一种核电站控制棒驱动机构钩爪检查机器人

摘要

本发明提供一种核电站控制棒驱动机构钩爪检查机器人，它包括操作台、监控系统和机器人平台三部分，其中操作台由操作面板、主控计算机和显示系统组成；监控系统由监控摄像系统和激光标定系统组成；机器人平台由车体、二维精定位台、俯仰机构、一级升降、二级升降、旋转机构、检测摄像系统等组成。其中操作台与监控系统为10芯的有线连接，同时操作台可通过监控系统与机器人平台进行无线通讯。当需要有线连接时，操作台可直接通过14芯电缆与机器人平台进行连接。本发明旨在通过机器人平台上视频摄像系统将高辐射区域内控制棒驱动机构钩爪的运行情况发送至位于低辐射区域的操作台，以供核电站大修人员分析使用。

说明书

技术领域

本发明涉及核电类光电测控领域，具体说是一种应用于核电站控制棒驱动机构钩爪检查 的机器人。

背景技术

能源短缺问题已经是一个亟待解决的问题，如果没有一个战略性的措施，将直接影响经 济发展。据悉，到2020年核电装机容量将由现在的2.2%增长到4％。相当于从现在到2020 年平均每年增加3－4座核反应堆。据行内人士介绍：这个增长速度、增长总量、国内的供 电需求与一些发达国家的核电装机容量(已经占到总装机容量的50％以上)相比，还远远不 够。核电建设还有着比较大的发展空间。一座核电站的设计寿命一般在40年，而实际运行 时间将更长。只要核电站在运行就离不开相关辅助行业的支持。本发明作为与之配套的专用 检测工具，必然会带来可观的经济效益和社会效益。

目前，国际上针对核电站控制棒驱动机构钩爪的检查工作没有具体、行之有效的方法， 也未制定统一的行业标准。随着核电站运行时间的增加，控制棒驱动机构钩爪引发的故障也 逐步增加，国际核安全委员会已认识到了控制棒驱动机构钩爪检查的必要性，并投入大量资 金和人力从事研发工作。而国内大多数在役核电站使用时间均不超过20年，控制棒驱动机 构钩爪故障率较少，但也严重影响了核电站的正常运行。

发明内容

本发明要解决的技术问题：为了保障核电站的安全运行，能够对控制棒驱动机构钩爪运 行状态进行检查，提供了一种可以通过机器人平台上视频传感器将高辐射区域内的控制棒驱 动机构钩爪的运行情况通过视频图像方式传输至低辐射区域内的操作台，便于核电站大修人 员分析使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种核电站控制棒驱动机构钩爪检查机器 人，它包括操作台、监控系统和机器人平台三部分，所述的操作台包括液晶显示器、控制面 板、主控计算机和控制机柜四部分，液晶显示器、主控计算机安装在控制机柜上，控制面板 采用抽屉式与控制机柜固定。

所述的监控系统包括监控摄像系统和激光标定系统两部分。

所述的机器人平台分为两层，底层由车体、二维精定位台组成，其中车体采用四轮驱动 方式，二维精定位台固定于车体内部。顶层安装在二维精定位台上，顶层包括检测电缆、一 级升降机构、俯仰机构、定位摄像系统、二级升降机构、旋转机构、检测摄像系统和避障摄 像系统。通过俯仰机构将检测长杆升至垂直位置，通过一级升降将检测电缆传送至被检位置 高度，再通过旋转机构实现圆周方向全方位观测。

所述的操作台与监控系统采用芯的电缆连接方式实现数据的传递；同时操作台可通过监 控系统与机器人平台进行无线通讯。当需要有线连接时，操作台可直接通过14芯电缆与机 器人平台进行连接，实现数据的传递和视频的传输，有线传输距离30m，无线传输距离50m。

所述的操作台、监控系统和机器人平台采用CAN总线通讯方式实现数据的传递。

所述的精定位台为X、Y向平台，行程各为0-50mm。

所述的检查电缆外皮采用蛇皮高压管，直径为Φ15mm，内部电缆由水管、1对双绞线、 10根信号线组成。

所述的一级升降机构采用直流电机驱动，行程为0-3500mm。

所述的俯仰机构采用直流电机驱动，俯仰范围为0-100°。

所述的二级升降机构采用直流电机驱动，行程为0-100mm。

所述定位摄像系统采用10倍可变焦摄像机，并配有LED照明，功率为3W。

所述的定位摄像系统与俯仰机构成采用硬性连接，与俯仰机构成-15°固定。

所述的俯仰机构旋转到垂直方向最小高度为2050mm，另经一级升降、二级升降后，最大 高度为4800mm。

所述的旋转机构采用直流电机驱动，转动范围0-358°。

所述的检查摄像系统采用内窥镜摄像机，视场角为60°，并配有2个1W的LED照明 灯。

所述的避障摄像系统安装在机器人平台后部，便于机器人平台后退避障观察。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明所述的机器人检查设备属定制特种检查机器人，国际上尚无同类型产品；

2.本发明所述的机器人检查设备配备了多组视频传感器，方便大修人员操作；

3.本发明通过一定的改造，可广泛推广应用于其他管道式检查的场合。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图；

图2是本发明的操纵台示意图；

图3是本发明的机器人平台正视图；

图4是本发明的机器人平台左侧视图；

图5是本发明的检查过程流程图；

图6是本发明的软件控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实现方式对本发明作进一步详细说明。

本发明是一种核电站控制棒驱动机构钩爪检查机器人，由操作台、监控系统和机器人平 台三部分组成，如图1所示，操作台与监控系统采用10芯的电缆连接方式实现数据的传递； 同时操作台可通过监控系统与机器人平台进行无线通讯。当需要有线连接时，操作台可直接 通过14芯电缆与机器人平台进行连接，实现数据的传递和视频的传输。

反应堆压力容器顶盖位于储存间内的生物屏蔽体上，该设备通过有线（无线）方式进入 生物屏蔽体内底部，从容器顶盖下方进入驱动机构钩爪组件内，对钩爪进行检查，并对所观 察情况进行实时录像存储及异物处理。

如图2所示，操纵台由液晶显示器1、操作面板2、主控计算机3、控制机柜4四部分组 成。液晶显示器1、主控计算机3安装在控制机柜4上，控制面板2采用抽屉式与控制机柜 4固定。

液晶显示器1采用19英寸液晶显示器，将机器人平台监控视频、钩爪检查视频分屏显 示。

操作面板2上具有电源开关和指示、车体运动及其他功能的启停按钮。

主控计算机3采用WINDOWS XP操作系统，文件能够在检查过程中实时存储，可用 Media Player等DVD播放格式浏览；发现缺陷的疑点时，能够通过手动方式对可疑缺陷进行 观察并存储处理。

如图3-4所示，机器人平台分为两层，底层由车体5、二维精定位台6组成，其中车体 5采用四轮驱动方式，二维精定位台6固定于车体5内部。顶层安装在二维精定位台6上， 由检测电缆7、一级升降机构8、俯仰机构9、定位摄像系统10、二级升降机构11、旋转机 构12、检测摄像系统13、避障摄像系统14等组成。

车体5采用左右轮双驱结构，蜗轮蜗杆减速，具备前进、后退、左转、右转功能，且速 度无级可调。前后轮通过同步带传动，转弯半径小，增强其越障能力。

二维精定位台6，采用步进电机驱动，用于检查长杆精确定位。

俯仰机构9采用蜗轮蜗杆减速及扭簧消间隙机构，其作用是为了提升设备检查高度。

一级升降机构8、二级升降机构11用于电视观察及处理控制棒驱动机构钩爪部位情况， 二级升降11具有一定的弹性，能避让小障碍物。

如图5所示，本发明的工作原理为：首先将机器人平台及监控系统运送到生物屏蔽体门 口，通过操纵台无线遥控（或有线控制），控制机器人平台进入反应堆压力容器顶盖下方， 俯仰机构9旋转到垂直方向，由机器人平台车体粗定位，车体上的二维精定位台6通过定位 摄像系统10观测进行精定位；定好位后，一级升降机构8进入到粗管内并升到位；随后， 二级升降机构11开始上升，同时作±180°旋转，以便对控制棒驱动机构钩爪进行检查，并对 所观察情况进行实时录像存储及异物处理。检查完毕后，设备按上述过程逆转下降退出控制 棒驱动机构，机器人平台运动到下一控制棒驱动机构进行检查，直到检查完毕，机器人平台 运动到初始状态撤离工作现场。

如图6所示，设备通电以后，各节点控制器首先完成自身初始化，等待接收总线信息， 信息到来后先判断地址位是否与本节点地址相同，相同时则读取全部数据；数据读取完毕后， 进行校验位的判定，校验位正确无误则转存读取的数据。经数据转化，将所得数据赋值给各 功能函数，执行各功能任务直至完成。

本发明未详细公开的部分属于本领域的公知技术。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理 解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员 来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显 而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。