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基本信息
- 項目名稱：
- 放射性檢測機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為對工業(yè)廢渣、核安全事故現(xiàn)場放射性進(jìn)行檢測，團(tuán)隊設(shè)計了一款小型放射性檢測機器人。本作品由運動平臺和放射性檢測單元兩個部分組成。運動平臺具有反應(yīng)快、機動性強等優(yōu)點，可適應(yīng)多種路況；放射性檢測單元包括測量存儲數(shù)據(jù)的下位機硬件和分析處理數(shù)據(jù)的上位機軟件，具有分辨率高、測量范圍寬、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點。該作品可在多種復(fù)雜環(huán)境中完成放射性物質(zhì)的檢測，為現(xiàn)代救援和災(zāi)后評估等提供了一個機電一體化的實用性設(shè)備。
- 詳細(xì)介紹：
- 日本發(fā)生核爆炸事故之后，核污染、核輻射日益成為人們關(guān)注的焦點。通常核安全事故現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜多變、地形不規(guī)則、放射性污染嚴(yán)重，所以檢測救援人員不便直接攜帶檢測設(shè)備對現(xiàn)場放射性物質(zhì)進(jìn)行測量。針對這一問題，團(tuán)隊設(shè)計出一款放射性檢測機器人，用于對復(fù)雜環(huán)境下放射性物質(zhì)活度的測量。本作品主要包含兩個部分：機器人主體運動平臺和放射性檢測單元。 1）機器人主體運動平臺 主體運動平臺由履帶臂、車體、機械臂等部分組成。履帶臂采用了仿生學(xué)原理使其關(guān)節(jié)可以實現(xiàn)多角度或方向的伸展和旋轉(zhuǎn)，通過其靈活多變的關(guān)節(jié)姿態(tài)組合，可以改變移動平臺外形及行走方式，具有很強的越障通過能力；車體可以實現(xiàn)大角度的折疊，通過自身調(diào)整極大地適應(yīng)了復(fù)雜多變的地形；運動平臺裝備了三關(guān)節(jié)機械臂，通過夾持檢測裝置可以輕松地實現(xiàn)任意方向和角度的檢測。主體運動平臺通過遙控模塊進(jìn)行控制，具有操作方便、反應(yīng)快、機動性強等特點。 2）放射性檢測單元 放射性檢測單元包括測量存儲數(shù)據(jù)的下位機硬件電路和分析處理數(shù)據(jù)的上位機軟件。下位機數(shù)據(jù)測量模塊安裝在運動平臺上，數(shù)據(jù)存儲模塊與上位機相連。測量數(shù)據(jù)通過無線通信傳送至數(shù)據(jù)存儲模塊后可經(jīng)RS232串口傳送至上位機。上位機采用Visual Basic 6.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行譜線繪制、平滑濾波、擬合尋峰，通過獲得的能量分析出含有的放射性元素及其能量范圍，最終實現(xiàn)放射性活度的計算。檢測單元較精確地實現(xiàn)了能量的刻度、自動和手動尋峰等，能夠準(zhǔn)確判斷的能量范圍為0.01-2.97Mev，具有分辨率高、測量能量范圍寬、工作可靠等特點。 該小型移動放射性檢測機器人具有體積小、行動靈活、成本低廉、測量準(zhǔn)確度高、可靠性強等特點。該機器人可代替工作人員在復(fù)雜多變的環(huán)境中完成放射性物質(zhì)的測量，避免了救援、評估人員直接受到外部輻射，提高了災(zāi)后現(xiàn)場檢測、評估的工作效率和科技含量，為現(xiàn)代救援、災(zāi)后評估等提供了一個機電一體化的實用性裝備。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 工業(yè)廢渣中的放射性物質(zhì)，核安全事故突發(fā)等輻射性危害事件逐漸成為人們關(guān)注的焦點。環(huán)境中如果所含核素超標(biāo)，會對人體造成傷害，設(shè)計出能準(zhǔn)確地進(jìn)行無人檢測的小型移動放射性檢測設(shè)備十分關(guān)鍵。作品以此為目的設(shè)計出能進(jìn)行實時檢測與在線分析的檢測單元，并且將其搭載在小型遙控運動平臺上構(gòu)成放射性檢測機器人，而整個系統(tǒng)則具有機動性強、測量準(zhǔn)確等特點。 創(chuàng)新點： 1、整個系統(tǒng)采用無線控制，避免了現(xiàn)場檢測 時環(huán)境對測量人員造成傷害； 2、測量數(shù)據(jù)通過無線傳輸方式返回操作平臺，測量人員可對放射性進(jìn)行實時分析處理； 3、仿生履帶臂通過關(guān)節(jié)姿態(tài)組合，極大地適應(yīng)復(fù)雜多變的地形，擴大了系統(tǒng)適用范圍； 4、移動平臺具有折疊和俯仰功能，減輕電機的負(fù)載和車體振蕩對放射性檢測電路的影響。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、利用穩(wěn)譜調(diào)節(jié)技術(shù)降低了噪聲對放射性檢測電路的干擾； 2、運用嵌入式操作系統(tǒng)實現(xiàn)放射性測量任務(wù)的調(diào)度； 3、采用輪履復(fù)合結(jié)構(gòu)實現(xiàn)運動平臺平穩(wěn)靈活地越過障礙、廢墟等非結(jié)構(gòu)化路面； 4、利用無線通信技術(shù)實現(xiàn)檢測儀器及移動平臺的遠(yuǎn)距離控制。 主要技術(shù)指標(biāo)： 移動平臺的移動能力： 1）最大進(jìn)退爬行速度：2.5m/s； 2）最大越障高度：300mm；3）最大行進(jìn)坡度角：45°；?4）最大跨越溝槽寬度：500mm； 檢測部分的檢測能力： 1）能譜數(shù)據(jù)存儲量：146條；2）能量分辨率：8.2%；3）溫度特性：-5～40℃；4）譜線漂移：1道； 5）重復(fù)測量精度誤差：5.76%
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 1、放射性檢測設(shè)備安裝在履帶式移動平臺上 ，具有很強的越障能力。機器人通過履帶臂靈 活的關(guān)節(jié)姿態(tài)組合，極大地適應(yīng)復(fù)雜多變的地形，擴大了系統(tǒng)的適用范圍。 2、該放射性檢測機器人能實現(xiàn)放射性峰道的 檢測并可通過上位機軟件計算放射性活度； 3、機器人智能化程度高，既可以實現(xiàn)將測量數(shù)據(jù)在本機內(nèi)保存，也可通過USB接口直接上傳至上位機； 4、運用嵌入式操作系統(tǒng)來實現(xiàn)儀器功能的調(diào)度。嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實時高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的優(yōu)點。 5、 移動平臺具有折疊和俯仰功能，可以在管道上爬行以及靠單側(cè)車身的調(diào)整突破小型路障，減輕了電機的負(fù)載和車體振蕩對檢測電路的影響。 6、檢測電路和移動平臺均采用無線遙控，可通過視頻技術(shù)遠(yuǎn)距離操縱機器人的動作。在輻射等有害環(huán)境中可以替代工作人員實現(xiàn)全天候勘查和檢測，充分降低了危險環(huán)境對相關(guān)人員生命安全的威脅。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 本作品處于實驗室階段，正在對機器人檢測裝置進(jìn)行性能測試并對機器人移動平臺結(jié)構(gòu)進(jìn)優(yōu)化調(diào)整。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 該作品可進(jìn)行現(xiàn)場演示，還可以提供圖片、視頻等材料。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 該放射性檢測機器人具有體積小、測量方便、測量能量范圍寬、測量準(zhǔn)確度高、反應(yīng)快速、機動性強等優(yōu)點。機器人作為小型移動檢測設(shè)備，克服了傳統(tǒng)放射性檢測儀體積大、人工測量、模擬器件易受環(huán)境影響等缺點。中國核能具有極其廣闊的發(fā)展前景，同時核能工業(yè)具有其安全特殊性，因此研發(fā)此款機器人不管在民用還是軍用都具有重要意義。 ⑴民用領(lǐng)域：核電站及化工廠等場所環(huán)境復(fù)雜，存在核泄漏隱患并且檢測極其困難。工廠排放的廢渣中也存在放射性物質(zhì)。針對這些情況，該機器人能夠?qū)崿F(xiàn)無線控制和高精度檢測，并且對環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和在線分析，避免了危險環(huán)境對檢測人員的傷害，同時采集的數(shù)據(jù)為工廠的整改提供了重要依據(jù)。 ⑵軍用領(lǐng)域：以核工業(yè)為應(yīng)用背景的遙控移動式機器人已經(jīng)成為各國的發(fā)展重點。該款機器人具備良好的機動性，可以用于無人偵察等；同時具有準(zhǔn)確的放射檢測能力，可在惡劣環(huán)境下（核、生化戰(zhàn)場等）執(zhí)行特殊任務(wù)；能行走在沼澤地，可以延伸作戰(zhàn)空間，提高了作戰(zhàn)效能，降低作戰(zhàn)成本。因此該機器人具有重大軍事效益。
同類課題研究水平概述
- 早在60年代，人類就開始了對在野外非結(jié)構(gòu)環(huán)境中使用移動機器人的研究。隨著人類活動范圍的不斷擴大，移動機器人在星球表面探測、震區(qū)救災(zāi)等非結(jié)構(gòu)環(huán)境下得到了更加廣闊的應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)，以研制適應(yīng)性強、智能程度高的移動機器人為標(biāo)志，科研人員開展了更高層次、更具挑戰(zhàn)性的研究工作。 世界各主要科技強國研制了多種非結(jié)構(gòu)環(huán)境移動機器人，其中美、英、法、德、日等國家的移動機器人技術(shù)處于領(lǐng)先地位。 美國聯(lián)合機器人計劃(JRP)發(fā)展了一系列中型地面無人車輛來執(zhí)行偵查、巡邏等任務(wù)。英國Hall Automation公司研制出自己的機器人RAMP，近期研制的履帶式“手推車”及“超級手推車”排爆機器人已經(jīng)裝備到50多個國家的軍警機構(gòu)。法國的幾家公司也研制出不同種類的機器人，有Alsetex公司的SAEMC800爆炸物探測機器人、DM公司的RM35機器人等。德國經(jīng)過多年的努力，其智能地面無人作戰(zhàn)平臺的研究和應(yīng)用在世界上處于公認(rèn)的領(lǐng)先地位?，F(xiàn)裝備的主要車型有“清道夫”200掃雷車、Rode爆炸物處理機器人等。在近期日本發(fā)生核爆炸事故之后，日本利用名為“Monirobo”的放射性檢測機器人進(jìn)入福島核電站進(jìn)行高輻射放射性的測量，成為災(zāi)后人類利用高科技安全檢測輻射量的一枝新秀。 由于國外技術(shù)嚴(yán)密封鎖，在國內(nèi)放射性檢測機器人的研究基本處于起步階段。我國自“八五”期間開始進(jìn)入非結(jié)構(gòu)環(huán)境下移動機器人這一研究領(lǐng)域，并在國家863計劃中予以重點支持，其中包括中科院沈陽自動化研究所研制的反恐防爆機器人。對于放射性檢測設(shè)備的研究已經(jīng)取得了一些成果，西化儀科技有限公司生產(chǎn)的XR51DP8021型檢測儀，探測器為經(jīng)補償?shù)腉M計數(shù)管，該儀器具有較寬的測量范圍、較好的能量響應(yīng)特性，并帶有過載指示及保護(hù)功能。北京中西化玻儀器有限公司m170194放射性檢測儀在測量范圍內(nèi)，可以固定或預(yù)置報警閾值，超過閾值或阻塞時發(fā)出聲光報警。但是在整合放射性檢測設(shè)備和機動機器人方面還有許多問題沒有解決。因此，研究開發(fā)用于自主知識產(chǎn)權(quán)的放射性檢測機器人顯得尤為緊迫和重要。
