点，可在高精地图上设定，以使试验机器人可精准停靠，而在试验基地现场不需物理标记。
步骤S303、在地图上标记障碍物。
一些实施例中，在地图上标记障碍物包括：获取试验基地内的设备信息和障碍物信息；根据设备信息和障碍物信息进行分类标记；根据分类标记结果进行障碍物标记。
其中，根据分类标记结果进行障碍物标记包括：若障碍物为第一类障碍物，则根据第一类障碍物的大小进行外切圆标记；若障碍物为第二类障碍物，则根据第二类障碍物的大小或形状进行椭圆或者类圆外切标记。
可选的，第一类障碍物可以为底下凸起脚钉等小型障碍物，对于此类障碍物，在高精地图上根据障碍物的物体大小进行外切圆标记，如图4所示。在行走时，试验机器人在满足行走安全情况下避开该类障碍物，当其他路径无法保证安全时可减速缓慢越过该类障碍物。
可选的，第二类障碍物包括但不限于道路边缘、设备、试验设备等固定类障碍物或危险路边沿。对于该类障碍物可在高精地图上根据障碍物的物体大小或者形状进行椭圆或者类圆形外切标记。对于该类障碍物，试验机器人在行走时不能触碰，需提前避让。进一步地，对于道路边缘，为了保证试验机器人行驶的绝对安全，可基于高精地图的实际道路边缘向道路中间偏移设定值，其中，在偏移设定值内为安全距离。
步骤S304、基于完成障碍物标记后的地图进行试验路径规划，获得规划路径。
一些实施例中，基于完成障碍物标记后的地图进行试验路径规划，获得规划路径包括：基于完成障碍物标记后的地图，采用道路中间行走原则进行试验路径规划，获得规划路径。
具体的，如图4所示，除了在试验点A、试验点B、试验点C和试验点D这4个试验点试验机器人必须经过或停靠在指定停靠眯内，其他时段的路径，机器人均行走在可通行区域的中间区域，保证机器人行走的绝对安全，不与环境发生碰撞，保证试验过程的绝对安全。
步骤S305、试验机器人根据规划路径执行试验。
进一步地，一些实施例中，在执行完试验后，试验机器人按照返回路径返回测试起点。
可选的，返回路径采用道路中间行走原则进行规划，且在返回路径中，试验机器人不经过试验站点。
如图4所示，在执行完试验后，试验机器人在返回测试起点过程中，试验机器人不需停靠在点A、试验点B、试验点C和试验点D这4个试验点，因此，在进行返回路径规划时，返回路径中不需要设置经过这4个试验点，同时，为了保证试验机器人行走安全，采用道路中间行走原则规划返回路径。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (19)
1.一种核电站试验机器人，其特征在于，包括：中央控制模块，与所述中央控制模块连接的环境感知模块、位姿位置确定模块、以及执行模块；
所述环境感知模块用于获取所述试验机器人的环境监测数据并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块接收所述环境监测数据并对所述环境监测数据进行处理获得所述试验机器人的环境信息；
所述位姿位置确定模块用于获取所述试验机器人的航迹数据并发送给所述中央控制模块，所述中央控制模块接收所述航迹数据并对所述航迹数据进行处理获得所述试验机器人的位置信息和姿态信息；
所述执行模块用于根据所述中央控制模块输出的控制指令执行动作，并向所述中央控制模块返回动作信息。
2.根据权利要求1所述的核电站试验机器人，其特征在于，还包括：与所述中央控制模块连接的网络通信模块；
所述网络通信模块用于供所述中央控制模块与外部终端进行通信及信息交互。
3.根据权利要求1所述的核电站试验机器人，其特征在于，还包括：用于搬运试验材料的协作机械臂。
4.根据权利要求1所述的核电站试验机器人，其特征在于，所述环境感知模块包括：激光雷达、监控摄像头、超声波传感器、红外传感器、以及视觉传感器；
所述激光雷达用于获取所述试验机器人周围的激光雷达信息；
所述监控摄像头用于获取所述试验机器人周围的图像信息；
所述超声波传感器用于获取所述试验机器人周围的超声波信息；
所述红外传感器用于获取所述试验机器人周围的红外信息；
所述视觉传感器用于获取所述试验机器人周围的视觉信息。
5.根据权利要求1所述的核电站试验机器人，其特征在于，所述位姿位置确定模块包括：惯性导航模块、编码器、以及航迹推算模块；
所述惯性导航模块用于对所述试验机器人进行导航并输出导航数据至所述航迹推算模块；
所述编码器用于输出编码器数据至所述航迹推算模块；
所述航迹推算模块用于根据所述导航数据和所述编码器数据进行航迹推算并输出所述航迹数据至所述中央控制模块。
6.根据权利要求1所述的核电站试验机器人，其特征在于，所述执行模块包括：驱动模块和刹车模块；
所述驱动模块用于根据所述中央控制模块的控制命令执行驱动动作，并返回驱动数据给所述中央控制模块；
所述刹车模块用于根据所述中央控制模块的控制命令执行刹车动作，并返回刹车数据给所述中央控制模块。
7.根据权利要求1-6任一项所述的核电站试验机器人，其特征在于，还包括：动力电源单元；
所述动力电源单元用于向所述试验机器人提供电能。
8.根据权利要求7所述的核电站试验机器人，其特征在于，所述动力电源单元包括：动力电池和电源管理模块；
所述动力电池用于输出电能；
所述电源管理模块用于根据所述试验机器人进行电能分配和管理。
9.根据权利要求1所述的核电站试验机器人，其特征在于，还包括：运动底盘、设置在所述运动底盘顶部的急停开关、设置在所述运动底盘顶部的状态指示模块、设置在所述运动底盘底部的驱动装置。
10.根据权利要求9所述的核电站试验机器人，其特征在于，所述驱动装置包括：差分驱动轮和万向轮。
11.一种核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，包括：
创建地图；
在所述地图上设定试验站点；
在所述地图上标记障碍物；
基于完成障碍物标记后的地图进行试验路径规划，获得规划路径；
试验机器人根据所述规划路径执行试验。
12.根据权利要求11所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述创建地图包括：
在首次试验开始前，通过所述试验机器人获取试验基地现场的环境信息；
根据所述环境信息创建地图。
13.根据权利要求11所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述在所述地图上设定试验站点包括：
获取试验基地中实际测试设备的位置信息；
根据所述实际测试设备的位置信息，结合所述试验机器人的作业能力，确定所述试验机器人的停靠站点；
在所述地图上标记所述停靠站点；标记在所述地图上的停靠站点为所述试验站点。
14.根据权利要求13所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述停靠站点为虚拟站点；
所述虚拟站点包括坐标信息和所述试验机器人的位置信息和姿态信息。
15.根据权利要求11所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述在所述地图上标记障碍物包括：
获取试验基地内的设备信息和障碍物信息；
根据所述设备信息和障碍物信息进行分类标记；
根据分类标记结果进行障碍物标记。
16.根据权利要求15所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述根据分类标记结果进行障碍物标记包括：
若所述障碍物为第一类障碍物，则根据第一类障碍物的大小进行外切圆标记；
若所述障碍物为第二类障碍物，则根据第二类障碍物的大小或形状进行椭圆或者类圆外切标记。
17.根据权利要求11所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述基于完成障碍物标记后的地图进行试验路径规划，获得规划路径包括：
基于完成障碍物标记后的地图，采用道路中间行走原则进行试验路径规划，获得所述规划路径。
18.根据权利要求11所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，还包括：
在执行完试验后，所述试验机器人按照返回路径返回测试起点。
19.根据权利要求18所述的核电站试验机器人的试验方法，其特征在于，所述返回路径采用道路中间行走原则进行规划，且在所述返回路径中，所述试验机器人不经过所述试验站点。
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