隨著核能的發(fā)展,核電站的建設(shè),核泄漏等安全事故越來(lái)越受到人們的關(guān)注與重視。其中,乏燃料池和換料水池泄漏是典型的核電事故。而傳統(tǒng)人工檢修方式耗時(shí)耗力,所以研發(fā)一款用于水下檢修的機(jī)器人具有重要意義。本課題結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際需求,研發(fā)一款搭載于框架式水下ROV的輕型多自由度焊接機(jī)械臂。首先分析了水下焊接工藝、搭載空間和作業(yè)空間,確定了機(jī)械臂的五自由度構(gòu)型以及臂桿尺寸參數(shù)。采用泛塞封作為電機(jī)輸出軸處的動(dòng)密封,采用鋁合金作為機(jī)械臂主體材料,并考慮流固耦合影響,完成了電機(jī)的選型和整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。利用ANSYS完成了機(jī)械臂關(guān)鍵部件的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì),在保證構(gòu)件強(qiáng)度與剛度的基礎(chǔ)上,達(dá)到減輕質(zhì)量的目的,并在SolidWorks中完成了機(jī)械臂的三維建模。其次,基于D-H方法,完成了機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)的建模與仿真,為運(yùn)動(dòng)控制部分奠定了基礎(chǔ)。完成了對(duì)水下焊接機(jī)械臂的誤差建模與分析,合理分配關(guān)節(jié)加工制造精度,并采用多關(guān)節(jié)補(bǔ)償法對(duì)擬定誤差進(jìn)行修正。完成了機(jī)械臂空間焊接軌跡的理論推導(dǎo),為實(shí)驗(yàn)部分提供了理論依據(jù)。然后,基于拉格朗日法完成了動(dòng)力學(xué)方程建模,基于默爾森法完成了水動(dòng)力分析,通過(guò)adams仿真對(duì)比了地面和水下這兩種情況下的控... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

福島核電站4號(hào)機(jī)組乏燃料池

巧作業(yè)”（2013CB035502），國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目：核電站水池水下機(jī)器人設(shè)計(jì)及其運(yùn)動(dòng)控制研究（項(xiàng)目編號(hào)：61673138）。1.1.2 研究目的和意義隨著社會(huì)不斷發(fā)展，自然資源日益減少，當(dāng)今主流正在開發(fā)利用或積極研究新能源。其中，核能以其潔凈、高效和安全的特點(diǎn)，正逐步得到重視和發(fā)展[1]。雖然核電是一種相對(duì)安全的能源，但其一但發(fā)生核泄漏事故，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成不可逆的破壞。按照人類現(xiàn)有的技術(shù)，尚且無(wú)法完全解決這一難題，這也是核能的致命弱點(diǎn)。在人類文明進(jìn)程上所發(fā)生的核電站事故中，比較典型的事故是乏燃料池的泄漏。為了避免事故的發(fā)生，就需要對(duì)核電站設(shè)備進(jìn)行定期檢修和補(bǔ)救。而在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)于換料水池和乏燃料池的作業(yè)又是世界性難題[2]。2011年日本福島核事故的原由就是水池泄漏，如圖 1-1 所示[3]。2010 年我國(guó)的大亞灣核電站 2 號(hào)機(jī)組也發(fā)生過(guò)換料水池泄漏的事件，如圖 1-2 所示。以上事件都給我們敲響了核電站生產(chǎn)安全的警鐘。

圖 1-3 MARIS7080 的水下電動(dòng)機(jī)械手 圖 1-4 法國(guó) EAC 公司四自由度機(jī)械美國(guó) sea Botix 公司研制 LBV 150SE2，如圖 1-5 所示，質(zhì)量為 10.安裝有兩個(gè)前后、一個(gè)上下和一個(gè)側(cè)向推進(jìn)器。靜水最大航速為 1.41m工作在 1.03m/s 流速的環(huán)境下。潛水最大深度為 150m，配備掃描聲納和攝像頭。LBV 水下無(wú)人遙控機(jī)器人具有堅(jiān)固、耐用、體積輕巧、轉(zhuǎn)動(dòng)靈操作使用簡(jiǎn)單方便、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。配備工業(yè)型搖桿和防水鍵盤來(lái)對(duì)人的平移和轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制，并可以調(diào)整攝像頭焦距，還配備了一個(gè)簡(jiǎn)單械臂用于抓取物品[9]。加拿大 Inuktun Services 公司的 ROV Seamor 遙控潛水器，如圖 1-6 其最大下潛深度為 50m，艇身尺寸 355mm×355mm×472mm。該潛水器氣中質(zhì)量為 16kg。配備具有四個(gè)矢量推進(jìn)器，來(lái)實(shí)現(xiàn)其在水下的自由運(yùn)它的“臍帶”電纜長(zhǎng)為 150m，并一個(gè)簡(jiǎn)單的抓取機(jī)械手。用于船底檢水下攝像、看護(hù)潛水和堤壩檢修等工作場(chǎng)合[10]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于ANSYS Workbench的頂驅(qū)提環(huán)側(cè)連接板的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 楚飛,雷宇,高瀚,程騰飛,王洋紳,趙春暉,于川.  機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2019(01)
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博士論文
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[2]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[D]. 黃曉辰.河北工業(yè)大學(xué) 2016
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碩士論文
[1]六自由度水下機(jī)械臂系統(tǒng)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)[D]. 郭銳.哈爾濱工程大學(xué) 2018
[2]基于液壓驅(qū)動(dòng)的ROV水下作業(yè)仿真研究[D]. 張潤(rùn)博.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[3]主從水下機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D]. 王澤鵬.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[4]局部干法水下焊接工藝及焊縫質(zhì)量研究[D]. 陳建平.南昌大學(xué) 2013
[5]E40鋼藥芯焊絲水下濕法焊接工藝研究[D]. 劉一搏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[6]水下磁吸附式輪履焊接機(jī)器人原理樣機(jī)研究[D]. 喻強(qiáng).南昌大學(xué) 2007



本文編號(hào)：3459981