專利名稱：基于遙操作移動機器人的核化污染檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動機器人技術以及核污染和化學污染檢測領域。具體提出了一 種基于遙操作移動機器人平臺的核污染和化學污染的檢測方法。
背景技術：
在發(fā)生核污染和化學泄漏事故時，經(jīng)常遇到情況不明、高度危險、人員無法 接近且使用通常手段無法實施檢測的區(qū)域。遇到這種情況，目前的檢測方法主要 有兩種 一是派核化處理人員攜帶檢測儀器進入污染區(qū)域進行測量，或派核化處 理人員攜帶錄像機錄制現(xiàn)場情況，為事故處理提供依據(jù)。這種方式不僅效率低下、 可靠性低，更重要的是核化處理人員的危險極大，很容易造成人員傷亡；二是派 專門的核污染、化學污染檢測車輛前往偵察。但目前國內的此類車輛體積龐大， 行動遲緩，而且無法進入建筑內部實施檢測，這很大程度上限制了核、化污染檢 測車輛的應用場合。而本發(fā)明是處理上述核、化污染事件的有力工具。利用搭載 了檢測儀器的遙操作移動機器人，可以方便安全的進入高度危險、人員無法接近 的污染現(xiàn)場，取回樣本，獲得現(xiàn)場圖片和錄像，并能對污染源定位，繪制污染區(qū) 域分布圖，為事故處理提供依據(jù)。
發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種基于遙操作移動機器人的核化污染檢測方法，使用該發(fā)明可 以方便可靠地對高度危險、檢測人員無法接近的核污染、化學泄漏的事故現(xiàn)場實 施檢測，取回樣本，獲得現(xiàn)場圖片和錄像。
本發(fā)明采用如下技術方案
本發(fā)明提出了一種基于遙操作移動機器人的核化污染檢測方法。在遙操作移 動機器人上安裝核偵察儀、化學氣體檢測儀及至少三臺攝像機，核偵察儀設置在 遙操作移動機器人的前端，化學氣體檢測儀設置在儀器艙內，第一臺攝像機安裝 在遙操作移動機器人的機械手臂前端，用于近距離觀察可疑物體，第二臺攝像機安裝在遙操作移動機器人的支架上面，用于拍攝遙操作移動機器人工作現(xiàn)場的全 景圖像，第三臺攝像機安裝在儀器艙內，用于獲取安裝在遙操作移動機器人的儀 器艙內的化學氣體檢測儀器的示值表盤的圖像。
控制遙操作移動機器人進入污染現(xiàn)場，在遙操作移動機器人行進的同時利用 第二臺攝像機拍攝現(xiàn)場的圖像并將圖像傳回本地，利用核偵察儀獲取事故現(xiàn)場的 核輻射強度，再將核輻射強度值傳輸給設在遙操作移動機器人上的網(wǎng)絡電臺并利 用網(wǎng)絡電臺將核輻射強度值傳回本地，利用化學氣體檢測儀器獲取事故現(xiàn)場化學 污染的強度，同時利用第三臺攝像機拍攝化學氣體檢測儀器的示值表盤并將圖像 傳回本地。
根據(jù)所獲得的現(xiàn)場的圖像和核偵察儀的示值及化學氣體檢測儀的示值來修 正遙操作移動機器人前進的速度和方向，所述的修正遙操作移動機器人前進速度 和方向的方法是如果現(xiàn)場的圖像顯示遙操作機器人前方?jīng)]有障礙，則沿原行進 方向加速前進，如果現(xiàn)場的圖像顯示遙操作機器人前方有障礙，機器人減速并改 變前進方向繞過障礙；在遙操作移動機器人前進過程中，如果發(fā)現(xiàn)核偵察儀或化 學氣體檢測儀的示值增大，則遙操作移動機器人已進入污染區(qū)域，控制遙操作移 動機器人沿原前進方向繼續(xù)前進，如果儀器示值減小，則遙操作移動機器人正遠 離污染源，這時改變遙操作移動機器人的前進方向并沿此改變后的前進方向前 進，直到儀器示值開始增大后，控制遙操作移動機器人沿儀器示值開始增大時的 前進方向前進，直到找到污染源，這種人機交互的尋找污染源的方法靈活、簡單、 可靠。
如果是在核污染的事故現(xiàn)場，利用以上所提供的調整遙操作移動機器人前進 方向的方法，當不管怎樣改變移動機器人的前進方向，核偵察儀的示值都不再增 大時，則核污染源就在移動機器人近前，這時展開機械手臂使上方的第一臺攝像 機對遙操作移動移動機器人周圍區(qū)域進行近距離觀察。如果遙操作移動機器人發(fā) 現(xiàn)污染源，則利用機械手臂對核污染源進行取樣、抓取操作。
如果是在化學污染的事故現(xiàn)場，利用以上所提供的調整遙操作移動機器人前 進方向的方法，當不管怎樣改變移動機器人的前進方向，化學氣體檢測儀器的示 值都不再增大時，遙操作移動機器人所處位置即為化學污染濃度最大的區(qū)域。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點
由于本發(fā)明以遙操作移動機器人為平臺，遙操作移動機器人在本地操作員的 控制下代替檢測人員深入污染現(xiàn)場，因此本發(fā)明具有零傷亡的優(yōu)點；本發(fā)明中尋 找污染源的方法是根據(jù)遙操作移動機器人前-進過程中檢測儀器的示值，始終保持 遙操作移動機器人沿著檢測儀器示值增大的方向前進，以此來尋找污染源，這種 人機交互的尋找污染源的方法靈活、簡單、可靠；由于遙操作移動機器人上裝有 GPS定位導航儀，因此本發(fā)明可對核污染源進行定位，為事故處理提供可靠依 據(jù)，提高工作效率。本發(fā)明儀器艙內化學氣體檢測儀器可根據(jù)事故現(xiàn)場污染源類 型不同而靈活更換。此外，遙操作移動機器人上裝有機械手臂，可以抓取污染源 或對污染源進行采樣。
本發(fā)明可應用于高度危險、人員無法接近、使用通常手段無法實施檢測的核 污染、化學泄漏的事故現(xiàn)場。
圖1是本發(fā)明本地控制器與遙操作移動機器人無線通訊示意圖。
圖2是本發(fā)明的總體結構圖。
圖3是的本發(fā)明的儀器集成方案示意圖。
圖4是的本發(fā)明的操作流程示意圖。
具體實施例方式
下文結合附圖及具體實施例對本發(fā)明基于遙操作移動機器人的核化污染檢 測方法進行詳細描述。
如圖2所示，基于遙操作移動機器人的核化污染檢測方法包括遙操作移動機 器人l、安裝在機器人車體上面的核探測儀2、儀器艙8、采樣機械手5、網(wǎng)絡電 臺11、安裝在機械手上方的麥克風3、還有分別位于采樣機械手臂上方的第一臺 攝像機4、車尾支架上面的第二臺攝像機10、儀器艙8內的第三臺攝像機9以及 GPS定位導航儀6。
其中各部分的功能描述如下
(1) 核輻射分析探測儀2:用于檢測事故現(xiàn)場的核輻射強度。
(2) 網(wǎng)絡電臺ll:采用900MHz的MDS iNET 340/900網(wǎng)絡電臺，用于遙操作
移動機器人和本地操作員間進行無線通信。
(3) 儀器艙8:在車體內開辟一個用于放置各種化學氣體測量分析儀器的空
間。艙內裝有一個照明燈和一個攝像頭，將帶有示值表盤的化學氣體檢測儀器固 定在儀器艙內，儀器艙內的照明燈7照亮化學氣體檢測儀器的示值表盤，儀器艙 內的攝像頭9拍攝示值表盤的圖像并無線傳輸給本地操作員，本地操作員通過圖
像讀取化學氣體檢測儀器的測量結果。
(4) 攝像機及圖像傳輸系統(tǒng)攝像機獲取事故現(xiàn)場的圖片，圖像傳輸系統(tǒng)通過 無線傳輸方式將圖像傳給本地操作員。
(5) GPS定位導航儀6:接受GPS數(shù)據(jù)，隨時確定遙操作移動機器人的位置，
對污染源進行定位。
(6) 采樣機械手5:機械手臂有兩個關節(jié)，能抓取污染源或對污染源進行采
樣。機械手臂前端安裝的工具可根據(jù)需要靈活更換。機械手上方裝有一個攝像機， 用于近距離觀察操作對象，獲取操作對象更為細致的圖像。此外，機械手上方裝
有麥克風3，向本地操作員傳回遙操作移動機器人所處事故現(xiàn)場的聲音信號，這
些信號可能是氣體或者液體泄漏聲、受傷或者受困人員的呼救聲或者呻吟聲，這 些聲音信號可以為現(xiàn)場救援工作提供更好的依據(jù)，加快救援工作。 在遙操作移動機器人上安裝核偵察儀、化學氣體檢測儀及三臺攝像機，核偵
察儀2設置在遙操作移動機器人的前端，化學氣體檢測儀設置在儀器艙8內，第 一臺攝像機4安裝在遙操作移動機器人的機械手臂5的前端，用于近距離觀察可 疑物體，第二臺攝像機10安裝在遙操作移動機器人車尾的支架上面，用于拍攝 遙操作移動機器人工作現(xiàn)場的全景圖像，第三臺攝像機9安裝在儀器艙8內，用 于獲取安裝在遙操作移動機器人的儀器艙8內的化學氣體檢測儀器的示值表盤 的圖像。
本地操作員無線控制遙操作移動機器人進入污染現(xiàn)場。在遙操作移動機器 人行進的同時利用第二臺攝像機IO拍攝現(xiàn)場的圖像并將圖像傳回本地，利用核 偵察儀獲取事故現(xiàn)場的核輻射強度，再將核輻射強度值傳輸給設在遙操作移動機 器人上的網(wǎng)絡電臺11并利用網(wǎng)絡電臺將核輻射強度值傳回本地，利用化學氣體 檢測儀器獲取事故現(xiàn)場化學污染的強度，同時利用第三臺攝像機9拍攝化學氣體 檢測儀器的示值表盤并將圖像傳回本地。
本地操作員利用所獲得的事故現(xiàn)場的圖像及核偵察儀的示值和化學氣體檢
測儀的示值來修正遙操作移動機器人前進的速度和方向，所述的修正遙操作移動 機器人前迸的速度和方向的方法是如果現(xiàn)場的圖像顯示遙操作機器人前方?jīng)]有 障礙物，則沿原行進方向加速前進，如果現(xiàn)場的圖像顯示遙操作機器人前方有障 礙物，機器人減速并改變前進方向繞過障礙物;在遙操作移動機器人前進過程中， 如果發(fā)現(xiàn)核偵察儀或化學氣體檢測儀的示值增大，則遙操作移動機器人已進入污 染區(qū)域，控制遙操作移動機器人沿原前進方向繼續(xù)前進，如果儀器示值減小，則 遙操作移動機器人正遠離污染源，這時改變遙操作移動機器人的前進方向并沿此 改變后的前進方向前進，直到儀器示值開始增大后，控制遙操作移動機器人沿儀 器示值開始增大時的前進方向前進。
如果是在核污染的事故現(xiàn)場，利用以上所提供的調整遙操作移動機器人前進 方向的方法，當不管怎樣改變移動機器人的前進方向，核偵察儀的示值都不再增 大時，則核污染源就在移動機器人近前，這時展開機械手臂5使上方的第一臺攝 像機4對遙操作移動移動機器人周圍區(qū)域進行近距離觀察，如果遙操作移動機器 人發(fā)現(xiàn)污染源，利用機械手臂5對核污染源進行取樣、抓取操作。
如果是在化學污染的事故現(xiàn)場，利用以上所提供的調整遙操作移動機器人前 進方向的方法，當不管怎樣改變移動機器人的前進方向，化學氣體檢測儀器的示 值都不再增大時，遙操作移動機器人所處位置即為化學污染濃度最大的區(qū)域。
利用GPS定位導航儀6隨時確定移動機器人在前進中的位置，當發(fā)現(xiàn)污染源 時，可以確定污染源的位置，為現(xiàn)場搜救人員提供更可靠的依據(jù)，避免工作的盲 目性。
權利要求
1. 一種基于遙操作移動機器人的核化污染檢測方法，其特征在于步驟1在遙操作移動機器人上安裝核偵察儀、化學氣體檢測儀及至少三臺攝像機，核偵察儀(2)設置在遙操作移動機器人的前端，化學氣體檢測儀設置在儀器艙(8)內，第一臺攝像機(4)安裝在遙操作移動機器人的機械手臂(5)的前端，用于近距離觀察可疑物體，第二臺攝像機(10)安裝在遙操作移動機器人車尾的支架上面，用于拍攝遙操作移動機器人工作現(xiàn)場的全景圖像，第三臺攝像機(9)安裝在儀器艙內，用于獲取安裝在遙操作移動機器人的儀器艙(8)內的化學氣體檢測儀器的示值表盤的圖像；步驟2控制遙操作移動機器人進入污染現(xiàn)場，在遙操作移動機器人行進的同時利用第二臺攝像機(10)拍攝現(xiàn)場的圖像并將圖像傳回本地，利用核偵察儀獲取事故現(xiàn)場的核輻射強度，再將核輻射強度值傳輸給設在遙操作移動機器人上的網(wǎng)絡電臺并利用網(wǎng)絡電臺將核輻射強度值傳回本地，利用化學氣體檢測儀器獲取事故現(xiàn)場化學污染的強度，同時利用第三臺攝像機(9)拍攝化學氣體檢測儀器的示值表盤并將圖像傳回本地；步驟3根據(jù)步驟2所獲得的現(xiàn)場的圖像和核偵察儀的示值及化學氣體檢測儀的示值來修正遙操作移動機器人前進的速度和方向，所述的修正遙操作移動機器人前進速度和方向的方法是如果現(xiàn)場的圖像顯示遙操作機器人前方?jīng)]有障礙，則沿原行進方向加速前進，如果現(xiàn)場的圖像顯示遙操作機器人前方有障礙，機器人減速并改變前進方向繞過障礙；在遙操作移動機器人前進過程中，如果發(fā)現(xiàn)核偵察儀或化學氣體檢測儀的示值增大，則遙操作移動機器人已進入污染區(qū)域，控制遙操作移動機器人沿原前進方向繼續(xù)前進，如果儀器示值減小，則遙操作移動機器人正遠離污染源，這時改變遙操作移動機器人的前進方向并沿此改變后的前進方向前進，直到儀器示值開始增大后，控制遙操作移動機器人沿儀器示值開始增大時的前進方向前進；步驟4在核污染的事故現(xiàn)場，利用步驟3所提供的調整遙操作移動機器人前進方向的方法，當不管怎樣改變移動機器人的前進方向，核偵察儀的示值都不再增大時，則核污染源就在移動機器人近前，這時展開機械手臂(5)使上方的第一臺攝像機(4)對遙操作移動移動機器人周圍區(qū)域進行近距離觀察，如果遙操作移動機器人發(fā)現(xiàn)污染源，利用機械手臂(5)對核污染源進行取樣、抓取操作；在化學污染的事故現(xiàn)場，利用步驟3所提供的調整遙操作移動機器人前進方向的方法，當不管怎樣改變移動機器人的前進方向，化學氣體檢測儀器的示值都不再增大時，遙操作移動機器人所處位置即為化學污染濃度最大的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明針對核污染和化學污染環(huán)境下的自動檢測問題，提出了一種基于遙操作移動機器人的核、化污染檢測方法。本發(fā)明的要點是遙操作移動機器人在操作員的遠程無線控制下進入污染現(xiàn)場，通過無線傳輸將事故現(xiàn)場的信息傳回本地操作平臺；移動機器人上設有核偵察儀和儀器艙，艙內安裝有化學氣體檢測儀器，儀器艙內還裝有攝像頭和照明燈，攝像頭獲取化學氣體檢測儀器示值表盤的圖像，并將圖像傳到本地操作平臺。找到污染源后，利用機械手移走污染源或對污染源采樣；移動機器人上裝有GPS定位導航儀，可對污染源進行定位。本發(fā)明具有零傷亡、儀器艙內儀器可靈活更換等優(yōu)點?？捎糜诟叨任ｋU、使用通常手段無法實施檢測的核污染、化學泄漏的事故現(xiàn)場。
文檔編號G01N31/00GK101377547SQ200810156538
公開日2009年3月4日 申請日期2008年9月28日 優(yōu)先權日2008年9月28日
發(fā)明者包加桐, 唐鴻儒, 宋愛國, 屈傳坤, 崔建偉, 彥 曹, 晏 郭, 韓益利 申請人:東南大學