机器人车系统的制作方法

1.本技术属于核电技术领域，具体涉及一种机器人车系统。


背景技术：

2.核电站以核反应堆来代替火电站的锅炉，以核燃料在核反应堆中发生特殊形式的“燃烧”产生热量，使核能转变成热能来加热水产生蒸汽。核电站的系统和设备通常由两大部分组成：核的系统和设备，又称为核岛；常规的系统和设备，又称为常规岛。核电站运行中所产生的风险与传统电站相比，主要是其具有放射性。当核岛发生重特大核事故时，核岛厂房内部辐射剂量极高，救援人员无法进入完成救援及探测任务。


技术实现要素：

3.因此，本技术要解决的技术问题在于提供一种机器人车系统，能够使救援人员靠近事故现场，并通过遥控机器人进入高放环境，进行救援操作及现场监测。
4.为了解决上述问题，本技术提供了一种机器人车系统，包括：车辆底盘、设备方舱和操控方舱。车辆底盘包括底盘本体、牵引设备及驾驶舱。牵引设备连接于底盘本体，用于牵引底盘本体移动。驾驶舱设置于底盘本体上，用于容纳驾驶员。驾驶舱内部设有屏蔽层。用于屏蔽核辐射。设备方舱设置于底盘本体上。备方舱中包括机器人。机器人能够进出设备方舱。操控方舱设置于底盘本体上，用于容纳操作人员。操控方舱内包括核级空气防护调节系统、机器人操控系统及动力系统。核级空气防护调节系统用于向操控方舱内输送空气。机器人操控系统用于遥控机器人。动力系统用于为核级空气防护调节系统和机器人操控系统提供动力。
5.可选地，机器人车系统还包括：设备方舱监控系统、机器人监控系统、操控方舱监控系统以及视讯终端。设备方舱监控系统设置于设备方舱中，用于记录设备方舱内的情况。机器人监控系统设置于机器人上，用于记录机器人的工作进度及工作环境。操控方舱监控系统设置于操控方舱中，用于记录操控方舱内的情况。视讯终端设置于操控方舱，且分别连接设备方舱监控系统、机器人监控系统、操控方舱监控系统。
6.可选地，机器人包括：机器人本体和工具头系统。机器人本体包括机身、履带式底盘和机械臂。机身设置于履带式底盘上。机械臂设置于机身上。机械臂的自由端设有快换接头。工具头系统包括工具头台架及至少一个工具头。工具头设置于工具头台架上。机器人本体能够通过机械臂上的快换接头与工具头快速连接。
7.可选地，机器人本体上还包括：环境监测系统、照明系统及液压控制系统。环境监测系统用于获取环境样本并进行检测。照明系统用于提供光源。液压控制系统用于驱动机器人本体执行动作指令。
8.可选地，工具头为多个，包括：液压金属剪、液压抓斗、金属切割锯及动力机械手。
9.可选地，机器人操控系统包括：机器人本体操控系统和环境检测操控系统。机器人本体操控系统用于控制机器人本体。环境检测操控系统用于控制环境检测系统。
10.可选地，核级空气防护调节系统包括：空调系统、组合式过滤器、风机及压差报警器。空调系统用于调节操控方舱中的温度。组合式过滤器用于对进入操控方舱中的空气进行过滤。风机用于驱动空气经组合式过滤器进入操控方舱，并将操控方舱内的空气排出操控方舱之外，并在操控方舱中建立正压。压差报警器用于监测操控方舱内外的压差。
11.可选地，底盘本体的尾部设有液压升降尾板，用于辅助机器人到达地面或登上底盘本体。
12.可选地，机器人车系统还包括：发电机。发电机设置于底盘本体上，用于为设备方舱和操控方舱供电。
13.可选地，驾驶舱顶部设有声光报警器。
14.有益效果
15.本发明的实施例中所提供的机器人车系统包括车辆底盘、设备方舱和操控方舱。车辆底盘包括牵引设备，能够带动底盘本体移动。设备方舱和操控方舱均设置于车辆底盘，设备方舱中包括机器人。机器人能够进出设备方舱，以便于出入事故现场。本实施例的机器人车系统在使用时，可以先使操作人员进入操控方舱，驾驶员进入驾驶舱内；之后由驾驶员的驾驶车辆底盘达到事故现场附近或进入事故现场；之后操控方舱内的操作人员即可控制设备方舱中的机器人下车，替代救援人员完成救援和侦查任务。本发明的机器人车系统能够使救援人员靠近事故现场，并通过遥控机器人进行救援操作及现场监测。利用本发明的机器人车系统靠近事故现场，更有利于救援人员观察现场情况，以降低对机器人操作的难度。
附图说明
16.图1为本技术实施例的机器人车系统的示意图；
17.图2为本技术实施例的监控系统的示意图；
18.图3为本技术实施例的核级空气防护调节系统的示意图。
具体实施方式
19.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
21.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。
22.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
23.图1为本实施例提供的一种机器人车系统的示意图。
24.如图1所示，本实施例的机器人车系统包括：车辆底盘、设备方舱和操控方舱。车辆底盘包括底盘本体、牵引设备及驾驶舱。牵引设备连接于底盘本体，用于牵引底盘本体移动。驾驶舱设置于底盘本体上，用于容纳驾驶员。驾驶舱内部设有屏蔽层。用于屏蔽核辐射。设备方舱设置于底盘本体上。备方舱中包括机器人。机器人能够进出设备方舱。操控方舱设置于底盘本体上，用于容纳操作人员。操控方舱内包括核级空气防护调节系统、机器人操控系统及动力系统。核级空气防护调节系统用于向操控方舱内输送空气。机器人操控系统用于遥控机器人。动力系统用于为核级空气防护调节系统和机器人操控系统提供动力。
25.在一些示例中，牵引设备包括柴油牵引车，用于牵引车辆底盘移动。本实施的牵引设备采用柴油牵引车，使用方便。但可以理解的是，在其他实施例中，牵引设备的动力来源也可以是电力，或者是油电混合。
26.在一些示例中，驾驶舱内部的屏蔽层采用铅板。铅板的厚度可以根据实际需求定制。优选厚度8mm。
27.在一些示例中，驾驶舱内的电气设备电路进行了抗辐射加固设计，并设置了抗辐射屏蔽体。驾驶舱密封防护，内部配备通讯系统，能够与指挥机构及操控方舱互联互通。
28.在一些示例中，车辆底盘的电控仪表经过辐射防护加固处理，仪表控制信号线采用耐辐射电缆。
29.在一些示例中，操控方舱与驾驶舱可以分别独立设置，也可以相互连通。
30.在一些示例中，动力系统外接市电，且设有蓄电池作为备用电源。
31.在一些示例中，为了保护操作人员和控制系统，操控方舱用8mm厚的铅板进行了屏蔽加固。操作方舱内设有双人座椅，双人操作位，一个主操作，负责操控防辐射机器人，另一个辅助操作，负责协助监控系统的操控和必要的数据记录。
32.本实施例的机器人车系统包括车辆底盘、设备方舱和操控方舱。车辆底盘包括牵引设备，能够带动底盘本体移动。设备方舱和操控方舱均设置于车辆底盘，设备方舱中包括机器人。机器人能够进出设备方舱，以便于出入事故现场。本实施例的机器人车系统在使用时，可以先使操作人员进入操控方舱，驾驶员进入驾驶舱内；之后由驾驶员的驾驶车辆底盘达到事故现场附近或进入事故现场；之后操控方舱内的操作人员即可控制设备方舱中的机器人下车，替代救援人员完成救援和侦查任务。本发明的机器人车系统能够使救援人员靠近事故现场，并通过遥控机器人进行救援操作及现场监测。利用本发明的机器人车系统靠近事故现场，更有利于救援人员观察现场情况，以降低对机器人操作的难度。
33.如图2所示，在一些实施例中，机器人车系统还包括：设备方舱监控系统、机器人监控系统、操控方舱监控系统以及视讯终端。设备方舱监控系统设置于设备方舱中，用于记录设备方舱内的情况。机器人监控系统设置于机器人上，用于记录机器人的工作进度及工作环境。操控方舱监控系统设置于操控方舱中，用于记录操控方舱内的情况。视讯终端设置于操控方舱，且分别连接设备方舱监控系统、机器人监控系统、操控方舱监控系统。
34.在一些示例中，还包括驾驶舱监控系统，用于记录驾驶舱内的情况，且驾驶舱监控
系统连接于视讯终端。
35.在一些示例中，设备方舱监控系统包括多个摄像头。为保证机器人进出设备方舱及上下车安全，在设备方舱内部四角各安装一个摄像头，可对机器人进出设备方舱及上下车过程进行实时监控与反馈，使操作人员在操作方舱内能够更加流畅的操作机器人。
36.在一些示例中，如图2所示，机器人车系统还包括方舱监控显示屏和机器人监控显示屏。方舱监控显示屏用于显示设备方舱和操控方舱的监控画面。机器人显示屏用于显示机器人的监控画面。
37.在一些示例中，如图2所示，视讯终端还连接于驾驶舱，以便于驾驶员了解作业情况。
38.在一些示例中，如图2所示，设备方舱监控系统、机器人监控系统、操控方舱监控系统通过网络硬盘录像机将画面传递至方舱监控显示屏和机器人监控显示屏以及视讯终端，驾驶舱内的驾驶员和操控方舱内的操作人员通过视讯终端实时获取作业情况。
39.本实施例通过设置设备方舱监控系统、机器人监控系统、操控方舱监控系统以及视讯终端以便于操作人员及时获取各个部门的实时状态，以便于对机器人的控制。
40.如图1所示，在一些实施例中，机器人包括：机器人本体和工具头系统。机器人本体包括机身、履带式底盘和机械臂。机身设置于履带式底盘上。机械臂设置于机身上。机械臂的自由端设有快换接头。工具头系统包括工具头台架及至少一个工具头。工具头设置于工具头台架上。机器人本体能够通过机械臂上的快换接头与工具头快速连接。
41.在一些示例中，机械臂包括依次连接的大臂、中臂、小臂及手腕，快换接头设置于手腕上。本实施例的机械臂有五个自由度，分别是机身在履带式底盘上旋转的腰关节、大臂俯仰、中臂俯仰、小臂俯仰、手腕俯仰。五个自由度均采用双液压驱动，可以适应各种动作需求，能够完成作业任务。
42.在一些示例中，机械臂能够替代救援人员完成搬运/放置小型部件和装备，操作反应堆厂房内的手柄、开关、按钮、插销等拟人的动作。
43.在一些示例中，工具头台架的位于设备方舱尾端的左右两侧。如此设置既能够便于机器人本体进出及更换工具头，又不会对机器人本体的移动造成干涉。
44.本实施例的机器人包括机器人本体和工具头系统，机器人本体采用履带式底盘，能够适应多种路面行走。设置工具头台架能够配合机器人本体进行工具头的储存和快速更换，
45.如图1所示，在一些实施例中，机器人本体上还包括：环境监测系统、照明系统及液压控制系统。环境监测系统用于获取环境样本并进行检测。照明系统用于提供光源。液压控制系统用于驱动机器人本体执行动作指令。
46.在一些示例中，环境监测系统用于监测反应堆厂房内的环境状况，包括但不限于温度、湿度、辐照剂量、易燃易爆剂量等。
47.在一些示例中，照明系统设置于机器人本体的顶部及机械臂的端部，以便于观察工作环境。
48.在一些示例中，液压控制系统及机器人本体主驱动均后置，以保证机械臂工作时重心平衡，不会发生倾翻现象。
49.在一些示例中，机器人本体上还包括应急系统，当出现紧急情况或与操控方舱的
控制信号失联，能够自动返回。
50.本实施例的器人本体上包括环境监测系统、照明系统及液压控制系统，其中的液压系统控制采用电驱动，机器人的行走、机械臂的运动支撑以及工具头、工具头的动作及自动更换均采用液压马达或液压缸驱动，响应速度快，且稳定可靠。
51.如图1所示，在一些实施例中，工具头为多个，包括：液压金属剪、液压抓斗、金属切割锯及动力机械手。
52.在一些示例中，液压金属剪上端设有快换接头的快接口和液压阀块的快接口，快换接头的快接口与机械臂上的快换接头可以快速自动连接，液压阀块的快接口与液压控制系统的一个回转液压马达连接，通过伸缩液压缸驱动液压金属剪。本实施例的液压金属剪最大剪切力大于170kn，扩张力大于35kn，最大开口320mm。
53.在一些示例中，液压抓斗上端设有快换接头的快接口和液压阀块的快接口，快换接头的快接口与机械臂上的快换接头可以快速自动连接，液压阀块的快接口与液压控制系统的一个回转液压马达连接，通过伸缩液压缸驱动液压抓斗。本实施例的液压抓斗体积不小于35dm3。
54.在一些示例中，金属切割锯的最大直径450mm，切割锯上端与机械臂通过快速接口连接，切割锯驱动液压马达和进给液压缸的液压阀块对接液压控制系统的一个回转液压马达。
55.在一些示例中，机械手的各关节联动，可以确保完成拟人的动作。机械手上包括力反馈系统，从而实现拟人操作，并提高安全性。机械手采用成熟的模块化关节组合设计，抓取重量不小于90kg，旋转扭矩不小于240nm，抓紧力(可调)不小于1300n。
56.本实施例的工具头包括液压金属剪、液压抓斗、金属切割锯及动力机械手，能够适用于多种工况作业，使用范围广。
57.如图1所示，在一些实施例中，机器人操控系统包括：机器人本体操控系统和环境检测操控系统。机器人本体操控系统用于控制机器人本体。环境检测操控系统用于控制环境检测系统。
58.在一些示例中，机器人本体操控系统包括机器人遥操作控制器、机械臂遥操作控制器。利用机器人遥操作控制器可通过遥操作技术实现对机器人本体的远程操控。利用机械臂遥操作控制器可通过遥操作技术实现对机械臂的远程操控。
59.在一些示例中，环境检测操控系统通过网络信号与机器人实现通信。操控距离：1～30米；几何测量精度：
±
3mm；并且能够实时显示，自动生成检测报告，并可对图片进行缩放、裁剪、对比度调整等操作。
60.本实施例的机器人操控系能够利用机器人遥操作控制器可通过遥操作技术实现对机器人本体的远程操控，利用机械臂遥操作控制器可通过遥操作技术实现对机械臂的远程操控，利用环境检测操控系统控制环境检测系统对环境进行取样检测，功能全面，操作方便。
61.如图3所示，在一些实施例中，核级空气防护调节系统包括：空调系统、组合式过滤器、风机及压差报警器。空调系统用于调节操控方舱中的温度。组合式过滤器用于对进入操控方舱中的空气进行过滤。风机用于驱动空气经组合式过滤器进入操控方舱，并将操控方舱内的空气排出操控方舱之外，并在操控方舱中建立正压。压差报警器用于监测操控方舱
内外的压差。
62.在一些示例中，组合式过滤器包括沿气体流动方向依次设置的中效过滤器和核级高效过滤器。
63.在一些示例中，如图3所示，核级空气防护调节系统的洁净空气还与驾驶舱连通。用于为驾驶舱输送空气。
64.在一些示例中，如图3所示，压差报警器包括过滤器压差报警器和舱内外压差报警器，滤器压差报警器用于监测组合式过滤器两端的压差，舱内外压差报警器用于监测风机出口与操控方舱或驾驶舱之间的压差。
65.本实施例的核级空气防护调节系统采用核级高效过滤技术，通过在封闭舱体(驾驶舱或操控方舱)中建立正压，保护舱内密闭部位不被沾染，是驾驶员和操作人员免受辐射伤害，且本实施例的核级空气防护调节系统还具有空气温度调节功能。
66.在一些实施例中，底盘本体的尾部设有液压升降尾板，用于辅助机器人到达地面或登上设备方舱。
67.在一些示例中，液压升降尾板的运行方式为垂直升降，以将机器人从车上运送至地面。在另一些实施例中，液压升降尾板的运行方式也可以采用开合式，及一端能够打开并搭接到地面上，在设备费方舱与地面之间形成倾斜的桥梁，使机器人能够沿着桥梁自行走到地面。
68.在一些示例中，机器人采用电能供应，供应距离不小于100m。在另一些实施例中，机器人也可以为充电模式，自身携带电池。
69.本实施例在底盘本体的尾部设有液压升降尾板，能够辅助机器人自行上下车，无需人工搬运。本实施例的液压升降尾板由五个液压缸驱动，额定载荷能够达到2吨。
70.如图1所示，在一些实施例中，机器人车系统还包括：发电机。发电机设置于底盘本体上，用于为设备方舱和操控方舱供电。
71.在一些示例中，发电机为轴带发电机。
72.本实施例的发电机能够为核级空气防护调节系统以及操作方舱内控制系统提供电源，输出功率在12kw左右。也可用于为全部车载用电设备提供电源(包括行车和驻车)。
73.如图1所示，在一些实施例中，驾驶舱顶部设有声光报警器。
74.本实施例在驾驶舱顶部设有声光报警器能够便于被困人员即使发现。
75.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
76.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。以上仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本技术的保护范围。

技术特征：
1.一种机器人车系统，其特征在于，包括：车辆底盘，包括底盘本体、牵引设备及驾驶舱；所述牵引设备连接于所述底盘本体，用于牵引所述底盘本体移动；所述驾驶舱设置于所述底盘本体上，用于容纳驾驶员；所述驾驶舱内部设有屏蔽层，用于屏蔽核辐射；设备方舱，设置于所述底盘本体上；所述备方舱中包括机器人；所述机器人能够进出所述设备方舱；操控方舱，设置于所述底盘本体上，用于容纳操作人员；所述操控方舱内包括核级空气防护调节系统、机器人操控系统及动力系统；所述核级空气防护调节系统用于向所述操控方舱内输送洁净空气；所述机器人操控系统用于遥控所述机器人；所述动力系统用于为所述核级空气防护调节系统和所述机器人操控系统提供动力。2.根据权利要求1所述的机器人车系统，其特征在于，还包括：设备方舱监控系统，设置于所述设备方舱中，用于记录所述设备方舱内的情况；机器人监控系统，设置于所述机器人上，用于记录所述机器人的工作进度及工作环境；操控方舱监控系统，设置于所述操控方舱中，用于记录所述操控方舱内的情况；视讯终端，设置于所述操控方舱，且分别连接所述设备方舱监控系统、所述机器人监控系统、所述操控方舱监控系统。3.根据权利要求1所述的机器人车系统，其特征在于，所述机器人包括：机器人本体，包括机身、履带式底盘和机械臂；所述机身设置于所述履带式底盘上；所述机械臂设置于所述机身上；所述机械臂的自由端设有快换接头；工具头系统，包括工具头台架及至少一个工具头；所述工具头设置于所述工具头台架上；所述机器人本体能够通过所述机械臂上的快换接头与所述工具头快速连接。4.根据权利要求3所述的机器人车系统，其特征在于，所述机器人本体上还包括：环境监测系统，用于获取环境样本并进行检测；照明系统，用于提供光源；液压控制系统，用于驱动所述机器人本体执行动作指令。5.根据权利要求3所述的机器人车系统，其特征在于，所述工具头为多个，包括：液压金属剪、液压抓斗、金属切割锯及动力机械手。6.根据权利要求3所述的机器人车系统，其特征在于，所述机器人操控系统包括：机器人本体操控系统，用于控制所述机器人本体；环境检测操控系统，用于控制所述环境检测系统。7.根据权利要求1所述的机器人车系统，其特征在于，所述核级空气防护调节系统包括：空调系统，用于调节所述操控方舱中的温度；组合式过滤器，用于对进入所述操控方舱中的空气进行过滤；风机，用于驱动空气经所述组合式过滤器进入所述操控方舱，并将所述操控方舱内的空气排出所述操控方舱之外，并在所述操控方舱中建立正压；压差报警器，用于监测所述操控方舱内外的压差。8.根据权利要求1所述的机器人车系统，其特征在于，所述底盘本体的尾部设有液压升
降尾板，用于辅助所述机器人到达地面或登上所述底盘本体。9.根据权利要求1所述的机器人车系统，其特征在于，还包括：发电机，设置于所述底盘本体上，用于为所述设备方舱和所述操控方舱供电。10.根据权利要求1所述的机器人车系统，其特征在于，所述驾驶舱顶部设有声光报警器。

技术总结
本申请提供了一种机器人车系统，属于核电技术领域，用于进行核事故的应急救援和监测。机器人车系统包括：车辆底盘包括底盘本体、牵引设备及驾驶舱。牵引设备连接于底盘本体，驾驶舱设置于底盘本体上。驾驶舱内部设有屏蔽层，用于屏蔽核辐射。设备方舱设置于底盘本体上。设备方舱中包括机器人。机器人能够进出设备方舱。操控方舱设置于底盘本体上。操控方舱内包括核级空气防护调节系统、机器人操控系统及动力系统。核级空气防护调节系统用于向操控方舱内输送洁净空气。机器人操控系统用于遥控机器人。动力系统用于为核级空气防护调节系统和机器人操控系统提供动力。利用本申请的机器人车系统更有利于救援人员观察现场情况，以降低对机器人操作的难度。低对机器人操作的难度。低对机器人操作的难度。


技术研发人员：孙国庆 严成勇 冯建可 梁思光 王成林 朱志强
受保护的技术使用者：中核检修有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/7/7