發(fā)布時間：2020-04-20 23:43

【摘要】：核電封頭與管座的焊接是核電站反應(yīng)堆壓力容器制造中的關(guān)鍵問題之一。目前主要依靠人工焊接完成,焊接效率低,焊接質(zhì)量難以保證。在國家自然科學基金項目“核電封頭與管座復(fù)雜空間型面焊接機器人設(shè)計方法研究”支持下,本文開展核電封頭與管座的機器人焊接研究,針對特殊的焊接需求與作業(yè)環(huán)境,提出一種新的焊接機器人總體方案,并針對該機器人開展運動規(guī)劃研究。首先,核電封頭與管座之間的施焊空間小、焊道形狀復(fù)雜,管座數(shù)量多、在核電封頭上呈離散分布狀態(tài),焊接作業(yè)面積大、范圍廣。本文為適應(yīng)特殊工況對作業(yè)環(huán)境進行了數(shù)學建模,并提出兩種適合該作業(yè)環(huán)境的橫跨式移動焊接機器人構(gòu)型方案。分別為一體式機器人和分離式機器人。其次,針對移動焊接機器人實時高效運動算法開發(fā)的需要,提出一種拓撲-參數(shù)-軌跡三層次結(jié)構(gòu)的機器人步態(tài)規(guī)劃的新方法。在步態(tài)拓撲規(guī)劃層次完成機器人移動步態(tài)類型規(guī)劃工作,在步態(tài)參數(shù)規(guī)劃層次完成對步態(tài)中特征參數(shù),如高度、長度、時間及半徑的設(shè)定任務(wù)。在步態(tài)軌跡規(guī)劃層次完成移動機器人足端的移動軌跡設(shè)計任務(wù)。通過三層次結(jié)構(gòu)的步態(tài)規(guī)劃方法,有效降低焊接機器人實時軌跡計算工作量,提高在線規(guī)劃效率,為下一步復(fù)雜環(huán)境下基于視覺實時測量反饋的機器人焊接作業(yè)提出在線規(guī)劃算法。接著開展了移動焊接機器人作業(yè)路徑與作業(yè)軌跡規(guī)劃研究。提出橫向掃掠、斜向掃掠、徑向掃掠三種焊接作業(yè)路徑來覆蓋核電封頭上全部管座,實現(xiàn)了焊槍作業(yè)的軌跡規(guī)劃。在此基礎(chǔ)上,開發(fā)了移動焊接機器人運動規(guī)劃程序系統(tǒng),為用戶設(shè)計了焊接系統(tǒng)操作端,進行了數(shù)值仿真實驗研究,初步驗證了全文整體規(guī)劃的可行性。
【圖文】：

圖 1-1 典型核電封頭剖視圖Fig.1-1 Sectional view of a typical reactor vessel head有許多管座，使得控制棒可以上下移動。這些控止核反應(yīng)加熱容器中的水。核電封頭上的孔即為本 CRDM（Control Rod Drive Mechanism）管座，鉻上下運動[1]。本課題的目的是實現(xiàn)自動化焊接 CRD焊接過程的要求和難點，，從而制定全面可靠的焊接成與人工作業(yè)相媲美的結(jié)果。研究現(xiàn)狀與分析機器人介紹人發(fā)展歷程代以來, 我國開始了焊接機器人的研究。1985 年哈器人。1989 年，北京機床研究所和華南理工大學為

而目前國外發(fā)達國家在 CRDM 管座的自動焊接的制造技術(shù)已經(jīng)比較成熟。很多國外公司制造的焊接設(shè)備如窄間隙埋弧焊機、窄間隙 TIG 自動焊機、控制棒驅(qū)動機構(gòu) CRDM 專用焊機、管一管及管板 TIG 自動焊機等都已經(jīng)成功地應(yīng)用在核電建設(shè)中。如法國的 POLYSOUDE，美國 AMI，MAGNATECH，德國ORBIMATIC，加拿大 LIBURDY，日本 HITACHI 、AICHI，韓國 PAVETECH 等[12]。尤其是 POLYSOUDE 公司占有較大的市場份額。POLYSOUDE 公司與韓國PAVETECH 公司在網(wǎng)上已經(jīng)可以找到成熟的專用 CRDM 管座焊機。國外的核電研究熱點在于核電的檢修上，因為自 2003 年以來，已經(jīng)有很多國外核電站報道出現(xiàn)水應(yīng)力腐蝕裂紋（PWSCC）導(dǎo)致的核電封頭泄漏的情況[13]。對核電封頭的無損檢修，對關(guān)鍵設(shè)備的維修、更換技術(shù)，焊縫的強化成為了一個難點。如韓國通過 3D 激光視覺傳感器自動生成焊接路徑，并指導(dǎo)機器人進行焊接修復(fù)[14]，日本有學者將超聲噴丸強化技術(shù)運用于核電包括封頭 J 型焊縫的很多關(guān)鍵部位[15]a.天津大學焊接機器人 b. POLYSOUDE 焊接機器人圖 1-2 現(xiàn)有 CRDM 管座焊接機器人示例Fig.1-2 Example of existed CRDM welding robot
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM623;TP242

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本文編號：2635098