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基本信息

项目名称:
危险环境作业机器人
小类:
机械与控制
简介:
本作品是在项目组汲取2009年利用机器人处置河南杞县钴-60卡源事件及广州番禺“国际罕见”钴-60卡源事故的成功经验的基础上,针对强辐射、高温、剧毒、易爆等高危环境进施工作业任务的特殊需求,以突发核事故应急保障能力建设对辐射环境下智能机器人系统的迫切需求为背景,综合应用智能机械,控制,通信,电子,辐射防护等多方面的技术,使该作品能在辐射、有毒、高温等危险环境下代替人实施环境监测与事故应急处理任务。
详细介绍:
2009年8月,项目组应用特制的抗核加固机器人系统,首次实现利用国内自主研制的机器人系统解决卡源难题。机器人系统在14万居里活度的钴60现场,成功排除被卡的美国机器人,系统累积受辐照剂量达到300kGY。 2009年11月,在已有的国内外机器人系统均无法有效解决问题的情况下,项目组在40天内,利用现场研制的耐辐照机器人-危险环境作业机器人系统,顺利完成辐射监测、视频监控、障碍物清除、远程切割、远程挂钩等复杂操作,圆满解决了98万居里活度的钴60板源严重被卡的罕见故障。机器人系统累积受辐照剂量高达700kGY。 危险环境作业机器人系统适应性强,能在强辐射、高温、高压、有毒、易爆等复杂的工作环境下代替人完成环境监测与事故应急处理处置作业任务。同时,该作品具有广泛的用途和重大的社会意义,积极有效地开展危险环境作业机器人的研究对于保障人民的生命财产安全、保障大型国内或者国际性活动的安全具有重要的意义,对于应对核处理突发事件、加快事故处理速度、降低事故造成的财产损失和缩小事故影响具有重要的作用。

作品图片

  • 危险环境作业机器人
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

1.作品设计、发明的目的和基本思路 本作品是在项目组汲取2009年利用机器人处置河南杞县钴-60卡源事件及广州番禺“国际罕见”钴-60卡源事故的成功经验的基础上,应用“人-机(机器人)-环境(核环境)”系统工程中的科学、技术工程方法,综合应用智能机械、控制、通信、电子等多方面的技术,开展了以系统集成为主的创新研究,着重研究了机器人系统的适应性、可靠性、可维护性等关键问题。 2.作品的创新点 (1)实现高危环境作业无人化或少人化,形成适合在强辐射复杂环境工作的危险环境移动机器人系统自主集成技术。 (2)作品结合了履带、轮式等功能;采用电液驱动相结合,远距离电动遥操作与近 (3)距机械遥操作相结合的方式以及多种末端执行工具相结合的方法,形成了核环境下智能机器人模块化结构设计创新。 (4)应用潜望镜原理使强辐照环境下工作的摄像机系统耐辐照剂量十的六次方戈瑞即十的八次方拉德。 (5)成功处置高活度(14万居里与98万居里)、难度国际罕见的钴-60辐射源被卡事件。 3.作品的技术关键 (1)强辐射环境下电子电气设备抗辐射加固技术的实现方法。 (2)危险环境作业下机器人本体设计与优化。 (3)危险环境作业机器人及末端执行工具的设计与优化。 (4)强辐射环境可靠通信技术的实现方法。

科学性、先进性

1)2009年河南杞县卡源处置工作中,项目组的I号机器人采用轮式行走机构,有效地提高了机器人系统在泥泞、易被缠绕的作业环境中的可靠性,不仅成功解救了卡蒂诺机器人,而且成功完成了处置任务 2)2009年广州番禺卡源处置工作中,项目组II号机器人采用六轮行走机构,有效地提高了机器人系统越障性能,不仅成功解救了“灵蜥”机器人,而且成功完成了处置任务。 3)作品采用多种工程手段的组合优化方法,有效地提高了机器人系统执行单元的现场适应性。而同类产品在河南和广州现场作业时,因工具单一,均无法完成任务。 4)应用潜望镜原理有效地解决了强辐射现场监测中摄像机寿命、图像品质、及对辐照强度的间接测量等关键问题,比同类产品耐辐照剂量提高两个数量级。 5)作品将工作系统调整为液压控制系统,此系统不仅很好地避开了电机高负载运行产热高的问题,而且液压系统还有如下特点:稳定性高,额定功率大。作品的机械臂通过液压控制,有效载荷大,作业范围广,较同类机器人优势明显。

获奖情况及鉴定结果

1.本作品于2009年8月成功处置河南省开封市杞县利民辐照厂钴60卡源事件,中华人名共和国环境保护部发函感谢;2.于2009年11月成功处置广州番禹广州辐照技术研究开发中心钴60卡源事故,中共广州市委发函感谢;3.于2010年10月成功参展成都第十一届中国西部国际博览会;4.于2010年12月在北京举办的第二届全国高等学校自制教学设备成果展示会上获优秀成果奖。

作品所处阶段

样机及工程应用

技术转让方式

合作孵化,产品定制

作品可展示的形式

实物、产品 现场展示 图片 录像

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

1.作品的技术特点和优势 系统拥有自主知识产权抗辐射加固技术和可维护设计,系统耐辐射性能强,可以满足国家国防科研对放射性核素强辐射场下的日常监督性监测、管理和事故应急处置的需求,在辐射环境中代替人完成辐射环境监测及应急处置作业,减少人员的职业照射剂量和作业的辐射防护费用并可以增加安全性。 2.适用范围、推广前景分析 在河南杞县广州番禺卡源处理事故中,引起的社会效益远远超过了经济效益;就广州番禺卡源事故,直接挽回的经济损失就达到5000万。由于番禺紧邻广州亚运村,引起的社会效益就不可估量了。该机器人系统如果批量投入市场,其中强辐射环境应急处置机器人单台投资预计为25~40万;辐射环境视频监控及放射源管理系统预计单台投资为8~15万。诚然该机器人系统和一些高精密的其他的机器人系统是不能比拟的,但是它是工程应用实践的产物, 其带来的社会和经济效益不可估量,市场前景广阔。作品中核心技术的突破对反恐机器人、巡逻机器人、服务机器人的研究和推广应用也有很强的推动意义。

同类课题研究水平概述

近年来,我国一些高校和研究机构研制出了一系列的危险环境作业机器人,包括上海交通大学等单位研制了国内首台ZXPJ01型消防机器人,北京航空航天大学开发了RT3-EOD、RAPTOR 排爆机器人,北京金吾高科技有限公司研制出JW901B型排爆机器人,中科院沈阳自动化所研制出“灵蜥”危险作业机器人,哈尔滨工业大学面向未来战场需求和反恐作战需要,研制了模块化、多功能的地面无人作战平台,中科院沈阳自动化所研制了轮、腿和履带复合型自主式移动机器人Climber等等。 上海交通大学机器人研究所和上海消防所根据实际应用的需要设了ZXPJ01型消防机器人,主要用于核工业检测,消防,火场探测,有毒,易燃,易爆气体场所探测,森林探测,采矿,星球探测及无人战场等。 由中科院沈阳自动化所研制出“灵蜥”危险作业机器人系列可以代替人进行一定的工作,在大多数非结构环境或危险、恶劣环境(环境状况复杂多变,地面高低不平,存在坡、沟和障碍物)条件下实施反恐防暴作业。同时,该作业型机器人使用便捷的机械手(含工具)也是拓展其应用范围的重要因素。 JW-901B排爆机器人可广泛应用于搜索、排爆、放射性物质的排除,代替人去完成有危险的工作。JW-901机器人的主要功能—抓取,优于国内外同类的各种机器人。 国外的危险环境作业机器人的发展较迅速,美国华盛顿州南部原子能研究中心根据核应急环境的需求,设计了具有攀爬、去污、搬运功能的机器人组。该组机器人既可单独工作,也可组网配合、协同工作。这套机器人具有磁性吸盘、高压水枪、运动履带等配套部件,有效地扩展了辐射中心区的施工作业范围。 另外,美国还设计了一种机器人,可配合各种扳手部件,拧螺纹元件,倒推进剂,清理不能自由倒入的推进剂,最终完成强辐射环境中的自动拆卸任务。 三里岛、切尔诺贝利及福岛核事件使得在核能开发及利用快速发展的今天对以遥操作机器人技术为主的核处置技术提出了更为迫切的需要。从原料开采、提取、封装、使用、退役、乏燃料的利用及三废处置等全过程,都离不开核辐射监测、预警、处置与应急设备的可靠支支撑,这既是核能事业可持续发展的重要保证,也是公共危机管理的重要组成部分,已成为国际社会普遍关注的重要问题。一直以来,以传统核大国为代表的诸多国家均投入巨资进行该领域的研究,并取得了一定的成绩。
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