核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人系統(tǒng)分析與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、由于核電站中存在輻照劑量高、結(jié)構(gòu)環(huán)境復(fù)雜、水體腐蝕性強(qiáng)等問(wèn)題，核電站作業(yè)中操作人員會(huì)不可避免地受到核輻射照射，對(duì)操作人員的生命安全帶來(lái)極大威脅。采用機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)可以降低操作人員受照劑量和勞動(dòng)強(qiáng)度，并提高核電站的檢修水平和事故處理效率，因此在核電站中使用機(jī)器人代替操作人員已成為業(yè)界共識(shí)。本研究在國(guó)家863計(jì)劃“核反應(yīng)堆專(zhuān)用機(jī)器人技術(shù)與應(yīng)用”(2011AA040201)的子項(xiàng)目“核電站多功能水下爬行機(jī)器人研發(fā)”的支持下，借鑒國(guó)內(nèi)外核電站救

2、援與異物清理機(jī)器人的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)核電站特殊服役環(huán)境下作業(yè)機(jī)器人亟待解決的共性關(guān)鍵技術(shù)和專(zhuān)用技術(shù)進(jìn)行深入研究，旨在通過(guò)對(duì)人機(jī)交互技術(shù)、輻射環(huán)境下圖像處理與識(shí)別系統(tǒng)開(kāi)發(fā)技術(shù)和放射性防污、去污技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)復(fù)合式驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、水下視頻系統(tǒng)和多功能機(jī)械手，研制出核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人并進(jìn)行工程示范應(yīng)用。該機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的是在核反應(yīng)堆水池和堆芯環(huán)境中進(jìn)行異物搜索與異物打撈，避免螺栓、螺母等小型異物進(jìn)入核電站設(shè)備，以解決目前人工進(jìn)行異物拾取效

3、率低下且對(duì)操作人員帶來(lái)輻射傷害等問(wèn)題，保障核電站安全順暢運(yùn)行。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1.針對(duì)D-H法則建立機(jī)器人坐標(biāo)系的局限性，提出建立在D-H法則基礎(chǔ)上的改進(jìn)D-H方法，闡述構(gòu)建方法并對(duì)其使用方法進(jìn)行描述。
　　2.核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人機(jī)械本體由四自由度機(jī)械手和六輪輪式移動(dòng)平
　　臺(tái)組成。采用改進(jìn)D-H方法對(duì)機(jī)械手進(jìn)行建模，計(jì)算其正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，并求解機(jī)械手的雅可比矩陣及奇異位形

4、。在對(duì)輪式移動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，進(jìn)行核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人整體的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。
　　3.對(duì)于核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人機(jī)械手這一完整約束系統(tǒng)，采用歐拉-拉格朗日方法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，并對(duì)核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人輪式移動(dòng)平臺(tái)這一非完整約束系統(tǒng)，采用牛頓-歐拉方法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上，分析水動(dòng)力對(duì)系統(tǒng)的影響，將水阻力、附加質(zhì)量力及浮力與之前建立的動(dòng)力學(xué)模型相融合，建立了核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人整體

5、的動(dòng)力學(xué)方程。
　　4.分別在直角坐標(biāo)空間和關(guān)節(jié)空間中，研究核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人的抓取策略，并建立了兩種空間中，核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人異物抓取計(jì)算公式，通過(guò)理論計(jì)算仿真與工程樣機(jī)實(shí)驗(yàn)的方式對(duì)抓取策略進(jìn)行驗(yàn)證。
　　5.研制出由核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人本體、遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)硬件和遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)軟件三部分組成的第三代核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人工程樣機(jī)，針對(duì)核反應(yīng)堆水下異物打撈機(jī)器人設(shè)計(jì)指標(biāo)和總體工作任務(wù)的要求，對(duì)機(jī)器人的各