【摘要】：核事故處理中,由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境具有強(qiáng)放射性,事故處理危險(xiǎn)且復(fù)雜,機(jī)器人代替工作人員進(jìn)行作業(yè)已有廣泛應(yīng)用,但是如何保證機(jī)器人在強(qiáng)輻射環(huán)境中高效可靠地完成作業(yè)一直是一個(gè)瓶頸問題,利用計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于unity3D的核環(huán)境下遙操作機(jī)器人處置卡源事故的數(shù)字仿真訓(xùn)練平臺(tái)。對(duì)核環(huán)境中輻照數(shù)據(jù)分布模型進(jìn)行了理論分析,使用MAYA軟件對(duì)核輻射環(huán)境和機(jī)器人進(jìn)行3D建模,利用unity3D技術(shù)實(shí)現(xiàn)作業(yè)處置以及數(shù)據(jù)分析處理,從而構(gòu)建出整個(gè)卡源事故實(shí)訓(xùn)演練系統(tǒng)。通過機(jī)器人實(shí)訓(xùn)演練,對(duì)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析,優(yōu)化了工程作業(yè)方案,為機(jī)器人核探測(cè)工程作業(yè)的安全性和高效性提供了保證。
【圖文】：

的束縛，靈活性較強(qiáng)，大幅度降低了訓(xùn)練成本，可以輔助現(xiàn)場(chǎng)工作人員反復(fù)多次實(shí)訓(xùn)演練，更好地保證了工程作業(yè)的安全性和高效性。。2機(jī)器人核事故訓(xùn)練平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)機(jī)器人核事故處理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，由于核事故現(xiàn)場(chǎng)具有較強(qiáng)的放射性，機(jī)器人關(guān)鍵模塊(電路系統(tǒng))耐輻照性較低，，機(jī)器人在實(shí)際工程作業(yè)前期，必須進(jìn)行源項(xiàng)數(shù)據(jù)采集，利用已有數(shù)據(jù)再現(xiàn)工程環(huán)境，規(guī)劃合理的作業(yè)方案，針對(duì)性的進(jìn)行演練，保證事故順利解決。機(jī)器人核事故處理平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以卡源任務(wù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)［7］為導(dǎo)向，包括系統(tǒng)建模、3D融合、功能仿真，顯示及決策優(yōu)化五大模塊，系統(tǒng)建模是基礎(chǔ)，通過場(chǎng)景的3D融合構(gòu)建要素齊全的工程環(huán)境，功能仿真是核心內(nèi)容，需要依據(jù)實(shí)際的工程環(huán)境，顯示模塊實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)結(jié)果輸出，通過分析數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)方案的優(yōu)化，達(dá)到虛擬實(shí)訓(xùn)的目的。結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，對(duì)各模塊中復(fù)雜變量進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)前期數(shù)據(jù)采集得到的工程環(huán)境數(shù)據(jù)，提煉出環(huán)境的主要特征，包括環(huán)境數(shù)據(jù)和空間關(guān)系，輻照特性，同時(shí)利用軟件開發(fā)技術(shù)對(duì)機(jī)器人本體進(jìn)行逼真化處理，這樣簡(jiǎn)化了建模的復(fù)雜度，以達(dá)到快速建模的目的。功能仿真模塊中重點(diǎn)突出機(jī)器人的作業(yè)處置，實(shí)現(xiàn)多工具頭切換、作業(yè)功能，同時(shí)此模塊中人機(jī)交互設(shè)計(jì)也是保證工程作業(yè)高效實(shí)現(xiàn)的重要部分。顯示模塊要能夠直觀的顯示全局路徑中所受的輻照劑量率，并遵循“任務(wù)劑量最斜和“作業(yè)高效與安全可靠”原則，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，方案評(píng)估和優(yōu)化。3VＲ技術(shù)的機(jī)器人核事故處理訓(xùn)練平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于上述分析，利用VＲ技術(shù)進(jìn)行核事故處理訓(xùn)練平臺(tái)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的軟件開發(fā)遵循軟件工程思想，從需求分析入手，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。在軟件開發(fā)階段，首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行建?

用公式建模方法對(duì)輻照數(shù)據(jù)分布進(jìn)行建模，對(duì)于作業(yè)場(chǎng)景和機(jī)器人，利用MAYA建模軟件進(jìn)行三維建模、烘焙貼圖以及動(dòng)畫制作，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高逼真的3D模型仿真。再將模型文件導(dǎo)出為．FBX文件格式，最后導(dǎo)入到unity3D軟件中。利用強(qiáng)大的unity3D引擎進(jìn)行模型綁定、3D場(chǎng)景融合、邏輯整合、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用C#Script腳本語(yǔ)言編寫程序?qū)崿F(xiàn)友好UI設(shè)計(jì)，機(jī)器人控制設(shè)計(jì)、后端數(shù)據(jù)分析處理設(shè)計(jì)。系統(tǒng)測(cè)試完成后，可以跨平臺(tái)發(fā)布于主流操作系統(tǒng)平臺(tái)上。3．1輻照室劑量分布公式建模采用國(guó)內(nèi)某U型結(jié)構(gòu)輻照室作為核機(jī)器人作業(yè)場(chǎng)景如圖2，利用半值層計(jì)算方法［8］可以快速簡(jiǎn)便地計(jì)算出輻照室內(nèi)部各個(gè)點(diǎn)的照射劑量率。圖2輻照室內(nèi)部圖1)U型區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)的照射劑量率計(jì)算:P點(diǎn)的待測(cè)劑量率DP:DP=D0=103×F×AL12(1)D0:無(wú)屏蔽情況下待測(cè)點(diǎn)的劑量率(kSv/h);A:源活度(Bq);F:源對(duì)應(yīng)的γ因子;L1:源到待測(cè)點(diǎn)的距離(m)。2)輻射室迷道內(nèi)某點(diǎn)的照射劑量率計(jì)算:Q點(diǎn)輻照劑量率DQ:DQ=D0/K=103×F×AL22×K=103×F×AL22×2Ｒ/Δ(2)L2:源到待測(cè)點(diǎn)的距離(m);Ｒ:放射源射線穿過屏蔽物的實(shí)際長(zhǎng)度(mm);K:衰減倍數(shù)，有多個(gè)屏蔽體時(shí):K=K1K2．．Kn;Δ:指屏蔽材料的半值層厚度(mm)。在建模過程中，可實(shí)現(xiàn)靈活設(shè)置放射源強(qiáng)度，通過射線檢測(cè)，實(shí)時(shí)精確地算出輻射源到機(jī)器人之間所經(jīng)過的障礙物，獲得相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而算出γ射線穿透障礙物所受到的衰減以及機(jī)器人最終所受損傷情況。系統(tǒng)也可實(shí)現(xiàn)多源模擬。3．2輻照室和機(jī)器人三維建模1)針對(duì)輻照室整體的場(chǎng)景架構(gòu)，建立輻照室通道、屏蔽墻體、輻照實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、儲(chǔ)源井、移動(dòng)吊索裝置、照明設(shè)備等模塊。2)核機(jī)器人本體選?
【作者單位】： 西南科技大學(xué)國(guó)防科技學(xué)院;
【基金】：國(guó)防科技工業(yè)局核能開發(fā)科研項(xiàng)目(20111137)
【分類號(hào)】：TL73;TP391.9

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8 李s

本文編號(hào)：2548116