核能作為一種清潔能源,在世界各國得到廣泛利用,然而引發(fā)的多起核電站事故使社會遭受了重大損失。核電站一旦發(fā)生事故造成放射性物質(zhì)泄露,人工救援作業(yè)面臨高輻射環(huán)境,亟需智能設(shè)備代替救急人員進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行勘測和應(yīng)急處理,因此,對核電站應(yīng)急處置機(jī)器人進(jìn)行樣機(jī)開發(fā)及其相關(guān)技術(shù)研究,具有重要的意義。首先,本文基于核電站應(yīng)急處置機(jī)器人的功能需求,設(shè)計并開發(fā)機(jī)器人整機(jī)系統(tǒng);采用履帶式移動平臺,研究了底盤運(yùn)動策略;開發(fā)了主從操作機(jī)構(gòu),包括操縱端主手和執(zhí)行端的液壓驅(qū)動機(jī)械臂;開發(fā)配套的電控與反饋系統(tǒng),包括數(shù)傳與圖傳系統(tǒng),傳感器及探測裝置等。其次,為完成核輻射環(huán)境下的檢測以及放射源搜尋,開發(fā)了針對強(qiáng)輻射環(huán)境下的大劑量率探測器和放射源定位裝置。借助于應(yīng)急處置機(jī)器人的移動平臺,能夠?qū)崿F(xiàn)對事故發(fā)生后輻射環(huán)境的偵察,快速定位泄露的放射源,為后續(xù)制定核事故處理方案提供依據(jù)。然后,為解決機(jī)器人自由度過多帶來的操縱復(fù)雜問題,引入主從控制的方法,對操作主手和機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)展開了研究,并借助蒙特卡羅方法,分析了兩者的運(yùn)動范圍,根據(jù)末端空間點集確定機(jī)械臂和主手的運(yùn)動變換關(guān)系,引入差異化最小范數(shù)優(yōu)化機(jī)械臂的逆解,進(jìn)行主從運(yùn)動仿真與實... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：110 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－２?Ｐｉｎｏｎｅｅｒ核事故處置機(jī)器人??

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??支生力軍［３］。切爾諾貝利核電站事故發(fā)生以后，德國研制的特種機(jī)器人馬上進(jìn)入??核電站內(nèi)救急，然而機(jī)器人的工作能力很快便喪失，其中一個關(guān)鍵因素是機(jī)器人??的電子器件因放射性射線照射受損［３１。日本原子能研究所ＵＡＥＡ）研發(fā)過多款??能夠抵抗核輻射的遙操作機(jī)器人［４，５］，其中比較典型的機(jī)器人是ＲａＢＯＴｌ６］，如圖??１－１所示，該機(jī)器人采用模塊化設(shè)計，具有四個可獨(dú)立控制的履帶，爬坡和越障??能力強(qiáng)，攜帶兩只機(jī)械臂，７個可觀測不同角度的ＣＣＤ相機(jī)，可以在Ｙ射線劑??量率為１０Ｓｖ／ｈ的情況下作業(yè)數(shù)個小時，能夠完成開關(guān)閥門、樣品采集等操作。??ｍｍ??ｉｌｌ??圖１－１核應(yīng)急機(jī)器人ＲａＢＯＴ??美國卡耐基梅隆大學(xué)的ＲｅｄＺｏｎｅ機(jī)器人公司設(shè)計了?Ｐｉｎｏｎｅｅｒ機(jī)器人［７］。??Ｐｉｎｏｎｅｅｒ機(jī)器人搭載六自由度機(jī)械臂，最大作業(yè)距離為１．７ｍ，載重可達(dá)到４５ｋｇ。??機(jī)器人中心有升降桿，裝有遠(yuǎn)距離視頻系統(tǒng)、取樣機(jī)構(gòu)、環(huán)境傳感器（中子劑量??傳感器、溫濕度傳感器），在攝像頭和重要電控系統(tǒng)上作了核防護(hù)措施，可承受??ｌＯｋＳｖ的總輻射劑量。??圖１－２?Ｐｉｎｏｎｅｅｒ核事故處置機(jī)器人??美國國防部和機(jī)器人公司ｉＲｏｂｏｔ開發(fā)了應(yīng)對核戰(zhàn)爭和核事故應(yīng)急的機(jī)器人??ＰａｃｋＢｏｔＷ，如圖１＿３所示。ＰａｃｋＢｏｔ是一款輕量級機(jī)器人，能在廢墟殘骸中穿行，??２??

山東大學(xué)碩士學(xué)位論文??能將核電廠里面的圖像和探測信息通過有線方式傳回。ＰａｃｋＢｏｔ機(jī)器人在福島核??事故中成功開門進(jìn)入核電站控制室，進(jìn)行輻射測量。但這個機(jī)器人因輻射高溫影??響最后在核事故現(xiàn)場停止了工作。圖１－４是ＰａｃｋＢｏｔ機(jī)器人在事故核電組應(yīng)急??處置時的圖像。??ｆｔ?ｉ??身?Ｉ??圖１－３?ＰａｃｋＢｏｔ機(jī)器人?圖１－４福島核電站救援作業(yè)??日本千葉工業(yè)大學(xué)研制的Ｑｕｉｎｃｅ機(jī)器人將多自由度機(jī)械臂加裝在履帶移動??平臺上，操作人員可以通過遠(yuǎn)程控制機(jī)械臂實現(xiàn)開門，夾起物品等操作，如圖??１－５所示［１（）］。由于福島核事故現(xiàn)場的輻射劑量超出了?Ｑｕｉｎｃｅ的承受范圍，這款機(jī)??器人在輻射強(qiáng)度減輕后才進(jìn)入事故環(huán)境，對放射性廢水做了取樣，進(jìn)行了熱度和??劑量率測量，救援人員根據(jù)機(jī)器人返回的數(shù)據(jù)得到各核電站機(jī)組的輻射濃度信??息，為后續(xù)制定事故處理方案提供了依據(jù)。??圖１－５核電站應(yīng)急機(jī)器人Ｑｕｉｎｃｅ??基于Ｑｕｉｎｃｅ機(jī)器人的經(jīng)驗，千葉工業(yè)大學(xué)聯(lián)合日本三菱重工又研發(fā)了機(jī)器??人“櫻花２號”，可在１〇〇米到１〇〇〇米的范圍內(nèi)對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，續(xù)航可達(dá)??２．５小時，搭載了?ＰＴＺ攝像機(jī)、氣體檢測儀等，可用于研宄易燃?xì)怏w區(qū)域，執(zhí)行??３??


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