CN104084943A - 一种强辐射环境液控拆除机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种强辐射环境液控拆除机器人，针对现有液控拆除机器人不能在强核辐射环境下长时间工作的特点，对机器人电气控制***模块和传感器电路控制模块进行了抗核辐射加固。为了方便机器人运动，在机器人本体前后各增加一个推铲，运动时可铲除前后方障碍物，使机器人履带运动更加平稳，在原地静止时，也可起到增加支撑面积，稳定机器人的作用。同时，为了完成复杂的作业任务，本发明设计了一种可对位姿状态进行反馈和控制的液压机械臂，通过采用抗辐射性能较强的纯电阻电容拉绳位移传感器，不但可以准确获得液压机械臂的转角位姿，而且相较于其他角位移编码器，其安装和维护更加容易。

Description

一种强辐射环境液控拆除机器人

技术领域

本发明涉及一种强辐射环境液控拆除机器人，属于液控拆除机器人领域。

背景技术

拆除机器人是工业机器人的一种，它实际上就是一个带有液压破碎锤的，具有遥控控制功能的工业机器人。自从20世纪70年代开始出现以来，到目前为止也就经历了短短30多年时间的发展，不过它的发展速度非常迅速，应用范围则正在不断扩大。现在，在欧美等发达国家拆除机器人已经开始作为高新技术产业中一个新兴的产业，正在朝着标准化、系列化、多功能化等方向发展。但是目前为止，国外研制生产拆除机器人的厂家还不是特别多，它们主要有瑞典布鲁克公司(BROKK)、德国的托普泰克公司(T0PTEC)、芬兰的FINMAC公司。瑞典布鲁克公司(BROKK)是目前拆除机器人最大的供应商，产品销往世界各地。主要产品有BROKK系列：包括BROKK40、BROKKSO、BROKK90、BROKK180、BROKK250、BROKK330型拆除机器人。此外还有T0PTEC公司生产TOPTEC1850E、TOPTEC2500、TOPTEC4500、TOPTEC5500型拆除机器人，FINMAC公司生产F16型拆除机器人。

虽然每个公司生产的拆除机器人系列不同、外形不同，但是每个公司的产品在总体上大的结构基本没有什么区别，它们一般都包括机架、履带行走机构、回转机构、工作机构、液压支腿、拆除工具及动力***、液压***、电气控制***、无线或有线遥控***等组成部分。它们存在的主要区别就在那些特殊结构的设计上，但就是这些独特的结构对提高产品性能和竞争力有着决定性的作用。分析总结来说主要包括以下几个方面：(1)底重心设计；(2)底噪声设计；(3)远距离数字遥控技术；(4)减震***；(5)自动润滑装置；(6)液压支腿装置；(7)履带行走装置；(8)回转装置；(9)保护罩装置；(10)三段式悬臂设计；(11)拆除工具。

目前国内外现有的液控拆除机器人通常是基于非核辐射环境下作业的要求而设计的，其电气控制***和传感器采集***没有进行抗核加固，不能承受大量辐射剂量。当使用时间较长或剂量较大时，必然造成控制***的损坏和传感器采集***的失灵。

同时，现有的液控拆除机器人多采用四支腿机构作为机器人本体支撑，这种机构的特点是当机器人本体原地静止时，四条支腿机构将机器人本体略微撑起，以四个支点构成支撑面保证机器人本体的稳定。但是，这种支腿机构复杂，控制油路过多，不利于检测和维护。而且，有时机器人停止运动时的地面会有许多石块等障碍物，此时，采用支腿支撑很难形成支撑面，有时甚至会造成机器人翻到。

发明内容

参照国内外现有的液控拆除机器人技术方案，结合核辐射环境下实际作业要求，本发明设计了一种全新的液控拆除机器人***。该***主要由三个特点：1)对机器人电气控制***模块和传感器电路控制模块进行了抗核加固，使其适应核辐照环境下的作业要求；2)采用推铲机构作为机器人的支撑机构，同时具有铲除障碍物的功能，安装和维护也更加简便；3)液压机械臂采用拉绳位移传感器检测机械臂的位姿状态，在保证测量精度的同时，降低了加工和安装的难度，方便日常维护。

本发明涉及一种强辐射环境液控拆除机器人，所述机器人包括如下结构：包括主体、基座、基座液压缸、底盘、大臂、二臂、三臂、连接座、以及连接座液压缸，所述机器人还包括一大一小两个铅屏蔽罩，将电气控制***模块安装于大铅屏蔽罩中，将传感器电路控制模块安装于小铅屏蔽盒中；

所述大铅屏蔽罩包括：设在电气控制模块纵向两侧的铅屏蔽板(1)，在两铅屏蔽板(1)外侧面连接有铝型材(2)，在两侧铅屏蔽板之间设有可将电气控制模块罩住的若干个相互搭接的屏蔽盖(3)，以及通信电缆出口处的屏蔽隔板(4)和用于固定屏蔽盖的横梁(7)、横梁槽(8)和箱体槽(6)；

所述小铅屏蔽盒包括：电子屏蔽盒盒体(10)、电子屏蔽盒盖子(9)和密封胶条(11)三部分；盒体(10)与盖子(9)通过螺钉连接，盖子下部设有止口，与盒体嵌合时更加稳固；同时，盒体(10)前后两端各设一个出线口，用于传感器控制电路电缆线的接入接出；出线口处装有胶条(11)，在对屏蔽盒起到密封作用的同时，也对电缆线起到固定作用；屏蔽盒出线口内侧设有屏蔽隔板(12)，用于防止外界核辐射线通过出线口处进入盒体内部对传感器控制电路(13)造成损害。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为本发明的一种强辐射环境液控拆除机器人的结构示意图；

图2为本发明的一种强辐射环境液控拆除机器人的铅屏蔽罩结构图；

图3为本发明的一种强辐射环境液控拆除机器人的屏蔽盖搭接口示意图；

图4为本发明的一种强辐射环境液控拆除机器人的电子屏蔽盒结构示意图；

图5为本发明的一种强辐射环境液控拆除机器人的推铲支撑机构图；

图6为本发明的一种强辐射环境液控拆除机器人的拉绳位移传感器布置图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

参考附图1，为液控拆除机器人的结构示意图。

一、抗核加固

由于液控拆除机器人要在核辐射环境下长时间工作，因此必须对其电气控制***和传感器的电路控制模块给予保护。本发明通过设计一大一小两个专门的铅屏蔽罩，将电气控制***模块安装于较大的屏蔽罩中，将传感器电路控制模块安装于较小的屏蔽盒中，以起到对电气控制***模块和传感器电路控制模块的保护作用。其结构如下图2、3所示。

用于电气控制模块核防护的大型铅屏蔽罩包括：设在电气控制模块纵向两侧的铅屏蔽板(1)，在两铅屏蔽板(1)外侧面连接有铝型材(2)，在两侧铅屏蔽板之间设有可将电气控制模块罩住的若干个相互搭接的屏蔽盖(3)，以及通信电缆出口处的屏蔽隔板(4)和用于固定屏蔽盖的横梁(7)、横梁槽(8)和箱体槽(6)。

在两铅屏蔽板1外侧面连接有两根铝型材2，用以保证支架稳定、牢固。在两侧铅屏蔽板之间设有可将电气控制模块罩住的8个相互搭接的屏蔽盖3，交错搭接放置可保证缝隙处也符合防护要求。在每个屏蔽盖3上设有两个把手5，屏蔽盖3每块重量约8.2公斤，比较轻便，方便用户任意掀开其中一块对电气控制模块进行安装和维护。铅屏蔽罩内部有屏蔽隔板(4)，用于防止外界核辐射线通过通信电缆出口处进入箱体内部。本发明结构简单、满足防护要求又保证用户使用的方便、安全。

用于传感器电路控制模块的小型铅屏蔽盒，其结构如下图4所示：

该电子屏蔽盒包括：电子屏蔽盒盒体(10)、电子屏蔽盒盖子(9)和密封胶条(11)三部分。盒体(10)与盖子(9)通过螺钉连接，盖子下部设有止口，与盒体嵌合时更加稳固。同时，盒体(10)前后两端各设一个出线口，用于传感器控制电路电缆线的接入接出。出线口处装有胶条(11)，在对屏蔽盒起到密封作用的同时，也对电缆线起到固定作用。屏蔽盒出线口内侧设有屏蔽隔板(12)，用于防止外界核辐射线通过出线口处进入盒体内部对传感器控制电路(13)造成损害。

二、推铲支撑机构

现有的液控拆除机器人多采用四支腿结构作为机器人本体支撑，这种结构的特点是当机器人本体原地静止时，四条支腿机构将机器人本体略微撑起，以四个支点构成支撑面保证机器人本体的稳定。但是，这种支腿结构复杂，控制油路过多，不利于检测和维护。而且，有时机器人停止运动时的地面会有许多石块等障碍物，此时，采用支腿支撑很难形成支撑面，有时甚至会造成机器人突然失稳。为此，如图5所示，本发明采用推铲机构代替支腿机构。当机器人运动时，推铲可起到铲除障碍物石块的作用，当机器人停止时，推铲撑起，也可形成机器人本体的支撑面。

三、带位姿反馈和控制液压机械臂

现有液控拆除机器人的液压机械臂大多能进行位姿的反馈和控制，但通常采用转角位移传感器直接进行测量。转角位移传感器一般安装于机械臂关节转轴处，对安装架的加工精度和安装者的装配精度要求较高，不利于日常的检修和维护。转角位移传感器属于高精度传感器，其内部关键零部件和控制电路十分脆弱，当核辐射线存在或较大时，对测量信号干扰较大甚至直接烧毁传感器。

如图6所示，本发明的液压机械臂采用纯电阻电容的拉绳位移传感器进行位姿反馈和控制。该型传感器的工作原理决定了在可承受的核辐照范围内(传感器零部件材质不发生变质)，其测量精度不受核辐照影响。同时，由于钢丝绳的柔性特质，使其对安装架的加工精度和安装者的装配精度要求不高，方便液压机械臂的日常检修和维护。拉绳位移传感器安装于液压缸的外侧，测量液压缸伸缩量的变化。通过液压缸伸缩变化量与液压机械臂关节转角之间的关系，即可间接求得液压机械臂的位姿状态。

针对现有液控拆除机器人不能在强核辐射环境下长时间工作的特点，对机器人电气控制***模块和传感器电路控制模块进行了抗核辐射加固。为了方便机器人运动，在机器人本体前后各增加一个推铲，运动时可铲除前后方障碍物，使机器人履带运动更加平稳，在原地静止时，也可起到增加支撑面积，稳定机器人的作用。同时，为了完成复杂的作业任务，本发明设计了一种可对位姿状态进行反馈和控制的液压机械臂，通过采用抗辐射性能较强的纯电阻电容拉绳位移传感器，不但可以准确获得液压机械臂的转角位姿，而且相较于其他角位移编码器，其安装和维护更加容易。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种强辐射环境液控拆除机器人，包括主体、基座、基座液压缸、底盘、大臂、二臂、三臂、连接座、以及连接座液压缸，其特征在于：

所述机器人还包括一大一小两个铅屏蔽罩，将电气控制***模块安装于大铅屏蔽罩中，将传感器电路控制模块安装于小铅屏蔽盒中；

所述大铅屏蔽罩包括：设在电气控制模块纵向两侧的铅屏蔽板(1)，在两铅屏蔽板(1)外侧面连接有铝型材(2)，在两侧铅屏蔽板之间设有可将电气控制模块罩住的若干个相互搭接的屏蔽盖(3)，以及通信电缆出口处的屏蔽隔板(4)和用于固定屏蔽盖的横梁(7)、横梁槽(8)和箱体槽(6)；

所述小铅屏蔽盒包括：电子屏蔽盒盒体(10)、电子屏蔽盒盖子(9)和密封胶条(11)三部分；盒体(10)与盖子(9)通过螺钉连接，盖子下部设有止口，与盒体嵌合时更加稳固；同时，盒体(10)前后两端各设一个出线口，用于传感器控制电路电缆线的接入接出；出线口处装有胶条(11)，在对屏蔽盒起到密封作用的同时，也对电缆线起到固定作用；屏蔽盒出线口内侧设有屏蔽隔板(12)，用于防止外界核辐射线通过出线口处进入盒体内部对传感器控制电路(13)造成损害。

2.如权利要求1所述的一种强辐射环境液控拆除机器人，其特征在于：

所述机器人还包括前推铲和后推铲，当机器人运动时，推铲可起到铲除障碍物石块的作用，当机器人停止时，推铲撑起，也可形成机器人本体的支撑面。

3.如权利要求1或2所述的一种强辐射环境液控拆除机器人，其特征在于：

所述机器人采用纯电阻电容的拉绳位移传感器进行位姿反馈和控制；拉绳位移传感器安装于液压缸的外侧，测量液压缸伸缩量的变化；通过液压缸伸缩变化量与液压机械臂关节转角之间的关系，即可间接求得液压机械臂的位姿状态。

4.如权利要求1或2所述的一种强辐射环境液控拆除机器人，其特征在于：

所述屏蔽盖(3)为8个，在每个屏蔽盖(3)上设有两个把手(5)。