CN211654333U - 用于清理放射性污染物的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于清理放射性污染物的装置，包括：主体(1)；设于所述主体(1)的运动单元(2)，其能够改变运动姿态；设于所述运动单元(2)的第一拍摄单元(3)，设置为拍摄目标区域以获得所述放射性污染物的特征信息；设于所述运动单元(2)的第二拍摄单元(4)，设置为拍摄目标区域以获得所述目标区域的三维信息；处理和控制单元(5)，设置为：基于所述放射性污染物的特征信息和所述目标区域的三维信息，确定待清理区域；以及设于所述运动单元(2)的清理单元(6)，设置为对所述待清理区域进行清理。

Description

用于清理放射性污染物的装置

技术领域

本实用新型的实施例涉及放射性污染物处理技术领域，特别涉及一种用于清理放射性污染物的装置。

背景技术

在核工程技术领域，工作环境中通常会积累放射性污染物，例如在地面、墙面上形成污染区域。为保证工作人员受到尽量小的放射性辐射，需要对放射性污染物进行清理。

目前针对放射性污染物的清理工作，大部分仍由人工完成，这会使得清理人员受到辐射影响，同时手动去污的效果较差，尤其是针对金属表面侵蚀后形成的氧化膜，手工擦拭无法达到期望效果，需要通过打磨或借助化学试剂才能完成。

现有技术中用于自动清理放射性污染物的装置需要由经长期训练的操作人员操作，并且在自动清理过程中可能发生误操作而造成污染进一步扩大，同时清理作业时间较长，易延误工期。

因此，有必要研究一种操作简单、更加智能化的自动清理装置。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种用于清理放射性污染物的装置，以解决上述技术问题中的至少一个方面。

根据本实用新型的一个方面，提出一种用于清理放射性污染物的装置，包括：主体；设于所述主体的运动单元，其能够改变运动姿态；设于所述运动单元的第一拍摄单元，设置为拍摄目标区域以获得所述放射性污染物的特征信息；设于所述运动单元的第二拍摄单元，设置为拍摄目标区域以获得所述目标区域的三维信息；处理和控制单元，设置为：基于所述放射性污染物的特征信息和所述目标区域的三维信息，确定待清理区域；以及设于所述运动单元的清理单元，设置为对所述待清理区域进行清理。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：基于所述第一拍摄单元生成图像信息；基于用户在所述图像信息上确定的指示区域，确定所述待清理区域。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：基于所述第一拍摄单元所在的第一坐标系与所述第二拍摄单元所在的第二坐标系之间的转换关系以及所述目标区域的三维信息，将所述指示区域映射到所述第二坐标系；以及基于所述第二坐标系与所述装置所在的第三坐标系之间的转换关系，确定与所述指示区域相对应的所述待清理区域。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：确定所述清理单元的清理路径。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：在映射到所述第二坐标系的所述指示区域中，绘制多条具有预设间距的平行线；将所述多条平行线与所述指示区域的边界线之间的多个交点沿弓字形连接，形成连接路径；以及将所述连接路径映射到所述第三坐标系中，得到所述清理路径。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：基于所述第一拍摄单元生成图像信息；基于用户在所述图像信息上确定的多个指示点，生成所述清理单元的清理路径。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：基于所述第一拍摄单元所在的第一坐标系与所述第二拍摄单元所在的第二坐标系之间的转换关系以及所述目标区域的三维信息，将所述多个指示点映射到所述第二坐标系；以及基于所述第二坐标系与所述装置所在的第三坐标系之间的转换关系，确定与所述多个指示点相对应的多个路径点。

根据一些实施方式，所述处理和控制单元设置为：控制所述清理单元依次到达所述多个路径点，并记录所述运动单元相应的多个运动姿态；以及将所述多个运动姿态构成的矩阵进行拟合，得到连续的运动姿态序列，以确定所述清理路径。

根据一些实施方式，所述第一拍摄单元能够获取障碍物的特征信息；所述处理和控制单元设置为：使得所述清理单元的清理路径避开所述障碍物。

根据一些实施方式，所述装置还包括模拟单元，设置为对所述清理单元的清理过程进行模拟。

根据一些实施方式，所述装置还包括感测单元，设置为感测所述清理单元与所述待清理区域之间的接触情况。

在根据本实用新型的实施例的用于清理放射性污染物的装置中，处理和控制单元可以基于第一拍摄单元获取的放射性污染物的特征信息以及第二拍摄单元获取的目标区域的三维信息来确定待清理区域，由清理单元对所述待清理区域进行清理，从而能够实现智能识别污染区域并自动清理的技术效果，可代替人工清理方式，同时装置操作简单。

附图说明

通过下文中参照附图对本实用新型所作的描述，本实用新型的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本实用新型有全面的理解。

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的用于清理放射性污染物的装置的结构示意图；

图2示出了图1的装置的组成示意图；

图3示出了图1的装置的第一拍摄单元、第二拍摄单元、清理单元和感测单元的示意图；

图4示出了图1的装置的处理和控制单元获取的连接路径的示意图；

图5示出了图1的装置的模拟单元的示意图；以及

图6示出了图1的装置的感测单元的感测结果的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的用于清理放射性污染物的装置100的结构示意图，图2示出了图1的装置100的组成示意图。如图1和图2所示，装置100包括：主体1；设于主体1的运动单元2，其能够改变运动姿态；设于运动单元2的第一拍摄单元3，设置为拍摄目标区域以获得放射性污染物的特征信息；设于运动单元2的第二拍摄单元4，设置为拍摄目标区域以获得目标区域的三维信息；处理和控制单元5，设置为：基于放射性污染物的特征信息和目标区域的三维信息，确定待清理区域；以及设于运动单元2的清理单元6，设置为对待清理区域进行清理。

在根据本实用新型的实施例的用于清理放射性污染物的装置100中，处理和控制单元5可以基于第一拍摄单元3获取的放射性污染物的特征信息以及第二拍摄单元4获取的目标区域的三维信息来确定待清理区域，由清理单元6对所述待清理区域进行清理，从而能够实现智能识别污染区域并自动清理的技术效果，可代替人工清理方式，同时装置操作简单。

主体1可以由动力单元驱动而自由移动，使得主体1上设置的部件随主体1的移动而相应地改变位置，例如移动到目标区域。主体1可以包括移动底盘，所述移动底盘可以为履带式底盘、轮式底盘、AGV小车(Automated Guided Vehicle，指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车)等。

装置100还可以包括终端，用户在终端进行操作，终端可以为计算机或者手持设备。终端可以包括交互平台，使得用户可以接收装置100反馈的信息以进行监测，同时可以发出指令对装置100进行操控。主体1上设有通讯单元8，主体1通过通讯单元8与所述终端进行通讯，通讯的方式可以为无线数据传输。例如，可以通过终端的操作来控制主体1移动至目标区域，包括控制主体1的移动方向、移动速度。同时，终端可以接收主体1发出的信息并将其显示，所述信息能够指示主体1的实时位置、运动单元2的运动姿态、污染区域的位置和范围等。处理和控制单元5可以设于主体1也可以设于终端。

运动单元2可以包括机械臂，所述机械臂可以包括一个或多个臂，所述一个或多个臂可以相对于一个或多个轴线转动，以使机械臂呈现不同的运动姿态，例如伸展、收缩或者旋转，从而机械臂的末端能够达到不同位置或者具有不同姿态。第一拍摄单元3、第二拍摄单元4以及清理单元6可以设于运动单元2的末端，随所述末端运动至不同位置或者呈现不同姿态。

图3示出了图1的装置100的第一拍摄单元3、第二拍摄单元4、清理单元6和感测单元10的示意图。如图3所示，第一拍摄单元3和第二拍摄单元4可以安装到一起。在本实用新型的一个实施例中，处理和控制单元5可以设置为：基于第一拍摄单元3生成图像信息；以及基于用户在所述图像信息上确定的指示区域，确定所述待清理区域。

具体地，所述图像信息可以显示于终端，所述图像信息中包含放射性污染物的特征信息，用户在观察所述图像信息时，可以基于放射性污染物的特征信息来标记需要处理的指示区域，图像信息上的所述指示区域能够对应一个实际的待清理区域。处理和控制单元5在确定出所述待清理区域之后，可以指示清理单元6对其进行清理。

所述图像信息可以以连续的画面或者视频的形式实时显示于终端。例如，本体1可以按照预设的运动路径运动，并且运动单元2可以设置为预设的运动姿态，在运动过程中，第一拍摄单元3不断拍摄目标区域，用户通过终端实时显示的图像信息进行监视，当所述图像信息中出现放射性污染物的特征信息时，用户可以指示本体1停止运动，并在所述图像信息上标记出指示区域，此时处理和控制单元5基于所述指示区域并结合第二拍摄单元4获取的目标区域的三维信息，能够确定出与所述指示区域相对应的实际的待清理区域，之后，运动单元2可以调整其运动状态，使得清理单元6到达所述待清理区域并执行清理操作。清理结束之后，可以控制本体1继续运动，检测新的污染区域，并确定新的待清理区域，继续开展清理工作。

处理和控制单元5可以设置为：

基于第一拍摄单元3所在的第一坐标系与第二拍摄单元4所在的第二坐标系之间的转换关系以及目标区域的三维信息，将指示区域映射到第二坐标系；以及

基于第二坐标系与装置100所在的第三坐标系之间的转换关系，确定与所述指示区域相对应的待清理区域。

可以预先对所述第一坐标系、所述第二坐标系以及所述第三坐标系进行标定，以确定两两之间的转换关系。第一拍摄单元3可以为二维相机、康普顿相机，基于第一拍摄单元3可以生成二维图像信息，所述二维图像信息能够指示目标区域的二维信息，例如由墙面或地面所确定的二维平面上的信息，同时，基于第一拍摄单元3生成的图像信息能够涵盖放射性污染物的分布信息；第二拍摄单元4可以为三维相机，例如结构光相机、激光雷达、双目相机等，基于第二拍摄单元4可以生成三维图像信息，所述三维图像信息能够指示目标区域的三维信息，例如除墙面或地面所确定的二维平面之外，还包括垂直于墙面或地面的维度，从而可以指示清理单元6需要相对于墙面或地面靠近或远离的程度。

可以基于第一拍摄单元3和第二拍摄单元4的参数以及安装位置来确定第一坐标系和第二坐标系之间的转换关系。可以基于线性变换矩阵来进行两坐标系之间的像素位置转换。通过将所述指示区域最终映射到装置100所在的第三坐标系，可以获得实际目标区域中与所述指示区域相对应的待清理区域的三维信息，即所述待清理区域在第三坐标系中的三维坐标。

进一步地，处理和控制单元5还可以设置为：确定清理单元6的清理路径，从而清理单元6可以沿所述清理路径有序地对放射性污染物进行清理。

具体地，处理和控制单元5可以设置为：

在映射到第二坐标系的指示区域中，绘制多条具有预设间距的平行线；

将所述多条平行线与指示区域的边界线之间的多个交点沿弓字形连接，形成连接路径；以及

将连接路径映射到第三坐标系中，得到清理路径。

图4示出了图1的装置100的处理和控制单元5获取的连接路径的示意图，以图4为例，指示区域映射到第二坐标系中呈现为凹五边形的形状，连接路径的每个“弓”形由平行线以及两平行线间交替的区域边界线连接而成。将第二坐标系中的连接路径映射到第三坐标系，能够得到实际的清理路径。这样的清理路径使得清理单元6可以连续、往复地开展清理操作，使得清理过程能够井然有序地进行并且能够提高清理效率，所述平行线的间距指示清理操作的精细程度，间距越小，清理过程越精细，同时耗时更长；间距越大，清理过程越粗糙，同时耗时更短。清理单元6可以为打磨工具，用于对清理路径上的放射性污染物进行打磨处理。当然，清理单元6也可以为擦拭工具、喷涂工具、激光去污工具等，此外还可以在清理单元6上配备相应的化学试剂用于清理污染物。

在本实用新型的另一实施例中，处理和控制单元5可以设置为：

基于第一拍摄单元3生成图像信息；

基于用户在图像信息上确定的多个指示点，生成清理单元6的清理路径。

具体地，处理和控制单元5可以设置为：

基于第一拍摄单元3所在的第一坐标系与第二拍摄单元4所在的第二坐标系之间的转换关系以及所述目标区域的三维信息，将多个指示点映射到第二坐标系；以及

基于第二坐标系与装置100所在的第三坐标系之间的转换关系，确定与所述多个指示点相对应的多个路径点。

进一步地，处理和控制单元5可以设置为：

控制清理单元6依次到达多个路径点，并记录运动单元2相应的多个运动姿态；以及

将多个运动姿态构成的矩阵进行拟合，得到连续的运动姿态序列，以确定清理路径。

在此实施例中，用户在终端观察图像信息，并基于放射性污染物的特征信息，按顺序在图像信息上确定多个指示点，所述多个指示点映射到第二参考系中，赋予第二拍摄单元4获取的三维信息，再从第二参考系映射到装置100所在的第三参考系，获得实际的多个路径点的信息，从而能够控制清理单元6依次到达多个路径点。在清理单元6到达每个路径点时，运动单元2都具有相应的运动姿态，由此得到一系列按顺序的运动姿态。将多个运动姿态构成的矩阵进行拟合之后，得到连续的运动姿态序列，从而运动单元2可以连续调整运动姿态，相应地，清理单元6随之连续地改变位置，从而确定清理路径。进一步地，还可以按照需要的运动姿态调整频率将所述运动姿态序列离散化，调节清理单元6的清理速度。

在一些实施例中，第一拍摄单元3能够获取障碍物的特征信息；处理和控制单元5可以设置为：使得清理单元6的清理路径避开障碍物。障碍物的特征信息也可以在终端显示于图像信息中，以便用户在确定所述指示区域或所述多个指示点时作为参考，使得确定的指示区域或多个指示点避开障碍物，防止装置100在清理工作中发生碰撞。

在一些实施例中，处理和控制单元5可以设置为：确定多条清理路径，并基于优化策略，从中选择最优路径。所述优化策略可以包括：清理路径是否较短、碰撞障碍物的几率、运动单元2调整运动姿态的难度大小、对放射性污染物的清理是否充分等。

图5示出了图1的装置100的模拟单元7的示意图，如图5所示，装置100还可以包括模拟单元7，设置为对清理单元6的清理过程进行模拟。在处理和控制单元5规划好清理路径之后，可以通过模拟单元7检测所述清理路径的可行性和清理操作的安全性。模拟结果可以显示于终端，图5示出了装置100在清理地面时的模拟情况，装置100可以在模拟环境中按照规划好的清理路径进行清理操作，同时模拟环境中能够示出放射性污染物和障碍物的相关信息，由此可以测试装置100是否能够准确清理污染区域并且能够避开障碍物。基于模拟结果，用户可以决定开始进行实际的清理工作或者返回对清理路径进行调整。

参照图3，装置100还可以包括感测单元10，设置为感测清理单元6与待清理区域之间的接触情况。感测单元10可以与清理单元6安装在一起，感测单元10可以安装于清理单元6与运动单元2之间。在清理单元6进行清理的过程中，感测单元10可以实时反馈清理单元6与待清理区域之间的接触力，感测单元10的感测结果可以显示于终端，以便用户实时监控清理单元6的工作状态以及装置100的安全性。

图6示出了图1的装置100的感测单元10的感测结果的示意图，具体为装置100在对地面进行清理的过程中感测单元10感测的接触力曲线图，其指示接触力随时间的变化关系。由图6可见，接触力基本保持在25N～30N之间，清理工作的进行较为平稳。

本实用新型用于清理放射性污染物的装置运用视觉识别技术和力控技术，并结合用户对污染区域的选择，开展自动去污，能够实现智能化操作、去污效率高，并且用户在终端的操作也较为简单，不需要经过长期训练也能较为容易地掌握。此外，用户还可以设置感测单元的灵敏度、清理单元的清理力度、清理方法等，从而能够针对不同污染情况灵活地开展清理工作。同时，在规划清理路径时还能兼顾周围环境的状况，防止装置发生碰撞，使用较为安全。

本实用新型的装置采用山东极创科技有限公司生产的履带式机器人底盘，使用由中国原子能科学研究院研发的康普顿相机获取放射性污染物的特征信息，使用由武汉库博特科技有限公司生产的COMATRIX 3D相机实现0.1mm的三维定位精度，使用Onrobot公司生产的六维力传感器解决力学控制问题，采用尤傲公司生产的UR10协作机械臂来携带相机以及力传感器，清理单元采用旋转打磨头，能够对地面1.3米范围内的放射性污染物进行清理，能够对墙面高度0.3m-2m范围内的放射性污染物进行清理，去污系数大于10。

虽然结合附图对本实用新型进行了说明，但是附图中公开的实施例旨在对本实用新型的实施方式进行示例性说明，而不能理解为对本实用新型的一种限制。为了清楚地示出各个部件的细节，附图中的各个部件并不是按比例绘制的，所以附图中的各个部件的比例也不应作为一种限制。

虽然本实用新型总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本实用新型总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (11)

1.一种用于清理放射性污染物的装置，其特征在于，包括：

主体(1)；

设于所述主体(1)的运动单元(2)，其能够改变运动姿态；

设于所述运动单元(2)的第一拍摄单元(3)，设置为拍摄目标区域以获得所述放射性污染物的特征信息；

设于所述运动单元(2)的第二拍摄单元(4)，设置为拍摄目标区域以获得所述目标区域的三维信息；

处理和控制单元(5)，设置为：基于所述放射性污染物的特征信息和所述目标区域的三维信息，确定待清理区域；以及

设于所述运动单元(2)的清理单元(6)，设置为对所述待清理区域进行清理。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：

基于所述第一拍摄单元(3)生成图像信息；

基于用户在所述图像信息上确定的指示区域，确定所述待清理区域。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：

基于所述第一拍摄单元(3)所在的第一坐标系与所述第二拍摄单元(4)所在的第二坐标系之间的转换关系以及所述目标区域的三维信息，将所述指示区域映射到所述第二坐标系；以及

基于所述第二坐标系与所述装置(100)所在的第三坐标系之间的转换关系，确定与所述指示区域相对应的所述待清理区域。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：确定所述清理单元(6)的清理路径。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：

在映射到所述第二坐标系的所述指示区域中，绘制多条具有预设间距的平行线；

将所述多条平行线与所述指示区域的边界线之间的多个交点沿弓字形连接，形成连接路径；以及

将所述连接路径映射到所述第三坐标系中，得到所述清理路径。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：

基于所述第一拍摄单元(3)生成图像信息；

基于用户在所述图像信息上确定的多个指示点，生成所述清理单元(6)的清理路径。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：

基于所述第一拍摄单元(3)所在的第一坐标系与所述第二拍摄单元(4)所在的第二坐标系之间的转换关系以及所述目标区域的三维信息，将所述多个指示点映射到所述第二坐标系；以及

基于所述第二坐标系与所述装置(100)所在的第三坐标系之间的转换关系，确定与所述多个指示点相对应的多个路径点。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理和控制单元(5)设置为：

控制所述清理单元(6)依次到达所述多个路径点，并记录所述运动单元(2)相应的多个运动姿态；以及

将所述多个运动姿态构成的矩阵进行拟合，得到连续的运动姿态序列，以确定所述清理路径。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一拍摄单元(3) 能够获取障碍物的特征信息；

所述处理和控制单元(5)设置为：使得所述清理单元(6)的清理路径避开所述障碍物。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括模拟单元(7)，设置为对所述清理单元(6)的清理过程进行模拟。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括感测单元(10)，设置为感测所述清理单元(6)与所述待清理区域之间的接触情况。

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