耐辐照水下监测机器人制造技术

本发明专利技术属于一种水下机器人，具体公开一种耐辐照水下监测机器人，远程控制器通过ＣＡＮ总线传输控制指令给主控制器，再由主控制器分别传输给监视与录像机、机器人本体、俯仰云台、水下照明、水下摄像头、机械手；监视与录像机是水下摄像头视频数据采集的后处理部分，显示和录制水下摄像头的视频信息；传感器采集机器人本体的姿态和压力信息传输给主控制器。本发明专利技术的机器人能够在环境剂量为１０↑［５］ｒａｄ辐照环境下连续运行１０个小时，体积小、结构紧凑，运行平稳，自动与手动控制相结合，满足不同运动要求控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种水下机器人，具体涉及一种应用于高放射性核环境的水下设备维修监测、堆内构件及核电站关键设备目视检查和水下作业的耐辐照水下监测机器人。
技术介绍
核电厂在长期运行后，可能导致堆内构件尤其是吊篮筒体外侧辐照监督管的损坏。为保证核电厂安全、稳定运行，必须确保堆内构件的完好，必要时需要对其进行检测、维 修和零部件更换。由于堆内构件处于高放射性环境，检测人员和维修人员辐照风险大，难度高，因此必须开发一套自动检测和维修系统对堆内构件等核辐射环境下的设备进行检测、维修和零部件更换。水下机器人是一种浮游于水中的自动机械系统，通过搭载不同的传感部件，如摄像头、传感器等，在操作人员的遥控下或者计算机自动控制下完成水下视频检测、水下作业的机电仪一体化系统。运行于河道或者海洋领域的民用水下机器人已经在国内外有广泛的应用，比如河道堤坝检测机器人和海洋深水机器人。然而民用水下机器人系统一般体积较大，重量较重，运动灵活性差，不具备狭小空间设备检测的机动灵活性，不具备耐辐照特性，无法应用于核环境，同时该类水下机器人一般只具备观察机的功能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种耐辐照水下监测机器人，该机器人能够深入到换料水池，对反应堆内构件的完好性进行视频检查，能够悬停在换料水池中的任何位置，监控堆内构件维修和零部件更换的全过程，确保堆内构件维修和零部件更换的顺利进行，能够拾取水池内的异物，完成换料水池的清洁工作。实现本专利技术目的的技术方案一种耐辐照水下监测机器人，它包括主控制器、远程控制器、监视与录像机、机器人本体、俯仰云台、水下照明装置、水下摄像头、机械手以及姿态传感器，监视与录像机是水下摄像头视频数据采集的后处理部分，显示和录制水下摄像头的视频信息；其中，主控制器采用CAN总线分布式控制方式，主控制器的所有控制指令以及信号数据通过CAN总线与远程控制器进行交互，实现系统功能；远程控制器通过CAN总线传输控制指令给主控制器，再由主控制器分别传输给监视与录像机、机器人本体、俯仰云台、水下照明、水下摄像头、机械手；姿态传感器采集机器人本体、俯仰云台、水下照明、水下摄像头和机械手的信息传输给主控制器。所述的机器人本体包括后下舱、后上舱、前左舱、前右舱、水平面左推进器、水平面右推进器、竖直面右推进器、竖直面左推进器、底座、基础框架；底座上固定有两个间隔竖直放置的基础框架，后下舱和位于后下舱上部的后上舱外部沿其周向均分别间隔设有两周凸缘，前左舱和与前左舱在同一水平面上的前右舱外部沿其周向均分别设有一周凸缘，后下舱、后上舱、前左舱、前右舱上的凸缘与基础框架的侧壁固定连接；水平面左推进器和水平面右推进器位于在后下舱和后上舱、且两者位于同一个水平面上，水平面左推进器、水平面右推进器分别与两个基础框架之间固定连接；竖直面左推进器位于前左舱与后上舱之间，竖直面右推进器位于前右舱与后上舱之间，且竖直面右推进器和竖直面左推进器在同一个竖直平面上，竖直面右推进器、竖直面左推进器分别与两个基础框架之间固定连接。所述的前左舱内设有具有一个旋转自由度的俯仰云台，俯仰云台的俯仰云台变速机构和驱动变速机构的俯仰云台驱动电机位于前左舱内，俯仰云台的自由端位于前左舱外部；俯仰云台的自由端上固定有水下摄像头和机械手，水下摄像头壳体两侧壁上分别固定有一个水下照明装置，机械手由伸缩手臂控制电机、手指开合控制电机、机械手指依次连接组成；后下舱内设有姿态传感器，姿态传感器包括压力传感器和罗盘，压力传感器和罗盘分别固定在后下舱内壁上；机械手上的伸缩手臂控制电机、手指开合控制电机和机械手指、俯仰云台上的俯仰云台变速机构和俯仰云台驱动电机、水下照明装置通过控制线缆均与固定在底座上的集线器连接，连接集线器的另一端通过控制线缆与主控制器连接，姿态传感器的压力传感器、罗盘的传感信号传输线通过水密接插件与主控制器连接。所述的后下舱与后上舱之间通过中空机构固定连接；推进器分别固定在一个卡式联结件上，卡式联结件通过防松螺栓与基础框架上连接；底座上固定有配重块；防撞架为弧形架，防撞架的底端固定在底座上，防撞架的另一端固定在基础框架的侧壁上，且水下摄像头、水下照明装置和机械手位于防撞架的弧形内，防撞架是水下摄像头、水下照明装置和机械手的保护架，避免由于人为误操作导致水下摄像头、水下照明装置和机械手的碰撞损坏。所述的基础框架顶部设有吊装孔；舱体的凸缘与基础框架之间通过防松螺栓连接；配重块通过角铁及防松螺栓联结在底座上，基础框架通过防松螺栓固定在底座上，防撞架的两端均通过防松螺栓分别固定底座和基础框架上；水下摄像头为耐辐照摄像头，具有变焦和自动对焦作用；水下照明装置采用低功率高亮度LED封装而成，通过螺栓联结分别安装在水下摄像头壳体两侧；伸缩手臂控制电机、手指开合控制电机与机械手指之间通过防松螺栓组合在一起；推进器均采用15W电机，其工作电压为0-20V，转速为0-650rpm，能够产生最大推力为I. IKgo所述的机器人本体、俯仰云台、水下照明装置、水下摄像头和机械手均为耐辐照材料。本专利技术的有益效果在于本专利技术的耐辐照水下监测机器人的特点是整个系统采用耐辐照设计，可以运行在高剂量核辐射环境下，可以在最高环境剂量率达到105rad的环境下连续运行10个小时；同时本专利技术所述的耐辐照水下监测机器人是一个水中浮游机器人，可以悬停在40米水深的任何深度位置；本专利技术所述的耐辐照水下机器人采用手动/自动切换运动控制，当自动运行控制时，利用多传感器融合技术，通过反馈控制，实现机器人的定向定深自动运行，定向精确，定深悬停稳定。体积小、结构紧凑，运行平稳，自动与手动控制相结合，满足不同运动要求控制。该机器人能够深入到换料水池，对反应堆内构件的完好性进行视频检查，能够悬停在换料水池中的任何位置监控堆内构件维修和零部件更换全过程，确保堆内构件维修和零部件更换的顺利进行，能够拾取水池内的异物，完成换料水池的清洁工作。具备水下电视、水下照明、水下异物抓取功能，该机器人能够作为核电厂停堆检修时堆内构件的检查机器人，在进行堆内构件维修与部件更换时可以作为堆内构件维修的监控机器人，同时可以对核电厂换料水池内异物进行清理。该机器人也可以作为其他非核领域水下设备的监测、监控以及清理工作。附图说明图I为耐辐照水下机器人系统框架图；图2和图3为机器人本体的三维立体图；图4为机器人本体及功能部件的二维结构示意图；图5为图4的A-A向剖视图；图6为图5的B-B向剖视图；图7为图4的C-C向剖视图；图8为舱体与基础框架联结的结构示意图。图中1.底座；2.配重块；3.水密接插件；4.后下舱；5.水密接插件；6.基础框架；7.后上舱；8.吊装孔；9.集线器；10.水下摄像头；11.水下照明装置；12.伸缩手臂控制电机；13.机械手指；14.手指开合控制电机；15.防撞架；16.水平面左推进器；17.水平面右推进器；18.卡式联结件；19.竖直面右推进器；20.竖直面左推进器；21.俯仰云台变速机构；22.水密接插件；23.俯仰云台驱动电机；24.前左舱；25.前右舱；26.压力传感器；27.罗盘；28.水密接插件；29.中空机构；30.远程遥控器；31.监视与录像机；32.主控制器；33.水下机器人本体；34.俯仰云台；35.机械手本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种耐辐照水下监测机器人，它包括主控制器（３２）、远程控制器（３０）、监视与录像机（３１）、机器人本体（３３）、俯仰云台（３４）、水下照明装置（１１）、水下摄像头（１０）、机械手（３５）以及姿态传感器（３７），其特征在于：主控制器（３２）采用ＣＡＮ总线分布式控制方式，主控制器（３２）的所有控制指令以及信号数据通过ＣＡＮ总线与远程控制器（３０）进行交互，实现系统功能；远程控制器（３０）通过ＣＡＮ总线传输控制指令给主控制器（３２），再由主控制器（３２）分别传输给监视与录像机（３１）、机器人本体（３３）、俯仰云台（３４）、水下照明（１１）、水下摄像头（１０）、机械手（３５）；监视与录像机（３１）是水下摄像头（１０）视频数据采集的后处理部分，显示和录制水下摄像头（１０）的视频信息；姿态传感器（３７）采集机器人本体（３３）、俯仰云台（３４）、水下照明（１１）、水下摄像头（１０）和机械手（３５）的信息传输给主控制器（３２）。

【技术特征摘要】
1.一种耐辐照水下监测机器人，它包括主控制器(32)、远程控制器(30)、监视与录像机(31)、机器人本体(33)、俯仰云台(34)、水下照明装置(11)、水下摄像头(10)、机械手(35)以及姿态传感器(37)，监视与录像机(31)是水下摄像头(10)视频数据采集的后处理部分，显示和录制水下摄像头(10)的视频信息；其特征在于主控制器(32)采用CAN总线分布式控制方式，主控制器(32)的所有控制指令以及信号数据通过CAN总线与远程控制器(30)进行交互，实现系统功能；远程控制器(30)通过CAN总线传输控制指令给主控制器(32)，再由主控制器(32)分别传输给监视与录像机(31)、机器人本体(33)、俯仰云台(34)、水下照明(11)、水下摄像头(10)、机械手(35);姿态传感器(37)采集机器人本体(33)、俯仰云台(34)、水下照明(11)、水下摄像头(10)和机械手(35)的信息传输给主控制器(32)。2.根据权利要求I所述的ー种耐辐照水下监测机器人，其特征在于所述的机器人本体(33)包括后下舱(4)、后上舱(7)、前左舱(24)、前右舱(25)、水平面左推进器(16)、水平面右推进器(17)、竖直面右推进器(19)、竖直面左推进器(20)、底座(I)、基础框架(6)；底座(I)上固定有两个间隔竖直放置的基础框架出)，后下舱(4)和位于后下舱(4)上部的后上舱(7)外部沿其周向均分别间隔设有两周凸缘(36)，前左舱(24)和与前左舱(24)在同一水平面上的前右舱(25)外部沿其周向均分别设有一周凸缘(36)，后下舱(4)、后上舱(7)、前左舱(24)、前右舱(25)上的凸缘(36)与基础框架￠)的侧壁固定连接；水平面左推进器(16)和水平面右推进器(17)位于后下舱(4)和后上舱(7)之间、且两者位于同一个水平面上，水平面左推进器(16)、水平面右推进器(17)分别与两个基础框架(6)之间固定连接；竖直面左推进器(20)位于前左舱(24)与后上舱(7)之间，竖直面右推进器(19)位于前右舱(25)与后上舱(7)之间，且竖直面右推进器(19)和竖直面左推进器(20)在同一个竖直平面上，竖直面右推进器(19)、竖直面左推进器(20)分别与两个基础框架(6)之间固定连接。3.根据权利要求2所述的ー种耐辐照水下监测机器人，其特征在干所述的前左舱(24)内设有具有旋转自由度的俯仰云台(34)，俯仰云台(34)包括云台底座(38)、俯仰云台变速机构(21)和俯仰云台驱动电机(23)，驱动变速机构(21)为齿轮变速机构，俯仰云台驱动电机(23)通过齿轮驱动俯仰云台变速机构(21)，云台底座(38)固定在驱动变速机构(21)的齿轮上，云台底座(38)能够绕俯仰云台变速机构(21)的主轴旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝军，沈秋平，钟志民，陈志清，严智，陈煜，叶琛，李劲松，于岗，吴超，
申请(专利权)人：国核电站运行服务技术有限公司，上海核工程研究设计院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]