CN114779310A - 一种α表面污染巡测定位机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种α表面污染巡测定位机器人，属于环境放射性监测技术领域。该巡测定位机器人包括机器人本体、α表面污染探测部件和巡测定位部件，巡测定位部件包括控制板、定位组件、运动组件和数据处理组件。控制板、定位组件和运动组件用于进行机器人本体的定位和运动控制，完成在目标场所的移动过程，α表面污染探测部件用于对机器人本体所在位置的α表面污染进行测量，得到测量信号，数据处理组件用于对测量信号进行处理，得到目标场所的表面污染监测数据，从而能够自动对目标场所的全区域进行表面污染监测，监测效率高。
Description
技术领域
本发明涉及环境放射性监测技术领域，特别是涉及一种α表面污染巡测定位机器人。
背景技术
在核材料生产加工过程中，存在放射性粉末泄漏、放射性物质与物体接触、放射性液体和溶液凝固以及空气中放射性气溶胶沉积等风险，它们都会在物体表面形成放射性污染，危害相关人员安全。
目前放射性场所的α表面污染监测一般使用的是手持式的α表面污染仪，它由一块硫化锌闪烁屏，光电倍增管和计数器组成，此类表面污染仪需要职业人员手持放置于待测表面上方进行测量，通过对硫化锌闪烁屏产生的计数来判断是否存在α表面污染。由于需要专业人员使用，测量效率较低，无法对放射性场所全天全区域进行巡测。同时，在事故后，放射性场所内表面污染水平较高，放射性较强，人员直接测量会承受较大的剂量，对身体健康产生危害。
因此，亟需一种能够自动对放射性场所内所有区域的α表面污染进行测量的机器人。
发明内容
本发明的目的是提供一种α表面污染巡测定位机器人，能够自动对放射性场所进行全天全区域的α表面污染巡测，巡测效率高。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种α表面污染巡测定位机器人，所述巡测定位机器人包括机器人本体、α表面污染探测部件和巡测定位部件；所述α表面污染探测部件安装于所述机器人本体的正下方；所述巡测定位部件包括安装于所述机器人本体上的控制板、定位组件、运动组件和数据处理组件；所述控制板分别与所述定位组件、所述运动组件、所述数据处理组件和所述α表面污染探测部件通信连接；
所述控制板、所述定位组件和所述运动组件用于进行所述机器人本体的定位和运动控制，完成在目标场所的移动过程；
所述α表面污染探测部件用于对所述机器人本体所在位置的α表面污染进行测量，得到测量信号；所述数据处理组件用于对所述测量信号进行处理，得到所述目标场所的表面污染监测数据。
在一些实施例中，所述α表面污染探测部件包括闪烁探头、光电探测器和处理电路；所述闪烁探头与所述光电探测器通过光导耦合连接；所述光电探测器与所述处理电路信号连接；
所述闪烁探头用于吸收所述机器人本体所在位置的射线粒子的能量，产生闪烁光；
所述光电探测器用于将所述闪烁光转换为电信号；
所述处理电路用于对所述电信号进行放大和脉冲幅度甄别，得到由α粒子产生的测量信号。
在一些实施例中，所述闪烁探头包括闪烁晶体、遮光铝膜和金属保护栅网；所述闪烁晶体位于所述遮光铝膜内部；所述金属保护栅网位于所述遮光铝膜外部；
所述闪烁晶体用于吸收所述机器人本体所在位置的射线粒子的能量，产生闪烁光；所述遮光铝膜用于遮光；所述金属保护栅网用于保护所述遮光铝膜。
在一些实施例中，所述遮光铝膜内层涂覆有反射材料；所述反射材料用于增加闪烁光的收集效率，减少光损失。
在一些实施例中，所述定位组件包括安装于所述机器人本体上的非旋转激光雷达和旋转激光雷达；所述控制板用于根据所述非旋转激光雷达和所述旋转激光雷达的检测信号，利用SLAM算法完成机器人定位和地图构建。
在一些实施例中，所述非旋转激光雷达为四个；四个所述非旋转激光雷达分别安装于所述机器人本体顶部的四个侧面上。
在一些实施例中，所述定位组件还包括安装于所述机器人本体上的碰撞传感器，所述碰撞传感器与所述控制板通信连接；所述碰撞传感器用于监测所述机器人本体是否与障碍物发生碰撞。
在一些实施例中，所述运动组件包括伺服驱动器、伺服电机和移动轮；所述伺服驱动器和所述伺服电机安装于所述机器人本体的内部，所述移动轮安装于所述机器人本体的底部；所述伺服驱动器分别与所述控制板和所述伺服电机控制连接；
所述控制板用于根据需要向所述伺服驱动器发出控制信号；所述伺服驱动器用于根据所述控制信号控制所述伺服电机，完成所述机器人在目标场所的移动过程。
在一些实施例中，所述数据处理组件包括安装于所述机器人本体上的FPGA芯片和报警器；所述FPGA芯片用于对所述测量信号进行处理，以对α粒子进行计数，得到α粒子的数值，并当所述α粒子的数值超过预设阈值时，则控制所述报警器产生报警信号。
在一些实施例中，所述数据处理组件还包括安装于所述机器人本体上的交互式显示屏，所述交互式显示屏与所述控制板和所述FPGA芯片通信连接；所述交互式显示屏用于显示所述目标场所的地图、巡测路线、巡测速度和所述目标场所的表面污染监测数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明用于提供一种α表面污染巡测定位机器人，包括机器人本体、α表面污染探测部件和巡测定位部件，巡测定位部件包括控制板、定位组件、运动组件和数据处理组件。控制板、定位组件和运动组件用于进行机器人的定位和运动控制，完成在目标场所的移动过程，α表面污染探测部件用于对机器人本体所在位置的α表面污染进行测量，得到测量信号，数据处理组件用于对测量信号进行处理，得到目标场所的表面污染监测数据，从而能够自动对目标场所的全区域进行表面污染监测，监测效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1所提供的α表面污染巡测定位机器人的结构框图；
图2为本发明实施例1所提供的α表面污染巡测定位机器人的外观示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种α表面污染巡测定位机器人，能够自动对放射性场所进行全天全区域的α表面污染巡测，巡测效率高。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例用于提供一种α表面污染巡测定位机器人，用于α表面污染自动测量并定位，可直接用于核电厂、核材料加工等容易产生α表面放射性污染场所的环境监测。如图1和图2所示，该巡测定位机器人包括机器人本体、α表面污染探测部件和巡测定位部件，α表面污染探测部件安装于机器人本体的正下方，巡测定位部件包括安装于机器人本体上的控制板、定位组件、运动组件和数据处理组件，控制板分别与定位组件、运动组件、数据处理组件和α表面污染探测部件通信连接。控制板、定位组件和运动组件用于进行机器人本体的定位和运动控制，完成在目标场所的移动过程，α表面污染探测部件用于对机器人本体所在位置的α表面污染进行测量，得到测量信号，数据处理组件用于对测量信号进行处理，得到目标场所的表面污染监测数据。
本实施例提出一种由α表面污染探测部件与巡测定位部件相组合所得到的机器人，通过α表面污染探测部件对机器人所在位置的表面污染进行测量并记录，利用巡测定位部件控制机器人自动寻路和移动，完成对整个放射性场所的表面污染的监测记录，可自动完成表面污染的日常巡测，减少了表面污染测量人员的需求，解决了放射性强等区域的表面污染测量问题，有效提高了表面污染的巡测效率。
对于存在于管道、墙角、狭缝等空间狭小的地方的表面污染，由于测量人员很难直接到达，故使用手持式α表面污染仪对其进行测量极其不方便。基于此，本实施例设计机器人本体可为圆盘状，直径约为400mm，高度约为120mm，外壳为抛光金属。该机器人的高度较低，能对空间狭窄区域的表面污染进行测量，用于进行某些过于狭窄而不适合职业人员直接测量的区域的表面污染监测。
α表面污染探测部件搭载在机器人本体的正下方，其用于探测目标场所内地面的表面污染，并将测量信号传输给巡测定位部件，机器人本体底面所搭载的α表面污染探测部件离地约3mm。该α表面污染探测部件包括闪烁探头、光电探测器和处理电路，闪烁探头与光电探测器通过光导耦合连接，光电探测器与处理电路信号连接。
闪烁探头用于吸收机器人本体所在位置的射线粒子的能量，产生闪烁光。具体的，本实施例的闪烁探头可包括闪烁晶体、遮光铝膜和金属保护栅网，闪烁晶体位于遮光铝膜内部，金属保护栅网位于遮光铝膜外部。闪烁晶体用于吸收机器人本体所在位置的射线粒子的能量，并激发产生闪烁光，优选的，闪烁晶体可采用硫化锌闪烁体，硫化锌闪烁体厚度可为50μm，以尽量降低β和γ本底，提高α表面污染的检测灵敏度。本实施例使用遮光铝膜包裹整个闪烁晶体，遮光铝膜用于遮光，并保证闪烁晶体的日常防尘和防沾污，遮光铝膜厚度约为2μm。金属保护栅网可为金属栅格网，其用于保护遮光铝膜，防止外部异物导致遮光铝膜破损。优选的，遮光铝膜内层涂覆有反射材料，该反射材料用于增加闪烁光的收集效率，减少光损失。
光电探测器用于接收闪烁探头产生的闪烁光，并将闪烁光转换为电信号；优选的，光电探测器可为SiPM光电探测器，SiPM光电探测器相对于传统的光电倍增管体积更小，大大减少了α表面污染探测部件的整体尺寸。
处理电路也可称为放大甄别电路，包括前置放大电路和脉冲甄别电路，其用于对电信号进行放大，并完成脉冲幅度甄别，得到由α粒子产生的测量信号。α粒子会对应一个脉冲幅度范围，在这个脉冲幅度范围内的电信号就是由α粒子产生的测量信号，以去除其他射线粒子对测量结果的影响，主要用于甄别去除脉冲幅度较低的γ射线。
本实施例的巡测定位部件主要包括定位组件、运动组件以及数据处理组件，分别负责机器人的定位、运动控制以及测量信号的处理和显示。控制板可处于机器人顶部，其用于控制机器人的各项动作。
定位组件包括安装于机器人本体上的非旋转激光雷达和旋转激光雷达，控制板用于根据非旋转激光雷达和旋转激光雷达的检测信号，利用SLAM算法完成机器人定位和地图构建。优选的，非旋转激光雷达为四个，四个非旋转激光雷达分别安装于机器人本体顶部的四个侧面上，即在机器人顶部边缘前后左右四个方向均安装非旋转激光雷达，能够更加准确的进行机器人定位和地图构建。旋转激光雷达可安装于机器人本体中心，以判断周围障碍物，辅助地图构建过程。
作为一种可选的实施方式，本实施例的定位组件还包括安装于机器人本体上的碰撞传感器，碰撞传感器具体可安装于机器人本体的侧面。碰撞传感器与控制板通信连接，碰撞传感器用于判断周围障碍物，监测机器人本体是否与周围障碍物发生碰撞，若发生碰撞，则将该碰撞信息传输至控制板，由控制板通过驱动运动组件，控制机器人转向，防止再次碰撞。
需要说明的是，定位组件所包括的非旋转激光雷达、旋转激光雷达以及碰撞传感器均与控制板通信连接。
本实施例的运动组件包括伺服驱动器、伺服电机和移动轮，伺服驱动器和伺服电机安装于机器人本体的内部，用于给机器人本体的移动巡测提供动力，移动轮安装于机器人本体的底部，其包含一个万向转向轮以及两个驱动轮。伺服驱动器分别与控制板和伺服电机控制连接，控制板用于根据需要(如碰撞时转向，发现污染区域时停止运动等)向伺服驱动器发出控制信号，伺服驱动器用于根据控制信号控制伺服电机，完成机器人在目标场所的移动过程。具体的，伺服驱动器接收控制板所发出的控制信号，并根据控制信号发出相应的脉冲信号，用于控制伺服电机的转动，通过精确的控制伺服电机的转动来实现机器人本体移动速度的控制，以完成机器人本体的移动和转向。可选的，机器人只有一个伺服电机，用于控制同轴两个驱动轮的移动速度。机器人本体的转向由机器人驱动轮控制实现，使内轮相对缓慢的旋转并且使外轮相对快速的旋转，通过内外轮的旋转速度差完成机器人转向操作。
本实施例的数据处理组件包括安装于机器人本体上的FPGA芯片和报警器，FPGA芯片与控制板通信连接，FPGA芯片用于接收测量信号，并完成测量信号的运算与处理，具体的，FPGA芯片对测量信号进行处理，以对选择出的α粒子进行计数，得到α粒子的数值，并当α粒子的数值超过预设阈值时，则控制报警器产生报警信号，报警器具体可通过红色灯光和尖锐声音产生报警信号。同时，本实施例还设置有定位组件，即能够实时对机器人本体的位置进行定位，故可对存在表面污染的区域进行报警定位。
作为一种可选的实施方式，数据处理组件还包括安装于机器人本体上的交互式显示屏，FPGA芯片可位于机器人本体内部，交互式显示屏可位于机器人本体顶面，交互式显示屏与控制板和FPGA芯片通信连接，交互式显示屏用于实时显示目标场所的地图、巡测路线、巡测速度和目标场所的表面污染监测数据。
本实施例提出的α表面污染快速测量并定位的巡测定位机器人，在控制板的控制下可自动对放射性区域进行巡检，辅助专业人员完成放射性区域的日常监测，监测效率高。且该巡测定位机器人的高度较低，能对桌柜底等狭缝处区域的表面污染进行测量，同时使用机器人作为搭载平台，可工作在高放射性环境下，从而解决了空间狭窄及放射性强等区域的表面污染测量问题。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种α表面污染巡测定位机器人，其特征在于，所述巡测定位机器人包括机器人本体、α表面污染探测部件和巡测定位部件；所述α表面污染探测部件安装于所述机器人本体的正下方；所述巡测定位部件包括安装于所述机器人本体上的控制板、定位组件、运动组件和数据处理组件；所述控制板分别与所述定位组件、所述运动组件、所述数据处理组件和所述α表面污染探测部件通信连接；
所述控制板、所述定位组件和所述运动组件用于进行所述机器人本体的定位和运动控制，完成在目标场所的移动过程；
所述α表面污染探测部件用于对所述机器人本体所在位置的α表面污染进行测量，得到测量信号；所述数据处理组件用于对所述测量信号进行处理，得到所述目标场所的表面污染监测数据。
2.根据权利要求1所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述α表面污染探测部件包括闪烁探头、光电探测器和处理电路；所述闪烁探头与所述光电探测器通过光导耦合连接；所述光电探测器与所述处理电路信号连接；
所述闪烁探头用于吸收所述机器人本体所在位置的射线粒子的能量，产生闪烁光；
所述光电探测器用于将所述闪烁光转换为电信号；
所述处理电路用于对所述电信号进行放大和脉冲幅度甄别，得到由α粒子产生的测量信号。
3.根据权利要求2所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述闪烁探头包括闪烁晶体、遮光铝膜和金属保护栅网；所述闪烁晶体位于所述遮光铝膜内部；所述金属保护栅网位于所述遮光铝膜外部；
所述闪烁晶体用于吸收所述机器人本体所在位置的射线粒子的能量，产生闪烁光；所述遮光铝膜用于遮光；所述金属保护栅网用于保护所述遮光铝膜。
4.根据权利要求3所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述遮光铝膜内层涂覆有反射材料；所述反射材料用于增加闪烁光的收集效率，减少光损失。
5.根据权利要求1所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述定位组件包括安装于所述机器人本体上的非旋转激光雷达和旋转激光雷达；所述控制板用于根据所述非旋转激光雷达和所述旋转激光雷达的检测信号，利用SLAM算法完成机器人定位和地图构建。
6.根据权利要求5所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述非旋转激光雷达为四个；四个所述非旋转激光雷达分别安装于所述机器人本体顶部的四个侧面上。
7.根据权利要求5所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述定位组件还包括安装于所述机器人本体上的碰撞传感器，所述碰撞传感器与所述控制板通信连接；所述碰撞传感器用于监测所述机器人本体是否与障碍物发生碰撞。
8.根据权利要求5所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述运动组件包括伺服驱动器、伺服电机和移动轮；所述伺服驱动器和所述伺服电机安装于所述机器人本体的内部，所述移动轮安装于所述机器人本体的底部；所述伺服驱动器分别与所述控制板和所述伺服电机控制连接；
所述控制板用于根据需要向所述伺服驱动器发出控制信号；所述伺服驱动器用于根据所述控制信号控制所述伺服电机，完成所述机器人在目标场所的移动过程。
9.根据权利要求1所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述数据处理组件包括安装于所述机器人本体上的FPGA芯片和报警器；所述FPGA芯片用于对所述测量信号进行处理，以对α粒子进行计数，得到α粒子的数值，并当所述α粒子的数值超过预设阈值时，则控制所述报警器产生报警信号。
10.根据权利要求9所述的巡测定位机器人，其特征在于，所述数据处理组件还包括安装于所述机器人本体上的交互式显示屏，所述交互式显示屏与所述控制板和所述FPGA芯片通信连接；所述交互式显示屏用于显示所述目标场所的地图、巡测路线、巡测速度和所述目标场所的表面污染监测数据。
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