CN111300489B - 适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，包括支撑架、可移动底座、第一柔性气动管道、第二柔性气动管道、第三柔性气动管道、第四柔性气动管道、第五柔性气动管道、CCD相机、闪光灯、耐γ射线辐照玻璃、控制器、气泵、用于驱动第一柔性气动管道伸缩的第一驱动器、用于驱动第二柔性气动管道伸缩的第二驱动器、用于驱动第三柔性气动管道伸缩的第三驱动器、用于驱动第四柔性气动管道伸缩的第四驱动器及用于驱动第五柔性气动管道伸缩的第五驱动器，该柔性机器人的适应性较强，且能够实现多维度的移动。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性机器人，具体涉及一种适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人。
背景技术
随着核能的发展，核设施的日常检测和维护、核事故应急救援、废弃核装置的去污核拆卸等，需要核环境机器人来完成。由于核环境中的射线辐照(比如γ射线等)会与机器人相互作用。对于机器人中的电子元器件和金属材料而言，γ射线的辐照会加速电子元器件老化，影响机器人的使用寿命、工作稳定性、甚至造成器件的直接报废。核环境机器人由于体积和载荷原因，无法使用质量和体积都十分巨大的混凝土对γ射线进行屏蔽，导致机器人在辐照环境中无法长时间可靠运行，适应性较差，同时现有机器人，自由度小，不能实现多维度的移动。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，该柔性机器人的适应性较强，且能够实现多维度的移动。
为达到上述目的，本发明所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人包括支撑架、可移动底座、第一柔性气动管道、第二柔性气动管道、第三柔性气动管道、第四柔性气动管道、第五柔性气动管道、CCD相机、闪光灯、耐γ射线辐照玻璃、控制器、气泵、用于驱动第一柔性气动管道伸缩的第一驱动器、用于驱动第二柔性气动管道伸缩的第二驱动器、用于驱动第三柔性气动管道伸缩的第三驱动器、用于驱动第四柔性气动管道伸缩的第四驱动器及用于驱动第五柔性气动管道伸缩的第五驱动器；
支撑架位于可移动底座内，第一柔性气动管道竖立固定于支撑架的顶部，支撑架的后侧面与可移动底座后侧的内壁之间通过第二柔性气动管道相连接，支撑架的左侧面与可移动底座左侧的内壁之间通过第三柔性气动管道相连接，支撑架的前侧面与可移动底座前侧的内壁之间通过第四柔性气动管道相连接，支撑架的右侧面与可移动底座后侧的内壁之间通过第五柔性气动管道相连接；
CCD相机及闪光灯位于第一柔性气动管道的顶部，耐γ射线辐照玻璃位于CCD相机镜头及闪光灯的前端；
控制器与气泵的控制端、第一驱动器的控制端、第二驱动器的控制端、第三驱动器的控制端、第四驱动器的控制端及第五驱动器控制端相连接，气泵与第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器、第四驱动器及第五驱动器相连通，第一驱动器与第一柔性气动管道相连通，第二驱动器与第二柔性气动管道相连通，第三驱动器与第三柔性气动管道相连通，第四驱动器与第四柔性气动管道相连通，第五驱动器与第五柔性气动管道相连通；
第一柔性气动管道、第二柔性气动管道、第三柔性气动管道、第四柔性气动管道及第五柔性气动管道的材质为耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料。
第二柔性气动管道、第三柔性气动管道、第四柔性气动管道、第五柔性气动管道及支撑架形成十字形结构。
可移动底座的底部设置有滑轮。
CCD相机与其外部电源之间通过电源线相连接，CCD相机与外接的相机控制器之间通过数据线相连接，其中，所述电源线及数据线的外壁上均设置有耐辐射层，其中，所述耐辐射层由耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料制作而成。
CCD相机在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的可移动范围均为0-20cm，其中，以第一柔性气动管道作为Z轴的正半轴，以支撑架的中心作为坐标(0，0，0)点，以第三柔性气动管道作为X轴的负半轴，以第五柔性气动管道作为X轴的正半轴，以第二柔性气动管道作为Y轴的正半轴，以第四柔性气动管道作为Y轴的负半轴。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人在具体操作时，基于三维移动技术及气动驱动技术，实现机器人的多维度移动，同时需要说明的是，耐γ射线辐照玻璃位于CCD相机镜头及闪光灯的前端，第一柔性气动管道、第二柔性气动管道、第三柔性气动管道、第四柔性气动管道及第五柔性气动管道的材质为耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料，可用于核设施的日常检测和维护、核事故应急救援等领域，克服现有技术人与环境交互性差、适应复杂环境能力差、不灵活等不足，具有屏蔽性能好、自由度大、环境适应性强、形状可变及材质柔软等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为CCD相机、2为闪光灯、3为耐γ射线辐照玻璃、4为电源线、5为第一柔性气动管道、6为第二柔性气动管道、7为第三柔性气动管道、8为第四柔性气动管道、9为第五柔性气动管道、10为支撑架、11为可移动底座、12为相机控制器、13为气泵、14为控制器、15为第一驱动器、16为第二驱动器、17为第三驱动器、18为第四驱动器、19为第五驱动器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人包括支撑架10、可移动底座11、第一柔性气动管道5、第二柔性气动管道6、第三柔性气动管道7、第四柔性气动管道8、第五柔性气动管道9、CCD相机1、闪光灯2、耐γ射线辐照玻璃3、控制器14、气泵13、用于驱动第一柔性气动管道5伸缩的第一驱动器15、用于驱动第二柔性气动管道6伸缩的第二驱动器16、用于驱动第三柔性气动管道7伸缩的第三驱动器17、用于驱动第四柔性气动管道8伸缩的第四驱动器18及用于驱动第五柔性气动管道9伸缩的第五驱动器19；支撑架10位于可移动底座11内，第一柔性气动管道5竖立固定于支撑架10的顶部，支撑架10的后侧面与可移动底座11后侧的内壁之间通过第二柔性气动管道6相连接，支撑架10的左侧面与可移动底座11左侧的内壁之间通过第三柔性气动管道7相连接，支撑架10的前侧面与可移动底座11前侧的内壁之间通过第四柔性气动管道8相连接，支撑架10的右侧面与可移动底座11后侧的内壁之间通过第五柔性气动管道9相连接；CCD相机1及闪光灯2位于第一柔性气动管道5的顶部，耐γ射线辐照玻璃3位于CCD相机1镜头及闪光灯2的前端，降低γ射线对镜头/闪光灯2的辐照损伤，同时可允许光线进入，保障摄像品质；控制器14与气泵13的控制端、第一驱动器15的控制端、第二驱动器16的控制端、第三驱动器17的控制端、第四驱动器18的控制端及第五驱动器19控制端相连接，气泵13与第一驱动器15、第二驱动器16、第三驱动器17、第四驱动器18及第五驱动器19相连通，第一驱动器15与第一柔性气动管道5相连通，第二驱动器16与第二柔性气动管道6相连通，第三驱动器17与第三柔性气动管道7相连通，第四驱动器18与第四柔性气动管道8相连通，第五驱动器19与第五柔性气动管道9相连通。
第二柔性气动管道6、第三柔性气动管道7、第四柔性气动管道8、第五柔性气动管道9及支撑架10形成十字形结构；可移动底座11的底部设置有滑轮。
CCD相机1与其外部电源之间通过电源线4相连接，CCD相机1与外接的相机控制器12之间通过数据线相连接，其中，所述电源线4及数据线的外壁上均设置有耐辐射层。
CCD相机1在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的可移动范围均为0-20cm，其中，以第一柔性气动管道5作为Z轴的正半轴，以支撑架10的中心作为坐标(0，0，0)点，以第三柔性气动管道7作为X轴的负半轴，以第五柔性气动管道9作为X轴的正半轴，以第二柔性气动管道6作为Y轴的正半轴，以第四柔性气动管道8作为Y轴的负半轴，三个柔性气动管道采用协同控制方式，从而实现相机在前后、左右和上下的三维位置移动。
耐辐射层、第一柔性气动管道5、第二柔性气动管道6、第三柔性气动管道7、第四柔性气动管道8及第五柔性气动管道9的材质为耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料，从而提高信号传输的质量。
所述耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料由硅胶A、硅胶B及钨粉制备而成，其中，硅胶A与硅胶B的质量比为1:1，硅胶A与硅胶B的总质量为钨粉质量的25％-150％，钨粉的纯度大于99.95％，硅胶A与硅胶B的密度为1.25-1.35g/cm3。
该耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料的具体制备过程为：1)称取硅胶A、硅胶B及钨粉，再将硅胶A与硅胶B混合搅拌均匀，得混合物；2)将钨粉进行研磨，再倒入步骤1)得到的混合物中，搅拌均匀，得硅胶与钨粉的混合物；3)将硅胶与钨粉的混合物倒入模具内，将模具置于真空罐中，再进行抽真空，待气泡消失后进行冷却，得到用于伽马射线屏蔽的硅胶基柔性屏蔽材料，其中，步骤2)中研磨前钨粉的目数为500目；步骤3)中冷却时间为24h。
本发明克服了现有技术人与环境交互性差、适应复杂环境能力差、不灵活等不足，减少了电子元器件的使用，具有屏蔽性能好、自由度大、环境适应性强、形状可变及材质柔软等优点，可用于核设施的日常检测和维护、核事故应急救援等。
Claims (5)
1.一种适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，其特征在于，包括支撑架(10)、可移动底座(11)、第一柔性气动管道(5)、第二柔性气动管道(6)、第三柔性气动管道(7)、第四柔性气动管道(8)、第五柔性气动管道(9)、CCD相机(1)、闪光灯(2)、耐γ射线辐照玻璃(3)、控制器(14)、气泵(13)、用于驱动第一柔性气动管道(5)伸缩的第一驱动器(15)、用于驱动第二柔性气动管道(6)伸缩的第二驱动器(16)、用于驱动第三柔性气动管道(7)伸缩的第三驱动器(17)、用于驱动第四柔性气动管道(8)伸缩的第四驱动器(18)及用于驱动第五柔性气动管道(9)伸缩的第五驱动器(19)；
支撑架(10)位于可移动底座(11)内，第一柔性气动管道(5)竖立固定于支撑架(10)的顶部，支撑架(10)的后侧面与可移动底座(11)后侧的内壁之间通过第二柔性气动管道(6)相连接，支撑架(10)的左侧面与可移动底座(11)左侧的内壁之间通过第三柔性气动管道(7)相连接，支撑架(10)的前侧面与可移动底座(11)前侧的内壁之间通过第四柔性气动管道(8)相连接，支撑架(10)的右侧面与可移动底座(11)右侧的内壁之间通过第五柔性气动管道(9)相连接；
CCD相机(1)及闪光灯(2)位于第一柔性气动管道(5)的顶部，耐γ射线辐照玻璃(3)位于CCD相机(1)镜头及闪光灯(2)的前端；
控制器(14)与气泵(13)的控制端、第一驱动器(15)的控制端、第二驱动器(16)的控制端、第三驱动器(17)的控制端、第四驱动器(18)的控制端及第五驱动器(19)控制端相连接，气泵(13)与第一驱动器(15)、第二驱动器(16)、第三驱动器(17)、第四驱动器(18)及第五驱动器(19)相连通，第一驱动器(15)与第一柔性气动管道(5)相连通，第二驱动器(16)与第二柔性气动管道(6)相连通，第三驱动器(17)与第三柔性气动管道(7)相连通，第四驱动器(18)与第四柔性气动管道(8)相连通，第五驱动器(19)与第五柔性气动管道(9)相连通；
第一柔性气动管道(5)、第二柔性气动管道(6)、第三柔性气动管道(7)、第四柔性气动管道(8)及第五柔性气动管道(9)的材质为耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料。
2.根据权利要求1所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，其特征在于，第二柔性气动管道(6)、第三柔性气动管道(7)、第四柔性气动管道(8)、第五柔性气动管道(9)及支撑架(10)形成十字形结构。
3.根据权利要求1所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，其特征在于，可移动底座(11)的底部设置有滑轮。
4.根据权利要求1所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，其特征在于，CCD相机(1)与其外部电源之间通过电源线(4)相连接，CCD相机(1)与外接的相机控制器(12)之间通过数据线相连接，其中，所述电源线(4)及数据线的外壁上均设置有耐辐射层，其中，所述耐辐射层由耐γ射线屏蔽的柔性硅胶/钨基材料制作而成。
5.根据权利要求1所述的适用于核环境中耐γ射线辐照的摄像及拍照柔性机器人，其特征在于，CCD相机(1)在X轴方向、Y轴方向及Z轴方向上的可移动范围均为0-20cm，其中，以第一柔性气动管道(5)作为Z轴的正半轴，以支撑架(10)的中心作为坐标(0，0，0)点，以第三柔性气动管道(7)作为X轴的负半轴，以第五柔性气动管道(9)作为X轴的正半轴，以第二柔性气动管道(6)作为Y轴的正半轴，以第四柔性气动管道(8)作为Y轴的负半轴。
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