МУЛЬТИСЕНСОРНАЯ СИСТЕМА В СОСТАВЕ МОБИЛЬНОГО РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПОИСКА, ЛОКАЛИЗАЦИИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ИСТОЧНИКОВ ГАММА-ИЗЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к средствам поиска и обнаружения источников гамма-излучения и предназначается для оснащения мобильных робототехнических комплексов (МРТК).
Известен «Способ поиска и обнаружения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения», (патент РФ №2195005). Способ поиска источников излучения (ИИ) реализован с помощью двух блоков детектирования - поискового и обнаружительного, установленных на мобильном роботе (МР). Поисковый блок состоит из двух детекторов, разделенных экраном, и располагается на платформе МР таким образом, чтобы ось разделительного экрана совпадала с продольной осью МР. При поиске источника излучения МР двигается в направлении, определенном равноинтенсивными сигналами с обоих детекторов. Обнаружительный блок представляет собой детектор, размещенный на манипуляторе МР. С его помощью регистрируется изменение мощности дозы и по звуковым сигналам, поступающим от блока, определяется точное местоположение ИИ.
Недостатком данного способа является необходимость выполнения маневров МР для выравнивания показаний детекторов поискового блока с целью определения направления на источник, сканирования поверхности манипулятором на предмет определения координат обнаруженного источника, низкая точность определения местоположения источника по звуковым сигналам от обнаружительного блока, отсутствие возможности определения спектрального состава излучения.
Известно дистанционно-управляемое транспортное средство (ТС) для обнаружения радиоактивных источников (патент Франции №FR 2925702). ТС содержит вращающийся блок с установленной гамма-камерой, спектрометром, дальномером и видеокамерой, которая ориентирована параллельно гамма-камере. Гамма-камера производит картографирование присутствующих источников, изображение которых накладываются на общую картину исследуемого участка местности, получаемой от видеокамеры. Спектрометр направлен параллельно гамма-камере, и предназначен для определения энергии излучения и определения соответствующего изотопа. Дальномер определяет расстояние, разделяющее источники и гамма-камеру.
Недостатком данной системы является отсутствие в составе ТС блока детектирования для первоначального обнаружения источника излучения и определения направления движения на него. Гамма-камера имеет ограниченную зону зрения и возникает необходимость сканирования окружающего пространства на предмет поиска источников, что приводит к увеличению времени поиска. Кроме этого, ТС предназначено только для проведения радиационной разведки и не содержит манипулятора и средства для его наведения на ИИ с целью их эвакуации.
Известна система, состоящая из двух блоков детектирования, использующаяся в «Дистанционно управляемом роботе радиационной разведки» (патент РФ на полезную модель №82871), выбранная за прототип. Робот содержит опорную раму, на которой жестко закреплен антропоморфный многозвенный манипулятор с механическим захватом. Многоэлементный блок детектирования установлен на опорной раме и предназначен для поиска первоначального направления на ИИ с целью определения вектора движения робота. Коллимированный детектор с двумя каналами установлен на захвате манипулятора и предназначен для наведения захвата манипулятора на обнаруженный источник с целью его эвакуации. Пульт оператора содержит соединенные между собой кабелями модуль управления, блок питания, аккумуляторную батарею, микроЭВМ, видеомонитор, радиомодем и телевизионный приемник.
Недостатком данной системы является отсутствие возможности определить спектральный состав излучения и идентифицировать изотоп, затруднено определение количества близкорасположенных ИИ вследствие низкой разрешающей способности коллимированного блока. Кроме этого, оператор должен самостоятельно сопоставлять полученные данные о направлении на источник с видеоизображением, что может привести к ошибке в определении истинного положения ИИ, если на исследуемой местности находятся другие объекты.
Задачами полезной модели являются расширение арсенала технических средств для поиска источников излучения, повышение точности определения координат ИИ, уменьшение времени поиска ИИ, возможность определения спектрального состава излучения, а также визуальное представление информации о положении ИИ на местности.
Данная задача решается за счет того, что мультисенсорная система для установки на дистанционно управляемый мобильный робот с опорной рамой, на которой жестко закреплен антропоморфный многозвенный манипулятор с механическим захватом, содержащая коллимированный детектор с двумя каналами, установленный на захвате манипулятора, многоэлементный детектор, установленный на опорной раме, отличается тем, что она дополнительно снабжена гамма-визором и спектрометром, установленными на передней части опорной рамы, причем гамма-визор и спектрометр установлены осепараллельно рядом друг с другом на одной платформе с возможностью вращения в двух плоскостях и имеют одинаковые зоны зрения.
Техническим результатом является комплексное использование блоков детектирования различного функционального назначения, обеспечивающее весь цикл обнаружения, локализации, визуализации, определения количества и радионуклидного состава источников излучения, а также наведение захватного устройства манипулятора робота на ИИ с целью его эвакуации. При помощи азимутального угломера-обнаружителя производится определение направление на ИИ с максимальной интенсивностью из всех имеющихся в данном пространстве. После перемещения МРТК непосредственно к обнаруженному ИИ, по показаниям гамма-визора, гамма-спектрометра и гамма-прицела строится полная картина радиационного загрязнения, по которой оператор делает однозначный вывод, является ли данное загрязнение локальным ИИ или содержит несколько радиоактивных фрагментов. Информация, поступающая от гамма-визора представляет собой совмещенные гамма- и видеоизображения исследуемой области, где положение каждого излучающего фрагмента на видеоизображении отмечено цветовым пятном, причем цвет пятна зависит от активности источника, и позволяет оператору наглядно получить представление о количестве ИИ и их местоположении. Повышение точности определения координат ИИ реализуется за счет метода отображения локальных фрагментов радиоактивного загрязнения на гамма-изображении, который позволяет определять координаты каждого источника по центру цветового пятна с погрешностью не более 0,5 градуса. Гамма-спектрометр, установленный осепараллельно с гамма-визором, и имеющий с ним одинаковую зону зрения, позволяет анализировать спектр излучения ИИ, визуализируемых гамма-визором в данный момент и идентифицировать радионуклидный состав загрязнения. При помощи гамма-прицела производится наведение захвата манипулятора на каждый обнаруженный радиоактивный фрагмент с целью его изъятия.
Дополнительным преимуществом является установка гамма-визора и гамма-спектрометра на опорной раме с возможностью вращения в двух плоскостях, что позволяет производить поиск источников путем наведения гамма-визора и гамма-спектрометра на исследуемую область без задействования шасси МРТК.
Предложена мультисенсорная система в составе мобильного робототехнического комплекса для поиска, локализации, идентификации и изъятия источников гамма-излучения, содержащая четыре блока детектирования: азимутальный угломер-обнаружитель, гамма-визор, гамма-спектрометр и гамма-прицел. Схема мультисенсорной системы представлены на фиг.1. Азимутальный угломер-обнаружитель (патент РФ №2217776) представляет собой многоэлементный блок детектирования, установленный на опорной раме и включающий защитный экран в форме цилиндра и детектирующие элементы, причем элементы установлены равномерно по окружности вокруг защитного экрана, изготовленного из непрозрачного для гамма-излучения материала. Гамма-визор (патент РФ №2426151) содержит кодирующую маску, матрицу детектирующих элементов, встроенную видеокамеру и блок электроники. Гамма-спектрометр расположен осепараллельно с гамма-визором и представляет собой коллимированный сцинтилляционный детектор, причем зона зрения гамма-спектрометра совпадает с зоной зрения гамма-визора. Гамма-визор и гамма-спектрометр установлены на передней части опорной рамы на одной платформе с возможностью вращения в двух плоскостях. Гамма-прицел расположен на захвате манипулятора и представляет собой коллимированный двухканальный блок детектирования. Все блоки детектирования объединены в CAN-сеть с возможностью передачи визуальной и цифровой информации о положении ИИ на микроЭВМ пульта управления роботом.
Поиск и эвакуация ИИ с использованием мультисенсорной системы производится следующим образом. МРТК по командам с пульта оператора перемещают по исследуемому участку местности, фиксируя при помощи показаний азимутального угломера-обнаружителя превышение порога обнаружения по мощности дозы гамма-излучения. При превышении порогового значения по информации показаний детектирующих элементов азимутального угломера-обнаружителя выполняется проверка анизотропности (неравномерности) поля радиационного излучения. При наличии анизотропности поля определяется количество ИИ, и измеряется направление на источники. Затем выполняется поворот МРТК в направлении максимального потока гамма-излучения и перемещение в заданномнаправлении на расстояние, позволяющее изъять ИИ с помощью манипулятора. Во время перемещения МРТК к источнику при помощи гамма-прицела контролируется мощность дозы для исключения ситуации наезда на ИИ. После остановки МРТК перед областью, содержащей радиоактивное загрязнение, при помощи гамма-визора по совмещенному гамма- и видеоизображению определяется количество и координаты каждого источника. Одновременно гамма-спектрометр определяет радионуклидный состав обнаруженного загрязнения. Затем определяется источник максимальной активности и производится его изъятие при помощи захватного устройства манипулятора с установленным на нем гамма-прицелом. Сканирующими движениями манипулятора вверх-вниз и вправо-влево получают информацию о регистрируемом уровне излучения с каждого канала коллимированного детектора. В момент выравнивания показаний каждого канала рабочая ось детектора, а следовательно, и захватного устройства, будет направлена на искомый ИИ.
После изъятия наиболее активного источника область повторно исследуется гамма-визором на предмет содержания ИИ, и в случае наличия источников операция изъятия повторяется до полной очистки местности.