核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人系統(tǒng)分析與實驗研究.pdf

1、由于核電站中存在輻照劑量高、結(jié)構(gòu)環(huán)境復雜、水體腐蝕性強等問題，核電站作業(yè)中操作人員會不可避免地受到核輻射照射，對操作人員的生命安全帶來極大威脅。采用機器人進行作業(yè)可以降低操作人員受照劑量和勞動強度，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器人代替操作人員已成為業(yè)界共識。本研究在國家863計劃“核反應(yīng)堆專用機器人技術(shù)與應(yīng)用”(2011AA040201)的子項目“核電站多功能水下爬行機器人研發(fā)”的支持下，借鑒國內(nèi)外核電站救

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

3、率低下且對操作人員帶來輻射傷害等問題，保障核電站安全順暢運行。
　　本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　1.針對D-H法則建立機器人坐標系的局限性，提出建立在D-H法則基礎(chǔ)上的改進D-H方法，闡述構(gòu)建方法并對其使用方法進行描述。
　　2.核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人機械本體由四自由度機械手和六輪輪式移動平
　　臺組成。采用改進D-H方法對機械手進行建模，計算其正運動學方程和逆運動學方程，并求解機械手的雅可比矩陣及奇異位形

4、。在對輪式移動平臺運動學分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合機械手運動學模型，進行核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人整體的運動學分析。
　　3.對于核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人機械手這一完整約束系統(tǒng)，采用歐拉-拉格朗日方法進行動力學分析，并對核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人輪式移動平臺這一非完整約束系統(tǒng)，采用牛頓-歐拉方法進行動力學分析。在此基礎(chǔ)上，分析水動力對系統(tǒng)的影響，將水阻力、附加質(zhì)量力及浮力與之前建立的動力學模型相融合，建立了核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人整體

5、的動力學方程。
　　4.分別在直角坐標空間和關(guān)節(jié)空間中，研究核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人的抓取策略，并建立了兩種空間中，核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人異物抓取計算公式，通過理論計算仿真與工程樣機實驗的方式對抓取策略進行驗證。
　　5.研制出由核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人本體、遠程控制系統(tǒng)硬件和遠程控制系統(tǒng)軟件三部分組成的第三代核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人工程樣機，針對核反應(yīng)堆水下異物打撈機器人設(shè)計指標和總體工作任務(wù)的要求，對機器人的各