基于5G技术的辐射探测机器人设计_胡煜.pdf

32 电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月Electronics 电子学过机器人通信、硬件以及软件等多方面的开发，利用5G技术通信速度快、应用稳定的特点，将其优势转化为辐射探测机器人的优势，继而促进技术应用融合。将5G技术应用于辐射探测机器人是在我国5G技术自主研发逐渐成熟的基础上形成的新项目，该项目研发一旦成功，将会在很大程度上提升海关通关效率。对于我国辐射探测技术发展、海关通关效率提升、推动海关智慧化步伐具有重要的意义。2 基于5G技术的辐射探测机器人 通过上述研究发现，辐射探测机器人的研究已经成为我国检查设备研究的重点项目。而研究中发现，辐射探测机器人在应用过程中，无法做到更远程的操控，主要的问题在于通信技术应用有限。因此，在此技术需求背景下，相关专家提出应用5G技术对辐射探测机器人进行优化。以下是我国某科研团队对5G辐射探测机器人研发讨论。本项目将研制基于5G技术应用，根据港口辐射超标集装箱核验工作流程，通过研制智能机器人及具备辐射剂量、核素识别和中子识别的三合一全方位辐射探测模块，并将二者的深度融合，形成一体式全方位辐射检测0 引言基于5G技术的辐射探测机器人开发研究对于辐射探测机器人应用升级有重要的作用。当前，我国已经开始一系列关于辐射探测机器人的开发，主要目的是应用于海关辐射探测工作，促进海关检查工作发展。1 研究背景目前口岸入境集装箱辐射查验方式是查验人员穿戴辐射防护用具，手持辐射探测模块进行核查，但是作业人员不接近货物无法检测辐射剂量强度，很可能将人员置于辐射危险之中，同时因为穿戴防护用具带来的作业不便，使得检测效率很低。对于目前的手持式辐射探测一般都是只探测辐射剂量，不能同时识别核素和中子辐射，即时发现放射源位置，如果需要进一步核验辐射产生的原因，又需要通过其他核素辐射探测器或者送到实验室进一步检测核验，使得现场作业效率低、效果差、风险高。针对上述问题，需要一种新的智能高效的检测设备取代目前的人工查验方式。目前，我国相关单位已经加紧了5G技术与探测机器人的相互融合，通基金项目：天津市科技支撑重点项目（22YFZCSN00150）。作者简介：胡煜，津海威视技术（天津）有限公司，高级工程师，硕士；研究方向：口岸检验检疫设备研发。通信作者：杨博锋，津海威视技术（天津）有限公司；研究方向：辐射检测技术。收稿日期：2023-01-20；修回日期：2023-02-12。摘要：阐述基于5G技术的辐射探测机器人设计，根据港口辐射超标集装箱核验工作流程，通过研制智能机器人及具备辐射剂量、核素识别和中子识别的三合一全方位辐射探测模块，并将二者的深度融合，形成一体式全方位辐射检测智能机器人。关键词：5G技术，智能机器人，辐射探测。中图分类号：TP242，TN92文章编号：1000-0755(2023)02-0032-02文献引用格式：胡煜，杨博锋，韩伟，郝大伟，杨萌萌.基于5G技术的辐射探测机器人设计J.电子技术,2023,52(02):32-33.基于5G技术的辐射探测机器人设计胡煜1，杨博锋1，韩伟2，郝大伟1，杨萌萌1（1.津海威视技术（天津）有限公司，天津 300450；2.天津海关工业产品安全技术中心，天津 300450）Abstract This paper describes the design of radiation detection robot based on 5G technology.According to the work flow of port radiation over-standard container inspection,through the development of intelligent robot and three-in-one omnidirectional radiation detection module with radiation dose,nuclide identification and neutron identification,and the deep integration of the two,an integrated omnidirectional radiation detection intelligent robot is formed.Index Terms 5G technology,intelligent robot,radiation detection.Design of Radiation Detection Robot Based on 5G TechnologyHU Yu1,YANG Bofeng1,HAN Wei2,HAO Dawei1,YANG Mengmeng1(1.Jinhai Vision Technology(Tianjin)Co.,Ltd.,Tianjin 300450,China.2.Tianjin Customs Industrial Product Safety Technology Center,Tianjin 300450,China.)电子技术 第 52 卷 第 2 期（总第 555 期）2023 年 2 月 33Electronics 电子学智能机器人。（1）智能三维空间网格画线定位机器人研究开发。研究采样激光雷达空间位置及距离判断，自动识别待核验目标集装箱的尺寸大小，结合设计可以自由升降范围0.62.3m的机械臂，实现智能机器人对待核验集装箱表面 3x4 自动网格画线，并自动对交点的识别定位的技术；研究通过对应用场景地图预先构建及运行过程的对地图随机变化的实时更新，结合机器人360旋转舵轮设计，实现辐射探测模块探头全过程探测距离小于10cm一致性和保证近距离防撞运行。智能三维空间网格画线定位机器人设计主要分为智能机器人底盘与上装伸缩机械臂。智能机器人底盘通9过搭载的地图识别激光雷达与避障激光雷达的结合，实现机器人对场地环境的地图构建，障碍物识别，及被检测集装箱的尺寸自动识别，与机械结构配合保证辐射探测模块距离被检测物表面10cm以内的检测要求；底盘控制系统主要由底盘工控机、控制器及舵轮组成，实现机器人的360转向及行进；机器人通过自建立的50m无线局域网实现机器人底盘与终端PAD的交互，同时进行实时的现场环境远程监控；机器人车体配备有Android对外交互，实现机器参数调试，TF卡认证，及5G通信实现与核辐射监管平台的数据上传，同时实现与三合一辐射探测模块的通信数据进行数据交互。上装伸缩臂设计主要实现稳定伸缩的有效高度可以满足集装箱检测高度变化需求，实现0.62.3m的有效伸缩，同时伸缩臂与三合一辐射探测模块的一体结合，保证通信稳定与数据屏蔽1。（2）高度融合三合一辐射探测模块研究开发。研究同时具备辐射探测、中子检测和核素识别的三合一辐射探测模块；研究基于NaI晶体探测能谱分析核素识别技术的研究，建立有核材料、工业核素、医用核素、天然核素四种核素数据库，核素种类24种。研究NaI晶体探测器与盖格计数管相融合宽量程l00nSv/hl0mSv/h高分辨检测；研究基于中子正比例计数技术稳定探测中子通量的检测技术；研究与智能机器人高度融合的三合一辐射探测模块结构设计及通信方案2。三合一辐射探测模块基于NaI晶体探测技术、G-M计数、中子正比例计数技术及元素能谱数据库的研究，根据不同检测器之前的性能优势互补及统一的电气路及通信设计，研制一款同时具备宽量程辐射探测，核素识别和中子探测的一体式辐射探头。三合一辐射探测模块通过盖革管（范围是100nSv/h10mSv/h，灵敏度1nSv/h约1cps）与NaI晶体（100nSv/h500Sv/h，2英寸灵敏度1nSv/h约260cps）相结合，通过NaI闪烁体弥补盖革管对低辐射剂量平滑时间长，分辨率低的不足，可以实现快速的高灵敏、宽有效量程的辐射探测3。（3）基于5G数据传输与核辐射数据监管平台的对接开发。根据辐射超标集装箱核验作业流程及数据管理需求，研究开发基于5G通信技术的数据上传，实现“PAD 任务录入机器人自动本底采集机器人自动数据采集辐射检测数据上传”。基于多方位激光雷达结合技术研究，实现辐射超标待核验集装箱的尺寸识别和空间5面34网格画线；结合准确升降定位范围0.62.3m的机械臂及360智控舵轮设计，实现全自动的被测集装箱7自动识别网格交点并准确定位，并保证一体式辐射探头探测距离箱体表面小于10cm的一致性4。基于NaI晶体探测技术、G-M计数、中子正比例计数技术及元素能谱数据库的研究，开发具备辐射探测、中子检测和核素识别同时检测的辐射探测模块；并实现对辐射的宽量程l00nSv/hl0mSv/h检测，检测误差小于20%；具备常见四种核素数据库24种核素的准确识别；及稳定的中子通量cps识别5-8。3 结语本项目进行研究，将5G技术融合应用，之后形成了多个平台的探测器模块，使辐射探测机器人的各项探测工作得到优化，最终促进技术发展。实践验证中发现，本文所研究项目中5G辐射探测机器人具有超强的辐射探测功能，技术应用全面发展，有利于技术创新，提升技术效率。参考文献1 丑武胜,刘源,杨光.核辐射探测机器人故障容错控制方法研究J.微计算机信息,2010,26(29):1-3+9.2 谢小明.应用于非常规场景巡检的第一视觉5G智能机器人J.自动化与信息工程,2020,41(04):51-54.3 汪中原.基于5G技术的智能机器人技术J.电子技术,2020,49(03):54-55.4 黄晨,涂朴,任翔,刘浩平,黄华昌.基于5G技术的智能移动靶机器人设计J.电子设计工程,2022,30(12):103-107+112.5 王希涛.一种辐射加固优化的核探测机器人控制系统设计J.核电子学与探测技术,2012,32(05):547-551+626.6 杜仕刚.面向核辐射环境探测的多机器人协作研究D.四川：西南科技大学,2020.7 杜树标,蒋韦韦,丁泮.核环境机器人现状及关键技术分析J.兵器装备工程学报,2016,37(05):93-97+103.8 沈华亚,朱万宁,董强敏,陈法国,延水滔,韩毅.耐强辐射遥控探测机器人研制J.核电子学与探测技术,2015,35(01):74-78.