一種強輻射環境液控拆除機器人的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種強輻射環境液控拆除機器人，針對現有液控拆除機器人不能在強核輻射環境下長時間工作的特點，對機器人電氣控制系統模塊和傳感器電路控制模塊進行了抗核輻射加固。為了方便機器人運動，在機器人本體前后各增加一個推鏟，運動時可鏟除前后方障礙物，使機器人履帶運動更加平穩，在原地靜止時，也可起到增加支撐面積，穩定機器人的作用。同時，為了完成復雜的作業任務，本發明設計了一種可對位姿狀態進行反饋和控制的液壓機械臂，通過采用抗輻射性能較強的純電阻電容拉繩位移傳感器，不但可以準確獲得液壓機械臂的轉角位姿，而且相較于其他角位移編碼器，其安裝和維護更加容易。
【專利說明】一種強輻射環境液控拆除機器人
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種強輻射環境液控拆除機器人，屬于液控拆除機器人領域。
【背景技術】
[0002] 拆除機器人是工業機器人的一種，它實際上就是一個帶有液壓破碎錘的，具有遙 控控制功能的工業機器人。自從20世紀70年代開始出現以來，到目前為止也就經歷了短短 30多年時間的發展，不過它的發展速度非常迅速，應用范圍則正在不斷擴大。現在，在歐美 等發達國家拆除機器人已經開始作為高新技術產業中一個新興的產業，正在朝著標準化、 系列化、多功能化等方向發展。但是目前為止，國外研制生產拆除機器人的廠家還不是特別 多，它們主要有瑞典布魯克公司（BR0KK)、德國的托普泰克公司（T0PTEC)、芬蘭的FINMAC公 司。瑞典布魯克公司（BR0KK)是目前拆除機器人最大的供應商，產品銷往世界各地。主要 產品有 BR0KK 系列：包括 BR0KK40、BR0KKS0、BR0KK90、BR0KK180、BR0KK250、BR0KK330 型拆 除機器人。此外還有 T0PTEC 公司生產 T0PTEC1850E、T0PTEC2500、T0PTEC4500、T0PTEC5500 型拆除機器人，FINMAC公司生產F16型拆除機器人。
[0003] 雖然每個公司生產的拆除機器人系列不同、外形不同，但是每個公司的產品在總 體上大的結構基本沒有什么區別，它們一般都包括機架、履帶行走機構、回轉機構、工作機 構、液壓支腿、拆除工具及動力系統、液壓系統、電氣控制系統、無線或有線遙控系統等組成 部分。它們存在的主要區別就在那些特殊結構的設計上，但就是這些獨特的結構對提高產 品性能和競爭力有著決定性的作用。分析總結來說主要包括以下幾個方面：（1)底重心設 計；(2)底噪聲設計；（3)遠距離數字遙控技術；(4)減震系統；（5)自動潤滑裝置；(6)液壓 支腿裝置；（7)履帶行走裝置；(8)回轉裝置；（9)保護罩裝置；（10)三段式懸臂設計；（11) 拆除工具。
[0004] 目前國內外現有的液控拆除機器人通常是基于非核輻射環境下作業的要求而設 計的，其電氣控制系統和傳感器采集系統沒有進行抗核加固，不能承受大量輻射劑量。當使 用時間較長或劑量較大時，必然造成控制系統的損壞和傳感器采集系統的失靈。
[0005] 同時，現有的液控拆除機器人多采用四支腿機構作為機器人本體支撐，這種機構 的特點是當機器人本體原地靜止時，四條支腿機構將機器人本體略微撐起，以四個支點構 成支撐面保證機器人本體的穩定。但是，這種支腿機構復雜，控制油路過多，不利于檢測和 維護。而且，有時機器人停止運動時的地面會有許多石塊等障礙物，此時，采用支腿支撐很 難形成支撐面，有時甚至會造成機器人翻到。
【發明內容】
[0006] 參照國內外現有的液控拆除機器人技術方案，結合核輻射環境下實際作業要求， 本發明設計了一種全新的液控拆除機器人系統。該系統主要由三個特點：1)對機器人電 氣控制系統模塊和傳感器電路控制模塊進行了抗核加固，使其適應核輻照環境下的作業要 求；2)采用推鏟機構作為機器人的支撐機構，同時具有鏟除障礙物的功能，安裝和維護也 更加簡便；3)液壓機械臂采用拉繩位移傳感器檢測機械臂的位姿狀態，在保證測量精度的 同時，降低了加工和安裝的難度，方便日常維護。
[0007] 本發明涉及一種強輻射環境液控拆除機器人，所述機器人包括如下結構：包括主 體、基座、基座液壓缸、底盤、大臂、二臂、三臂、連接座、以及連接座液壓缸，所述機器人還包 括一大一小兩個鉛屏蔽罩，將電氣控制系統模塊安裝于大鉛屏蔽罩中，將傳感器電路控制 模塊安裝于小鉛屏蔽盒中；
[0008] 所述大鉛屏蔽罩包括：設在電氣控制模塊縱向兩側的鉛屏蔽板（1)，在兩鉛屏蔽 板（1)外側面連接有鋁型材（2)，在兩側鉛屏蔽板之間設有可將電氣控制模塊罩住的若干 個相互搭接的屏蔽蓋（3)，以及通信電纜出口處的屏蔽隔板（4)和用于固定屏蔽蓋的橫梁 (7)、橫梁槽⑶和箱體槽（6);
[0009] 所述小鉛屏蔽盒包括：電子屏蔽盒盒體（10)、電子屏蔽盒蓋子（9)和密封膠條
[11] 三部分；盒體（10)與蓋子（9)通過螺釘連接，蓋子下部設有止口，與盒體嵌合時更加 穩固；同時，盒體（10)前后兩端各設一個出線口，用于傳感器控制電路電纜線的接入接出； 出線口處裝有膠條（11)，在對屏蔽盒起到密封作用的同時，也對電纜線起到固定作用；屏 蔽盒出線口內側設有屏蔽隔板（12)，用于防止外界核輻射線通過出線口處進入盒體內部對 傳感器控制電路（13)造成損害。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 通過參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例，本發明的以上和其它方面及 優點將變得更加易于清楚，在附圖中：
[0011] 圖1為本發明的一種強輻射環境液控拆除機器人的結構示意圖；
[0012] 圖2為本發明的一種強輻射環境液控拆除機器人的鉛屏蔽罩結構圖；
[0013] 圖3為本發明的一種強輻射環境液控拆除機器人的屏蔽蓋搭接口示意圖；
[0014] 圖4為本發明的一種強輻射環境液控拆除機器人的電子屏蔽盒結構示意圖；
[0015] 圖5為本發明的一種強輻射環境液控拆除機器人的推鏟支撐機構圖；
[0016] 圖6為本發明的一種強輻射環境液控拆除機器人的拉繩位移傳感器布置圖。
【具體實施方式】
[0017] 在下文中，現在將參照附圖更充分地描述本發明，在附圖中示出了各種實施例。然 而，本發明可以以許多不同的形式來實施，且不應該解釋為局限于在此闡述的實施例。相 反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發明的范圍充分地傳達給本領 域技術人員。
[0018] 在下文中，將參照附圖更詳細地描述本發明的示例性實施例。
[0019] 參考附圖1，為液控拆除機器人的結構示意圖。
[0020] -、抗核加固
[0021] 由于液控拆除機器人要在核輻射環境下長時間工作，因此必須對其電氣控制系統 和傳感器的電路控制模塊給予保護。本發明通過設計一大一小兩個專門的鉛屏蔽罩，將電 氣控制系統模塊安裝于較大的屏蔽罩中，將傳感器電路控制模塊安裝于較小的屏蔽盒中， 以起到對電氣控制系統模塊和傳感器電路控制模塊的保護作用。其結構如下圖2、3所示。
[0022] 用于電氣控制模塊核防護的大型鉛屏蔽罩包括：設在電氣控制模塊縱向兩側的鉛 屏蔽板（1)，在兩鉛屏蔽板（1)外側面連接有鋁型材（2)，在兩側鉛屏蔽板之間設有可將電 氣控制模塊罩住的若干個相互搭接的屏蔽蓋（3)，以及通信電纜出口處的屏蔽隔板（4)和 用于固定屏蔽蓋的橫梁（7)、橫梁槽（8)和箱體槽（6)。
[0023] 在兩鉛屏蔽板1外側面連接有兩根鋁型材2,用以保證支架穩定、牢固。在兩側鉛 屏蔽板之間設有可將電氣控制模塊罩住的8個相互搭接的屏蔽蓋3,交錯搭接放置可保證 縫隙處也符合防護要求。在每個屏蔽蓋3上設有兩個把手5,屏蔽蓋3每塊重量約8. 2公 斤，比較輕便，方便用戶任意掀開其中一塊對電氣控制模塊進行安裝和維護。鉛屏蔽罩內部 有屏蔽隔板（4)，用于防止外界核輻射線通過通信電纜出口處進入箱體內部。本發明結構簡 單、滿足防護要求又保證用戶使用的方便、安全。
[0024] 用于傳感器電路控制模塊的小型鉛屏蔽盒，其結構如下圖4所示：
[0025] 該電子屏蔽盒包括：電子屏蔽盒盒體（10)、電子屏蔽盒蓋子（9)和密封膠條（11) 三部分。盒體（10)與蓋子（9)通過螺釘連接，蓋子下部設有止口，與盒體嵌合時更加穩固。 同時，盒體（10)前后兩端各設一個出線口，用于傳感器控制電路電纜線的接入接出。出線 口處裝有膠條（11)，在對屏蔽盒起到密封作用的同時，也對電纜線起到固定作用。屏蔽盒出 線口內側設有屏蔽隔板（12)，用于防止外界核輻射線通過出線口處進入盒體內部對傳感器 控制電路（13)造成損害。
[0026] 二、推鏟支撐機構
[0027] 現有的液控拆除機器人多采用四支腿結構作為機器人本體支撐，這種結構的特點 是當機器人本體原地靜止時，四條支腿機構將機器人本體略微撐起，以四個支點構成支撐 面保證機器人本體的穩定。但是，這種支腿結構復雜，控制油路過多，不利于檢測和維護。而 且，有時機器人停止運動時的地面會有許多石塊等障礙物，此時，采用支腿支撐很難形成支 撐面，有時甚至會造成機器人突然失穩。為此，如圖5所示，本發明采用推鏟機構代替支腿 機構。當機器人運動時，推鏟可起到鏟除障礙物石塊的作用，當機器人停止時，推鏟撐起，也 可形成機器人本體的支撐面。
[0028] 三、帶位姿反饋和控制液壓機械臂
[0029] 現有液控拆除機器人的液壓機械臂大多能進行位姿的反饋和控制，但通常采用轉 角位移傳感器直接進行測量。轉角位移傳感器一般安裝于機械臂關節轉軸處，對安裝架的 加工精度和安裝者的裝配精度要求較高，不利于日常的檢修和維護。轉角位移傳感器屬于 高精度傳感器，其內部關鍵零部件和控制電路十分脆弱，當核輻射線存在或較大時，對測量 信號干擾較大甚至直接燒毀傳感器。
[0030] 如圖6所示，本發明的液壓機械臂采用純電阻電容的拉繩位移傳感器進行位姿反 饋和控制。該型傳感器的工作原理決定了在可承受的核輻照范圍內（傳感器零部件材質不 發生變質），其測量精度不受核輻照影響。同時，由于鋼絲繩的柔性特質，使其對安裝架的加 工精度和安裝者的裝配精度要求不高，方便液壓機械臂的日常檢修和維護。拉繩位移傳感 器安裝于液壓缸的外側，測量液壓缸伸縮量的變化。通過液壓缸伸縮變化量與液壓機械臂 關節轉角之間的關系，即可間接求得液壓機械臂的位姿狀態。
[0031] 針對現有液控拆除機器人不能在強核輻射環境下長時間工作的特點，對機器人電 氣控制系統模塊和傳感器電路控制模塊進行了抗核輻射加固。為了方便機器人運動，在機 器人本體前后各增加一個推鏟，運動時可鏟除前后方障礙物，使機器人履帶運動更加平穩， 在原地靜止時，也可起到增加支撐面積，穩定機器人的作用。同時，為了完成復雜的作業任 務，本發明設計了一種可對位姿狀態進行反饋和控制的液壓機械臂，通過采用抗輻射性能 較強的純電阻電容拉繩位移傳感器，不但可以準確獲得液壓機械臂的轉角位姿，而且相較 于其他角位移編碼器，其安裝和維護更加容易。
[0032] 以上所述僅為本發明的實施例而已，并不用于限制本發明。本發明可以有各種合 適的更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應 包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種強輻射環境液控拆除機器人，包括主體、基座、基座液壓缸、底盤、大臂、二臂、三 臂、連接座、以及連接座液壓缸，其特征在于： 所述機器人還包括一大一小兩個鉛屏蔽罩，將電氣控制系統模塊安裝于大鉛屏蔽罩 中，將傳感器電路控制模塊安裝于小鉛屏蔽盒中； 所述大鉛屏蔽罩包括：設在電氣控制模塊縱向兩側的鉛屏蔽板（1)，在兩鉛屏蔽板（1) 外側面連接有鋁型材（2)，在兩側鉛屏蔽板之間設有可將電氣控制模塊罩住的若干個相互 搭接的屏蔽蓋（3)，以及通信電纜出口處的屏蔽隔板（4)和用于固定屏蔽蓋的橫梁（7)、橫 梁槽⑶和箱體槽（6); 所述小鉛屏蔽盒包括：電子屏蔽盒盒體（10)、電子屏蔽盒蓋子（9)和密封膠條（11)三 部分；盒體（10)與蓋子（9)通過螺釘連接，蓋子下部設有止口，與盒體嵌合時更加穩固；同 時，盒體（10)前后兩端各設一個出線口，用于傳感器控制電路電纜線的接入接出；出線口 處裝有膠條（11)，在對屏蔽盒起到密封作用的同時，也對電纜線起到固定作用；屏蔽盒出 線口內側設有屏蔽隔板（12)，用于防止外界核輻射線通過出線口處進入盒體內部對傳感器 控制電路（13)造成損害。
2. 如權利要求1所述的一種強輻射環境液控拆除機器人，其特征在于： 所述機器人還包括前推鏟和后推鏟，當機器人運動時，推鏟可起到鏟除障礙物石塊的 作用，當機器人停止時，推鏟撐起，也可形成機器人本體的支撐面。
3. 如權利要求1或2所述的一種強輻射環境液控拆除機器人，其特征在于： 所述機器人采用純電阻電容的拉繩位移傳感器進行位姿反饋和控制；拉繩位移傳感器 安裝于液壓缸的外側，測量液壓缸伸縮量的變化；通過液壓缸伸縮變化量與液壓機械臂關 節轉角之間的關系，即可間接求得液壓機械臂的位姿狀態。
4. 如權利要求1或2所述的一種強輻射環境液控拆除機器人，其特征在于： 所述屏蔽蓋（3)為8個，在每個屏蔽蓋（3)上設有兩個把手（5)。
【文檔編號】B25J5/00GK104084943SQ201410298880
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】楊濤, 張華 , 皮明 申請人:西南科技大學