【摘要】：托卡馬克腔柔性內窺機械臂是針對我國核聚變反應腔——先進實驗超導托卡馬克腔所設計的,用于在托卡馬克腔內部復雜惡劣的環(huán)境下,對腔內進行巡檢和維護的十自由度柔性內窺機械臂。本論文主要研究的是內窺機械臂的變形所造成的末端誤差,提出了基于誤差模型的軌跡優(yōu)化算法,以及基于圖像處理的視覺反饋實時補償算法,設計完成后在托卡馬克腔1:1的模型上對算法進行了實驗驗證。本論文首先介紹了國內外現(xiàn)有機械臂軌跡規(guī)劃的現(xiàn)狀,隨后介紹了托卡馬克腔柔性內窺機械臂的硬件結構以及軟件控制系統(tǒng),利用DH參數(shù)法對內窺機械臂進行正運動學和逆運動學建模,在不考慮誤差的情況下對機械臂的軌跡進行規(guī)劃,獲得理想狀態(tài)下的運動軌跡。對機械臂的大臂部分進行了變形分析,分析大臂產生變形的原因,建立由此原因所造成的大臂變形導致的機械臂位姿誤差的模型,并根據(jù)實驗驗證結果。以此為基礎提出了初步的調整方案,減小機械臂末端的位置誤差,隨后提出了最優(yōu)化方法,在某一誤差下對機械臂末端位姿的優(yōu)化。然后,提出了視覺反饋控制的優(yōu)化方法,設計了針對本機械臂的視覺反饋優(yōu)化控制原理,分析托卡馬克腔內部復雜環(huán)境對于視覺單元觀測到的圖像所造成的影響,針對可能會存在的圖像處理的問題,提出詳細的圖像處理算法,建立視覺反饋優(yōu)化控制器模型。最后,在基于Robotics Toolbox的Matlab平臺對算法進行仿真計算,并且在托卡馬克腔1:1的模型上設計實驗,對論文中所提到的優(yōu)化算法進行實驗驗證,得出論文所提出的軌跡優(yōu)化算法的有效性。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP241;TL631.24
【圖文】：

第一章 緒論200 億美元，是目前世界上意義最為重要、影響最為深遠、耗資最為巨大的國際合作項目之一。與此同時，我國目前也已經成功研發(fā)了我國自主研發(fā)的核聚變反應腔——先進實驗超導托卡馬克[2]（Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST）, 如圖 1-1 所示，托卡馬克腔內部是一個環(huán)形真空室，其截面如大寫字母D，故也稱其為 D 形腔。在 D 形腔內最外層貼有特殊工藝制作的耐受磚塊，稱為第一壁[3，4]。第一壁可以有效隔離在核聚變反應中產生的高溫等離子體[5]，然而隨著反應的進行，這些高溫等離子體會對磚塊造成破損，從而導致磚塊失效引起后果，因此需要對第一壁進行定期巡檢，并且在發(fā)現(xiàn)破損磚塊的同時進行操作維護。

圖 1-2 柔性內窺機械臂示意圖Fig. 1-2 Flexible In-vessel Robot目前，前兩點的要求為基本要求，是保證機械臂工作的前提，并且可以通過合理的運動路徑和插值函數(shù)可以有效達到目的，第三點才是我們需要認真研究的目標。為了方便后期對已破損的第一壁磚塊進行維護和更換，末端的位置精度要求較高，需要有非常高的定位精度，但是由于托卡馬克腔內部環(huán)境較為復雜，且機械臂在多次運行后，難免出現(xiàn)誤差，因此需要研究伺服補償算法對機械臂末端的位姿進行動態(tài)調整。綜上所述，本課題的研究是柔性內窺機器人完成巡檢任務的關鍵之一，考慮到托卡馬克腔特有的結構與特殊的環(huán)境，該課題具有極大的研究價值。

【參考文獻】

相關期刊論文 前8條

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本文編號：2733819