一种核电站救援与操作机器人 |
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| 申请号 | CN201610024048.5 | 申请日 | 2016-01-14 | 公开(公告)号 | CN105500332A | 公开(公告)日 | 2016-04-20 |
| 申请人 | 任曲波; | 发明人 | 任曲波; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种核电站救援与操作 机器人 ，包括轮履式机器人平台、机械手装置和监控仪，轮履式机器人平台包括底盘舱体，底盘舱体上设置有机械手装置，机械手装置包括机械手大臂，机械手大臂的前端通过机械手小臂与机械手相连，机械手大臂的末端铰接于 支架 上，支架通过回转关节安装在设于底盘舱体顶板上的安装座上，机械手大臂的中部与电动 推杆 相连；监控仪通过电动伸缩杆安装在支架后侧；底盘舱体顶板上设有核 辐射 探测仪，核辐射探测仪的参数显示屏正对设于底盘舱体顶板上的摄像机二。本发明适应环境性能强，能通过核辐射探测仪探测，确认现场环境状态，能在恶劣环境下代替人执行 开关 阀 门 堵漏和救援等任务，具有极高的实用性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种核电站救援与操作机器人，包括轮履式机器人平台，轮履式机器人平台包括底盘舱体(1)和设于底盘舱体(1)左右两侧的履带行走机构；其特征在于：还包括机械手装置和监控仪(20)，所述的机械手装置包括机械手大臂(16)、机械手小臂(17)、旋转关节、机械手抓(18)和回转关节，所述的机械手大臂(16)的前端通过旋转关节与机械手小臂(17)的前端铰连接，机械手小臂(17)的末端设有机械手抓(18)；所述的机械手小臂(17)的末端处设置有正对机械手抓(18)的摄像机一(26)；所述的机械手大臂(16)的末端铰接于支架(14)上，支架(14)通过可水平方向360度无限旋转的回转关节安装在设于底盘舱体(1)顶板后端上的安装座(13)上；所述的机械手大臂(16)的中部与安装在安装座(13)上的电动推杆(15)相连；所述的监控仪(20)通过电动伸缩杆(19)安装在支架(14)的后侧；所述的底盘舱体(1)顶板上设有核辐射探测仪(27)，核辐射探测仪(31)的参数显示屏正对设于底盘舱体(1)顶板上的摄像机二(28)。 |
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| 说明书全文 | 一种核电站救援与操作机器人技术领域[0001] 本发明涉及一种机器人，更具体地说，涉及一种核电站救援与操作机器人。 背景技术[0002] 随着我国经济建设的快速发展，煤炭石油等高污染化石燃料，对城市的空气污染造成了巨大破坏，节能低碳环保的核电，越来越受到全球发达国家的瞩目，加之日本福岛核电站事故的爆发，相关的救援勇士也曾经受到辐射而饱受疾病困扰。更使得核电站救援与操作机器人显得更为重要，而传统的救援与操作机器人不耐高温，不能适应核电站的恶劣环境，同时功能较少，无法完全替代人力。 发明内容[0003] 1.发明要解决的技术问题 [0004] 本发明的目的在于克服上述的不足，提供了一种核电站救援与操作机器人，采用本发明的技术方案，越障能力强，适应高低温环境和强酸强碱环境性能强，爬坡越障能力好，具有在高温、爆炸和强腐蚀环境下二次生存的能力，能通过核辐射探测仪探测，确认现场环境状态，能探测高温或者泄露点以及受灾人员，能使用温度传感器和气体探测器探测周围是否存在高温和有毒易爆可能，同时使用救援机械手，可实现远程遥控关闭阀门、切断泄露源或执行远程救援任务。 [0005] 2.技术方案 [0006] 为达到上述目的，本发明提供的技术方案为： [0007] 本发明的一种核电站救援与操作机器人，包括轮履式机器人平台，轮履式机器人平台包括底盘舱体和设于底盘舱体左右两侧的履带行走机构，还包括机械手装置和监控仪，所述的机械手装置包括机械手大臂、机械手小臂、旋转关节、机械手抓和回转关节，所述的机械手大臂的前端通过旋转关节与机械手小臂的前端铰连接，机械手小臂的末端设有机械手抓，机械手小臂的末端处设置有摄像机一；所述的机械手大臂的末端铰接于支架上，支架通过可水平方向360度无限旋转的回转关节安装在设于底盘舱体顶板后端上的安装座上；所述的机械手大臂的中部与安装在安装座上的电动推杆相连；所述的监控仪通过电动伸缩杆安装在支架的后侧；所述的底盘舱体顶板上设有核辐射探测仪，核辐射探测仪的参数显示屏正对设于底盘舱体顶板上的摄像机二。 [0008] 更进一步地，所述的监控仪为云台摄像机或红外热像仪或红外可见光双光一体化监控仪。 [0009] 更进一步地，所述的底盘舱体的前端设置有激光雷达。 [0010] 更进一步地，所述的底盘舱体的前侧及左右两侧均设置有温度传感器。 [0011] 更进一步地，所述的底盘舱体上设置有气体探测器，每个气体探测器上均连接有报警器。 [0012] 更进一步地，所述的底盘舱体的底部或顶部设置有水箱，水箱的侧板上开设有排水排污口；所述的底盘舱体的顶板上开设有进水口和出水口，进水口和出水口均与水箱底盘连通。 [0013] 更进一步地，所述的底盘舱体的左右两侧面板上均设置有可作为控制箱或电源箱的箱体，该箱体的四个角均设有倒角；每个所述的箱体均位于履带行走机构中底盘防腐金属履带所形成的上平面和下平面之间；所述的箱体与底盘防腐金属履带所形成的上平面之间设置有张紧装置，所述的张紧装置包括“U”字形张紧板和形成于箱体两侧的滑轨板，所述的张紧板的平板通过张紧弹簧安装在箱体顶板上，张紧板的两侧板分别可滑动地安装在滑轨板内。 [0014] 更进一步地，所述的履带行走机构包括底盘防腐金属履带、底盘主动轮和与底盘舱体侧面板转动连接的底盘从动轮，所述的底盘防腐金属履带套装在底盘主动轮、底盘从动轮上；所述的底盘主动轮通过驱动轴与设于底盘舱体后舱内的行走驱动减速机相连，行走驱动减速机与行走驱动电机相连。 [0015] 更进一步地，两所述的履带行走机构外侧设有呈左右对称的两金属鳍臂，所述的金属鳍臂包括鳍臂防腐金属履带、鳍臂金属支架、与底盘从动轮固连的鳍臂主动轮和与鳍臂金属支架转动连接的鳍臂从动轮，所述的鳍臂防腐金属履带套装在鳍臂主动轮、鳍臂从动轮上；所述的底盘舱体的前舱中间位置处设有鳍臂角度控制电机，所述的鳍臂角度控制电机与鳍臂旋转驱动减速机相连，鳍臂旋转驱动减速机上插接有转轴；所述的转轴的两端分别伸出底盘舱体左右两侧面板并穿过底盘从动轮和鳍臂主动轮后与鳍臂金属支架固连；所述的鳍臂旋转驱动减速机的输出口内设有手动旋转轴。 [0017] 3.有益效果 [0018] 采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果： [0019] (1)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其机械手大臂的前端通过旋转关节与机械手小臂的前端铰连接，实现机械手小臂的折叠角度变换，机械手小臂的末端设有机械手抓，机械手抓可实现旋转及开合，用于启闭阀门及抓取物体等救援工作，机械手小臂的末端处设置有摄像机一，用于观测对准物体及手抓物体的效果，机械手大臂的末端铰接于支架上，支架通过可水平方向360度无限旋转的回转关节安装在设于底盘舱体顶板后端上的安装座上，可实现水平方向360度无限旋转，以便机械手抓能够水平方向360度内全方位工作，机械手大臂的中部与安装在安装座上的电动推杆相连，便于控制机械手大臂抬起及放下； [0020] (2)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其所述的底盘舱体顶板上设有核辐射探测仪，核辐射探测仪的参数显示屏正对设于底盘舱体顶板上的摄像机二，能够清楚地了解核辐射探测仪监测到的数据； [0021] (3)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其监控仪通过电动伸缩杆安装在支架的后侧，可高视角远距离侦查，且全方位监测，监控仪为红外可见光双光一体化监控仪，红外可见光双光一体化监控仪内配备高性能红外热成像模块和可见光模块，能够360°全方位旋转，能实现可见光摄像与红外线热成像双重成像功能，实现机器人的昼夜工作，同时，利用红外线成像加可见光摄像机，探测管线泄漏点、着火点或待救人员，可以通过细微的温度变化作出判断，确定最佳行走路线和救援方案； [0022] (4)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其底盘舱体的前端设置有激光雷达，确保机器人在浓烟浓雾黑夜无光环境等极度恶劣环境下快速绘制现场地图，便于制定进攻和撤退路线； [0023] (5)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其底盘舱体的前侧及左右两侧均设置有温度传感器，能够监测轮履式机器人平台前方及左右两侧方的温度情况； [0024] (6)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其底盘舱体的顶板上设置有气体探测器，每个气体探测器上均连接有报警器，用于了解现场的气体情况； [0025] (7)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其底盘舱体上设置有冷却水箱，冷却水箱的进水口与设于底盘舱体上的进水口连通，冷却水箱的出水口与设于底盘舱体顶板上的出水口连通，冷却水箱内可以灌注有防冻冷却液，在高温环境下，通过液体蒸发，应急提供机器人恒温保障，冷却水箱的侧板上开设有排水排污口，用于排水或排污； [0026] (8)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其底盘舱体的左右两侧面板上均设置有可作为控制箱或电源箱的箱体，该箱体的四个角均设有倒角，替代传统中控制电路或者电池安装在底盘舱体内，使得底盘舱体内部预留出更多地使用空间，也使得维修人员能直接在外进行维修或维护，维修方便，省时省力，每个箱体均位于履带行走机构中底盘防腐金属履带所形成的上平面和下平面之间，且箱体的四个角均设有倒角，对底盘防腐金属履带起到支撑及导向的作用，为底盘防腐金属履带提供行走轨迹，确保底盘防腐金属履带不会因悬挂结构的瘫痪而使得履带失去引导； [0027] (9)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其箱体与履带行走机构中底盘防腐金属履带所形成的上平面之间设置有张紧装置，用于补偿底盘防腐金属履带由于运行磨损后产生的间隙，张紧装置包括“U”字形张紧板和固定安装在箱体两侧的滑轨板，张紧板的平板通过张紧弹簧安装在箱体顶板上，结构简单，区别于传统履带系统调节前轴或者后轴的间距实现履带涨紧的传统工艺和技术，利用张紧弹簧的弹力推动张紧板上抬，自动补偿履带由于运行磨损后产生的间隙，实现对底盘防腐金属履带免维护的目的，大大提高机器人平台的可靠运行时间，降低对机器人平台维护的难度，降低使用成本，张紧板的两侧板分别可滑动地安装在滑轨板内，限定张紧板只能上下运动，避免张紧板左右晃动； [0028] (10)本发明的一种核电站救援与操作机器人，其两履带行走机构外侧设有呈左右对称的两金属鳍臂，履带行走机构结合金属鳍臂，使得轮履式机器人平台既可以向前向后移动，又能提高爬坡越障能力，操作灵活方便，另外由于鳍臂防腐金属履带和底盘防腐金属履带，具有耐高温，耐腐蚀的优点，在高温、爆炸和强腐蚀环境下具有二次生存的能力； [0030] 图1为本发明的一种核电站救援与操作机器人的侧视图 [0031] 图2为本发明的一种核电站救援与操作机器人的立体图； [0032] 图3为本发明中轮履式机器人平台的剖视图； [0033] 图4为本发明中底盘舱体的侧视图。 [0034] 示意图中的标号说明：1、底盘舱体；101、箱体；102、张紧板；103、张紧弹簧；104、滑轨板；201、底盘防腐金属履带；202、底盘主动轮；203、底盘从动轮；301、鳍臂防腐金属履带；302、鳍臂主动轮；303、鳍臂从动轮；304、鳍臂金属支架；4、鳍臂角度控制电机；5、转轴；6、行走驱动减速机；7、行走驱动电机；8、鳍臂旋转驱动减速机；9、手动旋转轴；10、抬手柄；11、冷却水箱；12、排水排污口；13、安装座；14、支架；15、电动推杆；16、机械手大臂；17、机械手小臂；18、机械手抓；19、电动伸缩杆；20、监控仪；21、激光雷达；22、温度传感器；23、气体探测器；24、报警器；25、备用电池；26、摄像机一；27、核辐射探测仪；28、摄像机二。 具体实施方式[0035] 为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。 [0036] 实施例1 [0037] 结合图1、图2和图3，本实施例的一种核电站救援与操作机器人，包括轮履式机器人平台，包括底盘舱体1和设于底盘舱体1左右两侧的履带行走机构，本实施例中底盘舱体1的前后两侧面均为向内倾斜的斜面，提高机器人平台的越障能力；为了便于搬运底盘舱体1，底盘舱体1的左右两侧面板的前后位置处均设置有抬手柄10，而为了方便携带保险丝、紧急药物以及紧急器材，抬手柄10为空心管，空心管的开口处螺纹连接有端盖；履带行走机构包括底盘防腐金属履带201、底盘主动轮202和与底盘舱体1侧面板转动连接的底盘从动轮 203，底盘防腐金属履带201具有耐高温，耐腐蚀的优点，在高温、爆炸和强腐蚀环境下具有二次生存的能力，本实施例中底盘防腐金属履带201为可以增加齿块或橡胶垫的带孔履带，根据使用环境的不同，增加齿块用于爬楼梯等环境，或者安装橡胶垫用于行走降噪或增大接地摩擦力；底盘防腐金属履带201套装在底盘主动轮202、底盘从动轮203上，底盘主动轮 202通过驱动轴与设于底盘舱体1后舱内的行走驱动减速机6相连，行走驱动减速机6与行走驱动电机7相连；两履带行走机构外侧设有呈左右对称的两金属鳍臂，履带行走机构结合金属鳍臂，使得轮履式机器人平台既可以向前向后移动，又能提高爬坡越障能力，操作灵活方便；金属鳍臂包括鳍臂防腐金属履带301、鳍臂金属支架304、与底盘从动轮203固连的鳍臂主动轮302和与鳍臂金属支架304转动连接的鳍臂从动轮303，鳍臂防腐金属履带301具有耐高温，耐腐蚀的优点，在高温、爆炸和强腐蚀环境下具有二次生存的能力，本实施例中鳍臂防腐金属履带301为带孔履带，便于根据使用环境的不同，增加齿块用于爬楼梯等环境，或者安装橡胶垫用于行走降噪或增大接地摩擦力；鳍臂主动轮302与底盘从动轮203固连，以便鳍臂主动轮302与底盘从动轮203同时旋转，接收底盘防腐金属履带201传递过来的底盘主动轮202的动力；鳍臂防腐金属履带301套装在鳍臂主动轮302、鳍臂从动轮303上，鳍臂防腐金属履带301处于鳍臂金属支架304的外缘，用于接触地面，实现爬坡越障等功能；底盘舱体1的前舱中间位置处设有鳍臂角度控制电机4，鳍臂角度控制电机4与鳍臂旋转驱动减速机8相连，鳍臂旋转驱动减速机8上插接有转轴5；转轴5的两端分别伸出底盘舱体1左右两侧面板并穿过底盘从动轮203和鳍臂主动轮302后与鳍臂金属支架304固连，转轴5的两端与鳍臂金属支架304固连以实现同步旋转的目的，转轴5的旋转角度由鳍臂旋转驱动减速机8进行调节，而鳍臂旋转驱动减速机8的旋转可以通过鳍臂角度控制电机4带动，也可以通过在鳍臂旋转驱动减速机8上插接有手动旋转轴9，手动带动；具体地鳍臂主动轮302与底盘从动轮203通过两个轴承外套在转轴5上，在不连接底盘防腐金属履带201的情况下，可以自由旋转，在连接底盘防腐金属履带201后，成为传递底盘主动轮202动力到鳍臂从动轮303的过渡装置； [0038] 底盘舱体1的左右两侧面板上均设置有可作为控制箱或电源箱的箱体101，替代传统中控制电路或者电池安装在底盘舱体1内，使得底盘舱体1内部预留出更多地使用空间，也使得维修人员能直接在外进行维修或维护，维修方便，省时省力，每个箱体101均位于履带行走机构中底盘防腐金属履带201所形成的上平面和下平面之间，且箱体101的四个角均设有倒角，对底盘防腐金属履带201起到支撑及导向的作用，为底盘防腐金属履带201提供行走轨迹，确保底盘防腐金属履带201不会因悬挂结构的瘫痪而使得履带失去引导；箱体101与底盘防腐金属履带201所形成的上平面之间设置有张紧装置，用于补偿底盘防腐金属履带201由于运行磨损后产生的间隙，张紧装置包括“U”字形张紧板102和固定安装在箱体 101两侧的滑轨板104，张紧板102的平板通过张紧弹簧103安装在箱体101顶板上，结构简单，区别于传统履带系统调节前轴或者后轴的间距实现履带涨紧的传统工艺和技术，利用张紧弹簧103的弹力推动张紧板102上抬，自动补偿履带由于运行磨损后产生的间隙，实现对底盘防腐金属履带201免维护的目的，大大提高机器人平台的可靠运行时间，降低对机器人平台维护的难度，降低使用成本，张紧板102的两侧板分别可滑动地安装在滑轨板104内，限定张紧板102只能上下运动，避免张紧板102左右晃动； [0039] 底盘舱体1上设置有冷却水箱11，冷却水箱11的底部设有排水排污口12，用于排水或排污，本实施例中冷却水箱11设置于底盘舱体1底部(参见图4所示)；冷却水箱11的进水口与设于底盘舱体1上的进水口连通，冷却水箱11的出水口与设于底盘舱体1顶板上的出水口连通，冷却水箱11内可以灌注有防冻冷却液，在高温环境下，通过液体蒸发，应急提供机器人恒温保障； [0040] 底盘舱体1的顶板上设置有机械手装置，机械手装置包括机械手大臂16、机械手小臂17、旋转关节、机械手抓18和回转关节，机械手大臂16的前端通过旋转关节与机械手小臂17的前端铰连接，实现机械手小臂17的折叠角度变换；机械手小臂17的末端设有机械手抓 18，机械手抓18可实现旋转及开合，用于启闭阀门及抓取物体等救援工作；机械手小臂17的末端处设置有摄像机一26，用于观测对准物体及手抓物体的效果；机械手大臂16的末端铰接于支架14上，支架14通过可水平方向360度无限旋转的回转关节安装在设于底盘舱体1顶板后端上的安装座13上，可实现水平方向360度无限旋转，以便机械手抓18能够水平方向 360度内全方位工作；机械手大臂16的中部与安装在安装座13上的电动推杆15相连，便于控制机械手大臂16抬起及放下；支架14上设有可旋转的天线，避免工作时折弯；监控仪20通过电动伸缩杆19安装在支架14的后侧，能够随着支架14一并旋转，监控视角更为全面，监控仪 20为红外可见光双光一体化监控仪，能实现可见光摄像与红外线热成像双重成像功能，实现机器人的昼夜工作，同时，利用红外线成像加可见光摄像机，探测管线泄漏点、着火点或待救人员，可以通过细微的温度变化作出判断，确定最佳行走路线和救援方案；底盘舱体1顶板上设有核辐射探测仪27，核辐射探测仪31的参数显示屏正对设于底盘舱体1顶板上的摄像机二28，能够清楚地了解核辐射探测仪监测到的数据；底盘舱体1的前端设置有激光雷达21，不需要任何光线，只需利用激光雷达21生成地图，进而操作机器人按照地图前进，确保机器人在浓烟浓雾黑夜无光环境等极度恶劣环境下能够进行执行任务，并顺利返回；底盘舱体1的前侧及左右两侧均设置有温度传感器22，能够监测轮履式机器人平台前方及左右两侧方的温度情况；底盘舱体1的顶板上设置有气体探测器23，每个气体探测器23上均连接有报警器24，底盘舱体1的顶板上设置有背包式备用电池25，用于了解火灾现场的气体情况，为机器人提供应急电源，再次延长工作时间，拓展机器人行走距离。 [0041] 实施例2 [0042] 本实施例的一种核电站救援与操作机器人的基本结构同实施例1，不同之处在于：监控仪20为红外热像仪，能够通过细微的温度变化发现管线泄漏点、着火点或待救人员。 [0043] 实施例3 [0044] 本实施例的一种核电站救援与操作机器人的基本结构同实施例1，不同之处在于：监控仪20为云台摄像机，能够清楚了解现场情况。 [0045] 本发明的一种核电站救援与操作机器人，越障能力强，适应高低温环境和强酸强碱环境性能强，爬坡越障能力好，具有在高温、爆炸和强腐蚀环境下二次生存的能力，能通过核辐射探测仪探测，确认现场环境状态，能探测高温或者泄露点以及受灾人员，能使用温度传感器22和气体探测器23探测周围是否存在高温和有毒易爆可能，同时使用救援机械手，可实现远程遥控关闭阀门、切断泄露源或执行远程救援任务。 [0046] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。 |
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