CN116379258A - 一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，由于主控制单元与多个相同的单元组件信号连接，每个单元组件的两端面分别设有姿态调节组件；每个单元组件上均设有移动组件，在相邻两个单元组件之间，相邻的姿态调节组件之间通过分离连接器可拆连接；每个单元组件中设有电池块、信号接收单元和子控制单元；在使用需要同时对多个探查点进行探查时，主控制单元发出指令，信号接收单元接收指令并传递给子控制单元，子控制单元控制相对应的分离连接器将对应的相邻两个单元组件分离，由于每个单元组件均具有移动组件，从而可以单独或将整个蛇形机器人分为任意段进行探查，以满足任意探查需求。
Description
技术领域
本申请涉及核设备管道检测技术领域，特别涉及一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人。
背景技术
作为核电站的主要设备，各回路蒸汽管道和冷却水废液管路是核设施中的核心部件，在核退役处理中能否快速获取管道中放射性污染的强弱、分布位置和实现高精度检测是核退役中减少辐射危害的关键之处。核退役处理在退役实施的前期阶段进行，通过对退役设施及场址中的放射性及有毒放射源进行分析、监测，收集到相关信息以为退役方案的选择和优化进行参考。
随着电子技术，尤其是嵌入式技术的大力发展，机器人得到了广泛的发展与应用。蛇形机器人是一种模仿生物蛇运动的新型机器人，它能很好的完成如蛇体一般的无肢运动，尤其是在表面粗糙度较大的地面上能够自由移动。蛇形机器人因身体细长、横截面小、运动状态稳定、灵活性强和适应环境能力适应强等优点能够应用于有辐射、黑暗、地震和管道等不适宜人类工作的领域。基于蛇形机器人的特点，如果将其应用到核退役处理方面，将会是理想的选择。然而，目前针对蛇形机器人的研究在国内刚刚起步，很多技术还不够成熟，尚不能灵活地应用于各个领域中，同样也难以应用到核检测领域中。
在实际的使用过程中对于如何快速获取管道中放射性污染的强弱、分布位置，需要现有的蛇形机器人整体逐一的进行探查，其探查效率较低，因此在面对同时需要分批进行探查时，其探查效率较低。
发明内容
本申请实施例提供一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，以解决相关技术中同一个蛇形机器人难以同时对多个探查点进行探查的问题。
第一方面，提供了一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其包括：
多个相同的单元组件，每个单元组件的两端面分别设有姿态调节组件；每个单元组件上均设有移动组件；
其中，在相邻两个所述单元组件之间，相邻的姿态调节组件之间通过分离连接器可拆连接；每个单元组件中设有电池块、信号接收单元和子控制单元，所述子控制单元与所述移动组件、分离连接器、信号接收单元和姿态调节组件信号连接；
主控制单元，其通过所述信号接收单元与多个单元组件的子控制单元无线信号连接。
一些实施例中，所述姿态调节组件包括安装座，安装座上转动连接有与单元组件的端面平行的第一舵机；第一舵机的周身上设有与其垂直的第二舵机，第二舵机的输出端与所述分离连接器固定连接。
一些实施例中，所述分离连接器包括第一连接块和第二连接块；
第一连接块上容纳空间，容纳空间内设有圆筒；容纳空间内，且位于圆筒的外围设有电动伸缩杆，电动伸缩杆的输出端穿设圆筒，并延伸至圆筒的内部；
第二连接块上设有凸块，凸块上设有用于容纳电动伸缩杆的输出端的限位孔；
当第一连接块和第二连接块连接时，凸块用于插入所述圆筒的内部；电动伸缩杆的输出端伸入限位孔。
一些实施例中，所述圆筒内设有磁块，凸块上设有与磁块卡接的卡槽。
一些实施例中，相邻两个单元组件之间的相邻端面上设有激光位移传感器。
一些实施例中，所述单元组件上设有摄像组件，摄像组件包括旋转杆，旋转杆上设有摄像头。
一些实施例中，所述移动组件包括第三舵机，第三舵机连接有驱动轮。
一些实施例中，所述移动组件还包括第四舵机，第四舵机传动连接有旋转杆，旋转杆上设有导向轮。
一些实施例中，所述单元组件包括两端开口的圆筒壳体，圆筒壳体的开口处可拆连接有防护盖；圆筒壳体和防护盖采用耐热耐磨塑料制成。
一些实施例中，所述防护盖上设有紧固螺钉，所述圆筒壳体的端面设有与所述紧固螺钉连接的螺孔。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
本申请实施例提供了一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，由于主控制单元与多个相同的单元组件信号连接，每个单元组件的两端面分别设有姿态调节组件；每个单元组件上均设有移动组件，在相邻两个单元组件之间，相邻的姿态调节组件之间通过分离连接器可拆连接；每个单元组件中设有电池块、信号接收单元和子控制单元；在使用需要同时对多个探查点进行探查时，主控制单元发出指令，信号接收单元接收指令并传递给子控制单元，子控制单元控制相对应的分离连接器将对应的相邻两个单元组件分离，由于每个单元组件均具有移动组件，从而可以单独或将整个蛇形机器人分为任意段进行探查；在需要蛇形机器人进行弯曲时，通过相邻单元组件之间的姿态调节组件调整。
当第一连接块和第二连接块连接时，凸块用于插入圆筒的内部；电动伸缩杆的输出端伸入限位孔。当第一连接块和第二连接块分离时，凸块用于插入圆筒的内部；子控制单元控制电动伸缩杆的输出端回收，以退出限位孔，以实现自动控制分离。
相邻两个单元组件之间的相邻端面上设有激光位移传感器，通过激光位移传感器可以使得相邻两个单元组件在连接时对准快速准确。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的相邻两个的单元组件连接的示意图；
图2为本申请实施例提供的相邻两个的单元组件未连接的示意图；
图3为本申请实施例提供的第一视角的单个单元组件的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的第二视角的单个单元组件的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的单个单元组件上的驱动组件和激光位移传感器的连接示意图；
图6为本申请实施例提供的第一视角的分离连接器与单个单元组件连接的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的第二视角的分离连接器与单个单元组件连接的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的单个单元组件上的分离连接器第一连接块的示意图；
图9为本申请实施例提供的第一连接块内安装有电动伸缩杆的示意图；
图10为本申请实施例提供的姿态调节组件安装在单元组件的示意图。
图中：1、单元组件；2、分离连接器；200、第一连接块；201、第二连接块；202、容纳空间；203、圆筒；204、电动伸缩杆；205、凸块；3、姿态调节组件；300、安装座；301、第一舵机；302、第二舵机；4、移动组件；400、第三舵机；401、驱动轮；402、第四舵机；403、导向轮；5、信号接收单元；6、激光位移传感器；7、摄像组件。
实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，以解决相关技术中同一个蛇形机器人难以同时对多个探查点进行探查的问题。
请参阅图1-10，一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其包括：
多个相同的单元组件1，每个单元组件1的两端面分别设有姿态调节组件3；每个单元组件1上均设有移动组件4；
其中，在相邻两个单元组件1之间，相邻的姿态调节组件3之间通过分离连接器2可拆连接；每个单元组件1中设有电池块、信号接收单元5和子控制单元，子控制单元与移动组件4、分离连接器2、信号接收单元5和姿态调节组件3信号连接；
主控制单元，其通过信号接收单元与多个单元组件1的子控制单元无线信号连接。
由于主控制单元与多个相同的单元组件1信号连接，每个单元组件1的两端面分别设有姿态调节组件3；每个单元组件1上均设有移动组件4，在相邻两个单元组件1之间，相邻的姿态调节组件3之间通过分离连接器2可拆连接；每个单元组件1中设有电池块、信号接收单元5和子控制单元；在使用需要同时对多个探查点进行探查时，主控制单元发出指令，信号接收单元5接收指令并传递给子控制单元，子控制单元控制相对应的分离连接器2将对应的相邻两个单元组件1分离，由于每个单元组件1均具有移动组件4，从而可以单独或将整个蛇形机器人分为任意段进行探查；在需要蛇形机器人进行弯曲时，通过相邻单元组件1之间的姿态调节组件3调整。
其中主控制单元和子控制单元进行控制的具体方式可参考相关技术中的方式，不做过多解释。
在一些优选的实施例中，姿态调节组件3包括安装座300，安装座300上转动连接有与单元组件1的端面平行的第一舵机301；第一舵机301的周身上设有与其垂直的第二舵机302，第二舵机302的输出端与分离连接器2固定连接。在姿态调节组件3调节时，相邻两个单元组件1之间的两个姿态调节组件3的第一舵机301需要保持同步的转动和相同旋转方向，第二舵机302需要保持同步的转动和相反旋转方向。
在一些优选的实施例中，分离连接器2包括第一连接块200和第二连接块201；
第一连接块200上容纳空间202，容纳空间202内设有圆筒203；容纳空间202内，且位于圆筒203的外围设有电动伸缩杆204，电动伸缩杆204的输出端穿设圆筒203，并延伸至圆筒203的内部；
第二连接块201上设有凸块205，凸块205上设有用于容纳电动伸缩杆204的输出端的限位孔；电动伸缩杆204和子控制单元信号连接。
当第一连接块200和第二连接块201连接时，凸块205用于插入圆筒203的内部；电动伸缩杆204的输出端伸入限位孔。当第一连接块200和第二连接块201分离时，凸块205用于插入圆筒203的内部；子控制单元控制电动伸缩杆204的输出端回收，以退出限位孔。
进一步的，为便于在连接时能够快速的连接，圆筒203内设有磁块，凸块205上设有与磁块卡接的卡槽，使得在两个单元组件1在未对准，且靠近时就可以相吸引，以实现对接。
更进一步的，相邻两个单元组件1之间的相邻端面上设有激光位移传感器6，通过激光位移传感器6可以使得相邻两个单元组件1在连接时对准快速准确。其原理为：激光位移传感器的激光发射器通过镜头将可见红色激光射向被测物体表面，经物体表面散射的激光通过接收器镜头，被内部的CCD线性相机接收，根据不同的距离，CCD线性相机可以在不同的角度下“看见”这个光点。根据这个角度及已知的激光和相机之间的距离，数字信号处理器就能计算出传感器和被测物体之间的距离。同时，光束在接收元件的位置通过模拟和数字电路处理，并通过微处理器分析，计算出相应的输出值，并在用户设定的模拟量窗口内，按比例输出标准数据信号。如果使用开关量输出，则在设定的窗口内导通，窗口之外截止。另外，模拟量与开关量输出可独立设置检测窗口。采取三角测量法的激光位移传感器最高线性度可达1um，分辨率更是可达到0.1um的水平。比如ZLDS100类型的传感器，它可以达到0.01%高分辨率，0.1%高线性度，9.4KHz高响应，适应恶劣环境。
在一些优选的实施例中，单元组件1上设有摄像组件7，摄像组件7包括旋转杆，旋转杆上设有摄像头；摄像头与电池块和子控制单元连接。可以进行多个角度的拍摄。
在一些优选的实施例中，为实现每个单元组件1的移动，移动组件4包括第三舵机400，第三舵机400连接有驱动轮401。进一步的，移动组件4还包括第四舵机402，第四舵机402传动连接有旋转杆，旋转杆上设有导向轮403。从而可以使其可以多向进行运动。
以上的舵机主要是由外壳、电路板、驱动马达、减速器与位置检测元件所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机，经由电路板上的 IC驱动无核心马达开始转动，透过减速齿轮将动力传至摆臂，同时由位置检测器送回讯号，判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻，当舵机转动时电阻值也会随之改变，藉由检测电阻值便可知转动的角度。一般的伺服马达是将细铜线缠绕在三极转子上，当电流流经线圈时便会产生磁场，与转子外围的磁铁产生排斥作用，进而产生转动的作用力。依据物理学原理，物体的转动惯量与质量成正比，因此要转动质量愈大的物体，所需的作用力也愈大。舵机为求转速快、耗电小，于是将细铜线缠绕成极薄的中空圆柱体，形成一个重量极轻的无极中空转子，并将磁铁置于圆柱体内，这就是空心杯马达。为了适合不同的工作环境，有防水及防尘设计的舵机；并且因应不同的负载需求，舵机的齿轮有塑胶及金属之区分，金属齿轮的舵机一般皆为大扭力及高速型，具有齿轮不会因负载过大而崩牙的优点。较高级的舵机会装置滚珠轴承，使得转动时能更轻快精准。
在一些优选的实施例中，单元组件1包括两端开口的圆筒壳体，为电池块和子单元提供安装空间；圆筒壳体的开口处可拆连接有防护盖；圆筒壳体和防护盖采用耐热或耐磨塑料制成。具体可采用脂肪族尼龙例如PA46，其是由丁二胺和己二酸缩聚而成的脂肪族聚酰胺，比起PA6和 PA66，PA46的每个给定长度的链上的酰胺数目更多，链结构更加对称，这使得它的结晶度可以高达70%，并赋予其非常快的结晶速度。PA46的熔点为295℃，未增强的PA46的HDT（热变形温度）有160℃，而经过玻纤的增强后，其HDT可高达290℃ ，长期使用温度也有163℃。PA46独特的结构赋予了其它材料无法达到的独特性能PA46主要应用于电子、航空航天、汽车。还可以是半芳香尼龙——PPA，PPA由含苯环的二元酸和脂肪族二胺缩聚而成，其熔点介于310-325℃之间，热变形温度介于280-290℃。主要品种有PA4T、PA6T、PA9T、PA10T等。相比普通的PA66，PPA的吸水率很低，即使在冷水中浸泡几年，其拉伸强度也可以保持80%以上，且PPA耐油性很好，即使在高温下也对润滑油、燃油有极高的抗性。PPA还具有极佳的尺寸稳定性和耐候性。常用于汽车、电器电子、机械工业、日用品领域。也可以采用PEEK，PEEK是一种综合性能优良的特种工程塑料。其耐热性、耐水性、耐溶剂性、电绝缘性优异；疲劳强度高；耐放射性是所有塑料中最好的；氧指数较高，燃烧时产生的烟少且无毒。
防护盖上设有紧固螺钉，圆筒壳体的端面设有与紧固螺钉连接的螺孔。通过以上的设置使得安装电池块较为方便，为便于后期进行维修。另外在圆筒壳体的内部可以设置减震填充材料，减震填充材料具有阻燃的特性。
以上的电池块用的是锂聚合物电池，相对普通电池来说，锂聚合物电池具有高倍率、高能量比、性能高、高安全、寿命长，环保无污染，质量轻等优点。在形状上，锂聚合物电池具有超薄化特征，可以配合一些产品的需要，制作成不同形状与容量的电池。该类电池，理论上的最小厚度可达0.5mm。该类电池在无人机中应用较为广泛。
本申请原理：
在使用需要同时对多个探查点进行探查时，主控制单元发出指令，信号接收单元5接收指令并传递给子控制单元，子控制单元控制相对应的分离连接器2将对应的相邻两个单元组件1分离，由于每个单元组件1均具有移动组件4，从而可以单独或将整个蛇形机器人分为任意段进行探查；在需要蛇形机器人进行弯曲时，通过相邻单元组件1之间的姿态调节组件3调整。
以上可以根据探查需求，多个单元组件1可以整体使用或单独使用，也可以任意数量分为多段进行使用，以满足多种使用需求。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于，其包括：
多个相同的单元组件（1），每个单元组件（1）的两端面分别设有姿态调节组件（3）；每个单元组件（1）上均设有移动组件（4）；
其中，在相邻两个所述单元组件（1）之间，相邻的姿态调节组件（3）之间通过分离连接器（2）可拆连接；每个单元组件（1）中设有电池块、信号接收单元（5）和子控制单元，所述子控制单元与所述移动组件（4）、分离连接器（2）、信号接收单元（5）和姿态调节组件（3）信号连接；
主控制单元，其通过所述信号接收单元（5）与多个单元组件（1）的子控制单元无线信号连接。
2.如权利要求1所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述姿态调节组件（3）包括安装座（300），安装座（300）上转动连接有与单元组件（1）的端面平行的第一舵机（301）；第一舵机（301）的周身上设有与其垂直的第二舵机（302），第二舵机（302）的输出端与所述分离连接器（2）固定连接。
3.如权利要求1所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述分离连接器（2）包括第一连接块（200）和第二连接块（201）；
第一连接块（200）上容纳空间（202），容纳空间（202）内设有圆筒（203）；容纳空间（202）内，且位于圆筒（203）的外围设有电动伸缩杆（204），电动伸缩杆（204）的输出端穿设圆筒（203），并延伸至圆筒（203）的内部；
第二连接块（201）上设有凸块（205），凸块（205）上设有用于容纳电动伸缩杆（204）的输出端的限位孔；
当第一连接块（200）和第二连接块（201）连接时，凸块（205）用于插入所述圆筒（203）的内部；电动伸缩杆（204）的输出端伸入限位孔。
4.如权利要求3所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述圆筒（203）内设有磁块，凸块（205）上设有与磁块卡接的卡槽。
5.如权利要求3所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
相邻两个单元组件（1）之间的相邻端面上设有激光位移传感器（6）。
6.如权利要求1所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述单元组件（1）上设有摄像组件（7），摄像组件（7）包括旋转杆，旋转杆上设有摄像头。
7.如权利要求1所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述移动组件（4）包括第三舵机（400），第三舵机（400）连接有驱动轮（401）。
8.如权利要求7所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述移动组件（4）还包括第四舵机（402），第四舵机（402）传动连接有旋转杆，旋转杆上设有导向轮（403）。
9.如权利要求1所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述单元组件（1）包括两端开口的圆筒壳体，圆筒壳体的开口处可拆连接有防护盖；圆筒壳体和防护盖采用耐磨塑料制成。
10.如权利要求9所述的具有核设备管道检测功能的蛇形机器人，其特征在于：
所述防护盖上设有紧固螺钉，所述圆筒壳体的端面设有与所述紧固螺钉连接的螺孔。
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