核電站巡檢與應急處理機器人的關鍵技術研究.pdf

1、核能作為目前唯一能夠達到工業(yè)應用且可以大規(guī)模替代化石燃料的新清潔能源方式，得到了全球多個國家的廣泛關注和利用。盡管核電站的安全可靠性很高，但在過去已經(jīng)發(fā)生的多次核事故使人類遭受了重大損失。因此核電站巡檢與應急處理機器人作為一種可以替代工作人員進入核輻照環(huán)境下進行巡檢和應急處理任務的重要履行者具有非常重要的社會意義和價值。本文主線就是面向核電站巡檢與應急處理的實際應用問題，針對核電站巡檢與應急處理機器人在實際作業(yè)時可緊密串聯(lián)的室內定位技術

2、、穩(wěn)定攀爬樓梯方法與雙移動機械臂系統(tǒng)協(xié)同作業(yè)時的冗余度解析等相關問題進行理論和實驗研究。
　　本文首先根據(jù)核電站本身的特點以及核電站內巡檢與應急處理任務的特殊性，給出了系統(tǒng)總體設計方案，設計并研制了一款核電站巡檢與應急處理機器人系統(tǒng)，包括機器人移動平臺、小型四自由度機械臂和多款末端夾持工具以及遙操作控制箱等。該機器人整體系統(tǒng)體積小、重量輕，能夠進入狹窄區(qū)域執(zhí)行巡檢和應急處理任務，采用模塊化、總線化、多層次的機器人電子控制系統(tǒng)架構，

3、利用通信傳輸級、控制級和裝置級三層的控制體系架構，很好的減少了各個層級之間的相互影響，提高了整個系統(tǒng)的層次性，各層級之間實現(xiàn)模塊化，消除各個模塊之間的耦合，提高了系統(tǒng)的可靠性。另外針對于核輻照環(huán)境下對機器人本身的性能影響，提出了機械阻擋、硬件冗余和系統(tǒng)糾錯等三種核防護設計方案，有效地延長了機器人在不同程度核輻射環(huán)境下的工作時間。該核電站巡檢與應急處理機器人系統(tǒng)也作為后續(xù)內容的研究和實驗平臺。
　　針對于核電站內核輻射環(huán)境下機器人的

4、室內定位，基于機器人在SE(2)空間中的動態(tài)分布規(guī)律提出了一種適用于核環(huán)境下的效率更高、能耗更低的自定位誤差校驗修正方法。在確定機器人航位推算動態(tài)分布范圍的基礎上，通過多次實驗定性的描述隨機干擾噪聲，并提出基于既定誤差的離散卡爾曼濾波對航位推算誤差進行修正，然后利用機器人的動態(tài)分布對修正后的誤差進行再校驗，使機器人的自定位誤差降到最小。同時基于此方法提出了機器人在SE(2)空間中的運動控制機制，包括閾值的選擇準則、效率與安全機制和局部路

5、徑優(yōu)化機制，增加機器人在SE(2)空間中運動的高效性。
　　針對機器人在核電站內巡檢與應急處理任務的爬樓需求，在對機器人的爬樓能力分析的基礎上，提出了平面穩(wěn)定度表征機器人在爬樓靜態(tài)過程中的穩(wěn)定性，并對機器人在隨機偏移下的爬樓進行可行性分析。針對于機器人在不同爬樓過程中的爬樓進程狀態(tài)，提取機器人的驅動輪和導臂的驅動電機反饋電流變化特征序列作為特征參數(shù)，進而提出了基于多分類支持向量機的爬樓狀態(tài)預測方法，提前預測機器人在爬樓過程中的爬樓

6、進程狀態(tài)，并對預測結果的準確性進行檢驗。根據(jù)爬樓過程中質心變化率提出了垂直穩(wěn)定度，并以垂直穩(wěn)定度為準則針對爬樓過程提出了多模式切換控制方法，包括模糊控制和異步開環(huán)控制，使機器人能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的樓梯攀爬。
　　針對雙機器人協(xié)同作業(yè)的實際需要，提出了多冗余度雙移動機械臂系統(tǒng)的空間運動解析。將多冗余度機械臂與機器人移動平臺作為整體控制，提出了整個移動機械臂系統(tǒng)的自由度分配方案，有效地提高了整個機器人系統(tǒng)的協(xié)調能力。結合移動平臺與機械臂的運