一种多功能自动辐射巡测机器人

技术领域

本申请属于辐射防护与环境保护技术领域，尤其涉及一种多功能自动辐射巡测机器人。

背景技术

随着核工业技术的不断发展成熟，放射性核素在生产、生活中的应用越来越广泛，尤其是在关系国计民生的军事和能源领域更是扮演着非常重要的角色。表面污染测量放射性操作作业场所必不可少的监测内容，是有效实施人员防护、放射性废物管理及各类涉核活动安全开展的有效支撑。在核辐射环境监测或核事故应急测量中，表面污染测量结果是启动防护行动、清污操作或去污操作的决策依据。在核设施退役中，表面污染测量贯穿于退役工程项目实施的始终，即作为退役方案设计的重要依据，又作为的建(构)筑物拆除、场址开放前的最后一道防线，为人员和环境安全拉起最后一道防线。在核设施运行、核应急，尤其是在核设施退役源项调查、建(构)筑物终态测量及场址终态测量过程中面临着大面积放射性污染表面的辐射测量。

目前在针对上述大面积放射性污染表面的辐射测量，尤其是核设施退役中的源项调查、建(构)筑物终态监测及场址终态监测，仍以传统的人工测量为主，工作量极为庞大，测量效率不高，耗时耗力，且不利于辐射防护最优化；同时墙面、天花板等位置测量需要登高作业，存在工业安全风险。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种多功能自动辐射巡测机器人，该机器人能够在设定空间内对墙面、地面、天花板等进行自动巡测，可安全、快速地对辐射环境进行持续监测，为核技术研究和应用提供保障。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种多功能自动辐射巡测机器人，所述机器人包括全向移动小车、位姿调整机构、探测系统和控制系统，所述的全向移动小车、位姿调整机构、控制系统通过控制线和机械螺丝连接；所述探测系统安装在全向移动小车和位姿系统上。

在一些实施例中，所述全向移动小车可以沿X、Y两个方向运动和原地0～360°任意角度旋转，其中所述X方向为与探测表面相平行的方向，所述Y方向与所述X方向相垂直。

在一些实施例中，所述的位姿调整机构包括多级缸、第一关节电机、第一关节连接杆、关节连接筒、第二关节连接杆、探测器连接座和激光测距雷达；所述多级缸、第一关节电机、第一关节连接杆、关节连接筒、第二关节连接杆、探测器连接座和激光测距雷达依次通过连接线和机械方式进行连接固定；所述多级缸为伸缩式结构。

在一些实施例中，所述的位姿调整机构还包括第二关节电机，所述第二关节电机用于驱动所述探测器连接座转动；第二关节连接杆活动连接至第一关节连接杆。

在一些实施例中，所述的位姿调整机构还包括激光位移传感器。

在一些实施例中，所述的激光位移传感器为两个，分别固定于探测系统的两侧；所述的激光测距雷达为八个，分别固定于全向移动小车的上表面。

在一些实施例中，所述的探测系统包括α/β表面污染探测器、γ探测器和视频摄像头，所述的α/β表面污染探测器、γ探测器安装在探测器连接底座上；所述的视频摄像头安装在全向移动小车的顶部。

在一些实施例中，所述α/β表面污染探测器的表面α测量计数范围为0cps～20000cps，表面β测量计数范围为0cps～20000cps。

在一些实施例中，所述γ探测器的γ剂量率测量范围为0.1μSv/h-1mSv/h。

在一些实施例中，所述控制系统包括下位机和上位机和操作手柄，所述下位机位于全向移动小车上；所述上位机为物理连接的独立的便携式计算机、台式计算机或工控机；所述操作手柄与下位机、上位机独立设置。

本发明的有益效果是：本发明公开的多功能自动辐射巡测机器人集成控制系统、探测系统、机器人系统为一体，通过多传感器融合技术、机器视觉技术、自动控制技术实现大面积辐射作业场所放射性污染表面的自动化快速测量，极大提高了大面积辐射测量的效率，可避免人工测量带来的辐照危害、登高作业带来的工业危害等，解决了人工测量耗时、耗力的问题，本发明公开的多功能自动辐射巡测机器人为辐射环境的判定、平整表面的污染测量提供了快速、简便、有效的测量方案。本发明公开的多功能自动辐射巡测机器人适用于核设施运行、核退役、核应急等场景下大面积放射性污染表面的辐射水平的自动化测量，具有通用。

附图说明

图1为本发明的多功能自动辐射巡测机器人结构示意图；

图中：1.全向移动小车；2.位姿调整机构；3.探测系统；4.控制系统；21.多级缸；22.第一关节电机；23.第一关节连接杆；24.关节连接筒；25.第二关节连接杆；26.第二关节电机；27.探测器连接座；28.激光位移传感器；29.激光测距雷达；31.α/β表面污染探测器；32.γ探测器；33.视频摄像头；41.下位机；42.上位机；43.操作手柄。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

为了说明本申请的技术方案，下面通过以下实施例来进行说明。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

一种多功能自动辐射巡测机器人，该机器人包括全向移动小车1、位姿调整机构2、探测系统3和控制系统4，全向移动小车1、位姿调整机构2、控制系统4通过控制线和机械螺丝连接；探测系统3安装在全向移动小车1和位姿系统2上。

本申请探测系统4控制全向移动小车1在探测表面附近移动，并控制位姿调整机构2和探测系统3上探测器的探测位置和探测方向发生改变，从而控制全向移动小车1、位姿调整机构2和控制探测系统3各部分协同作用，实现地面、墙面、屋顶等不同作业区域内污染水平的自动巡测。

本申请的自动辐射巡测装置可应用于核设施运行、核设施退役、核应急等场景下，该装置可以自动对放射性污染建构筑物、实验场地、仪器设备的底面、立面、天花板等大面积平整表面进行辐射巡测，避免人工测量带来的辐射危害，极大提高工作效率，避免由于登高作业等造成的工业安全风险。

在一些实施例中，全向移动小车1可以沿X、Y两个方向运动和原地0～360°任意角度旋转，其中X方向为与探测表面相平行的方向，Y方向与X方向相垂直。

在一些实施例中，位姿调整机构包括多级缸21、第一关节电机22、第一关节连接杆23、关节连接筒24、第二关节连接杆25、探测器连接座27和激光测距雷达29；多级缸21、第一关节电机22、第一关节连接杆23、关节连接筒24、第二关节连接杆25、探测器连接座27和激光测距雷达29依次通过连接线和机械方式进行连接固定；多级缸21为伸缩式结构。

通过全向移动小车1前后左右移动，以将巡测机器人移动至待探测表面附近的合适位置进行辐射测量。

多级缸高度可调节。通过控制多级缸21和第一关节电机22配合工作，第一关节电机22驱动多级缸21伸长或缩短，以调整第二关节连接杆25的高度，以控制探测器连接底座27距离探测表面的间隙，从而调节各探测器与探测表面的距离。探测器连接座27距地面距离最小可达0.5cm。

探测器连接座27距探测表面的最高高度由多级缸21高度及第二关节连接杆25长度决定。

在一些实施例中，位姿调整机构还包括第二关节电机26，第二关节电机26用于驱动探测器连接座27转动；第二关节连接杆25活动连接至第一关节连接杆23。

借助关节连接筒24，将第二关节连接杆25活动连接至第一关节连接杆23，使得第二关节连接杆25可以绕第一关节连接杆23的轴线方向旋转任意角度，以使探测器可移动至墙面、屋顶等非底面类作业区域内。

通过控制系统控制第二关节电机26以驱动探测器连接座27转动，以调整各探测器与探测表面之间的角度，以实现本机器人对墙面、屋顶等非地面作业区域内的污染水平的自动巡测，从而实现底面、立面、顶面等放射性污染表面的无死角测量。

在一些实施例中，位姿调整机构还包括激光位移传感器28。

利用激光位移传感器28和激光测距雷达29检测探测器与探测表面的距离，可通过测量其与探测平面之间的距离，判定测量探头与测量平面之间的角度，反馈给控制系统后再进行调节，使测量探测器和测量平面相平行。

在一些实施例中，激光位移传感器28为两个，分别固定于探测系统的两侧；的激光测距雷达29为八个，分别固定于全向移动小车1的上表面。

一些实施例中，各激光位移传感器28分别固定于α/β表面污染测量探器31的上边沿和下边沿；位移测量精度为1μm。各激光测距雷达29的量程为0.05～70m，位移测量精度小于7cm。

在一些实施例中，探测系统3包括α/β表面污染探测器31、γ探测器32和视频摄像头33，的α/β表面污染探测器31、γ探测器32安装在探测器连接底座27上；的视频摄像头33安装在全向移动小车1的顶部。

本实施例中利用α/β表面污染探测器31、γ探测器32用于测量探测表面的α、β、γ辐射情况，利用视频摄像头33实现监视可视化。

在一些实施例中，α/β表面污染探测器31的表面α测量计数范围为0cps～20000cps，表面β测量计数范围为0cps～20000cps。

在一些实施例中，γ探测器32的γ剂量率测量范围为0.1μSv/h-1mSv/h。

在一些实施例中，控制系统4包括下位机41和上位机42和操作手柄43，下位机41位于全向移动小车1上；上位机42为物理连接的独立的便携式计算机、台式计算机或工控机；操作手柄43与下位机41、上位机42独立设置。

操作手柄43用于专门控制全向移动小车的运动。下位机41固定于全向移动小车1上。

上位机42向下位机41发射指令，下位机41通过无线数据连接接收来自上位机42的指令，对全向移动小车1、多级缸21、第一关节电机22、第二关节电机26、激光位移触感器28、探测系统3进行操作控制，并反馈指令实施情况给上位机42。上位机42通过无线局域网与下位机41进行数据传输。

在一些实施例中，上位机42设置了多功能自动辐射巡测机器人的显示和控制面板，通过上位机42设定巡测空间及空间内地面、墙面、屋顶等待测区域及巡测路径，监测人员只需操作上位机或操作手柄，即可实现指定区域内、指定表面和区域的放射性污染测量；测量数据可通过下位机41反馈回上位机42，形成网格化表面污染地图。

实施例1

一种多功能自动辐射巡测机器人，如图1所示，该机器人包括：全向移动小车1、位姿调整机构2、探测系统3和控制系统4，其中位姿调整机构2包括：多级缸21，第一关节电机22，第一关节连接杆23，关节连接筒24，第二关节连接杆25，第二关节电机26，探测器连接座27，激光位移传感器28，激光测距雷达29；探测系统包括：α/β表面污染探测器31，γ探测器32，视频摄像头33；控制系统包括：下位机41，上位机42，操作手柄43。

本实施例中，连接多级缸的第一关节电机22的力臂166mm，扭矩3.6Nm；第二关节电机26的力臂700mm，扭矩61.7Nm；激光位移传感器的位移测量精度为1μm；激光测距雷达的量程为0.05～70m，其位移测量精度小于7cm。该多功能自动辐射巡测机器人对某核设施建筑物地面、墙面进行表面污染测量，工作工程如下：

S1：测量之前进行机器人通电检查，分别确定机器人接电是否正常、上位机是否通电；显示面板、全向移动小车、探测器等以及所有按钮是否正常工作；

S2：确定机器人所有部件一切正常之后，通过操作手柄将多功能自动辐射巡测机器人置于作业区域内，通过激光测距雷达进行作业空间尺寸测量，绘制作业区域轮廓；在上位机上人工设定测量区域、测定表面、巡测途径等指令信息；

S3：启动自动巡测模式开始测量；机器人按照设定路径在整个房间内进行扫描测量，测量过程中获得的数据即时传输至上位机保存记录，单次测量面积为20cm×20cm(α/β表面污染探头的面积)，测量完成后自动换下一位置进行测量。测量过程中两个激光位移传感器分别测量距待测面的距离，并根据测定结果调整探测器距待测面的距离和角度，该动作在每次位移动作完成、测量动作开始前进行。

S4：设定待测区域的全部待测面及测量位点完成后，形成完成的建筑物内地面、墙面的表面污染地图，包括α/β表面污染和表面γ剂量率，对数据进行保存。

S5：测量完毕，各部件进行归为，断电。

通过本发明的多功能自动辐射巡测机器人对某核设施某建筑物进行了退役后建(构)筑物终态测量，对长7m、宽5m、高3m的房间地面、侧墙、屋顶进行了自动巡测，测量结果表面该建筑物墙面和地面均无污染。

本申请不局限于上述具体实施方式，所属技术领域的技术人员从上述构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本申请的保护范围之内。