基于模糊邏輯的核電站檢修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制分析

《基于模糊邏輯的核電站檢修機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文售合_崔參日!弓旨二月勺‘落二.J.「刁課題的研究背景核電站是核能利用的一個(gè)重要方面，受到了世界各國(guó)的重視。現(xiàn)在全世界核能發(fā)電量占總發(fā)電量的17%。然而核電站有很多操作過(guò)程都帶有放射性，核輻射對(duì)人體的傷害是致命的。在核工業(yè)早期，由于檢修、保養(yǎng)和事故過(guò)程中人員操作不當(dāng)，或由于核環(huán)境中核物質(zhì)放射性劑量過(guò)高造成的人身傷亡事故不斷發(fā)生。因此遠(yuǎn)距離操作技術(shù)是核工業(yè)不可缺少的工具，是核工業(yè)的生命線，而智能機(jī)器人則是核工業(yè)夢(mèng)寐以求實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。最近幾年，由于世界上放射性廢物與日俱增，嚴(yán)重影響了當(dāng)代全球安全和環(huán)境，核電站多年使用被污染的設(shè)備，維

2、修和更換各國(guó)廢棄的核裝置，這些操作引起了各國(guó)核工業(yè)界的高度重視，得到的共識(shí)是大力發(fā)展用于核工業(yè)的機(jī)器人。在這種形勢(shì)下，國(guó)外核工業(yè)機(jī)器人已有了新的長(zhǎng)足進(jìn)展，了解和分析國(guó)外核環(huán)境下機(jī)器人研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，對(duì)我國(guó)核機(jī)器人的發(fā)展將大有裨益。核電站有很多操作過(guò)程都帶有放射性，直接進(jìn)行操作的工作人員的工作環(huán)境比較惡劣。如果人類長(zhǎng)期工作在強(qiáng)放射性輻射的環(huán)境中或者發(fā)生核泄漏，極易引起如白內(nèi)障、失明、生長(zhǎng)遲緩、腦損傷甚至出現(xiàn)癌變等致命性的疾病【‘一3]。在20世紀(jì)50一60年代，隨著遙控技術(shù)的逐漸成熟，不少國(guó)家研制了遠(yuǎn)距離控制的電隨動(dòng)機(jī)械手。這種機(jī)械手的主從臂之間用相距

3、100多米的多芯電纜聯(lián)接，用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。這樣可使操作人員完全脫離工作環(huán)境惡劣的現(xiàn)場(chǎng)，使一些帶有強(qiáng)放射性的操作更加安全可靠。這種機(jī)械手的出現(xiàn)為核電站的遠(yuǎn)距離維修和操作、故障排除等作了大量的工作，取得了不少成功的經(jīng)驗(yàn)。核電站檢修機(jī)器人是一種靈活，能操作各種檢修工具，對(duì)危險(xiǎn)環(huán)境有著極好的應(yīng)變能力，有這樣的兩個(gè)特點(diǎn)卜61:(l)適應(yīng)不同的環(huán)境和高可靠性。機(jī)器臂在核電站內(nèi)進(jìn)行工作時(shí)，大部分是操作放射性較.高的物質(zhì)，一日.發(fā)/}:故.障，不僅本身受到放射性污染，而且還會(huì)導(dǎo)致污染范囚勿‘一大。所以必須保證核電站檢修機(jī)器人有一很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力和很.司的可“.粗

4、性，使’己在工作時(shí)不會(huì)發(fā)生故障。(2)適用性強(qiáng)。核電站內(nèi)的設(shè)備很多，各種管道錯(cuò)綜復(fù)雜，通道狹隘，工作空間小。因此要求核電站檢修機(jī)器人能順利通過(guò)各種障礙物和狹隘的通道，并且最好能根據(jù)需要操作不同的設(shè)備。2課題的研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)核電站檢修機(jī)器人的研究主要集中在機(jī)構(gòu)靈巧，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠、反應(yīng)快、重華北電力大學(xué)碩十學(xué)位論文量輕、剛度好、便于裝卸與維修的高性能伺服手，以及半自主和自主移動(dòng)機(jī)器人。這里簡(jiǎn)要介紹一下國(guó)外在這一領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r:(l)美國(guó)先進(jìn)核工業(yè)公司在1989年研制了第一臺(tái)用來(lái)對(duì)核電站中的蒸汽發(fā)生器(SteamGenerator)一次側(cè)水室進(jìn)行檢查和維修

5、作業(yè)的COBRA機(jī)械臂。它有四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，每個(gè)關(guān)節(jié)由一個(gè)高速電機(jī)和一個(gè)諧波減速器所組成。因?yàn)镃OBRA機(jī)械臂是用在空間及入口均較狹小的半球形水室中工作，為適應(yīng)相應(yīng)的環(huán)境，COBRA機(jī)械臂本體實(shí)現(xiàn)了重量輕且半模塊化。COBRA機(jī)械臂重量小于68kg，舉力大于45kg，機(jī)械本體展開(kāi)后全長(zhǎng)為1828mm。機(jī)械臂拆成兩部分，根部和導(dǎo)軌聯(lián)接后，先進(jìn)入水室，再把機(jī)臂的兩部分通過(guò)鎖緊裝置連接起來(lái)，然后整個(gè)機(jī)械臂一起滑到導(dǎo)軌末端。在導(dǎo)軌末端，機(jī)械臂的根部與底座平臺(tái)通過(guò)一系列的凸輪鎖緊裝置鎖在一起，這樣就可以執(zhí)行檢查與維修作業(yè)了[，]。(2)德國(guó)HanaWalisch

6、ine公司生產(chǎn)的檢修機(jī)械臂Telbot。該檢修機(jī)械臂將底盤(pán)懸掛在水室外面，以此來(lái)固定。它有六個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，所有的線纜、電機(jī)、減速器，編碼器都放置在底座里，臂部關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)底部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)一組同心管和斜齒輪傳輸?shù)摹Ｓ捎诒鄄繘](méi)有驅(qū)動(dòng)電路，所有關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)范圍均可大于360度，上臂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔輕巧，機(jī)械臂的主要部件沒(méi)有進(jìn)入水室，深入水室的部分可以添加防腐輻射保護(hù)[6](3)韓國(guó)原子能研究院先進(jìn)機(jī)器人研究室在2003年成功研制了可用于核工業(yè)的蒸汽發(fā)生器檢修機(jī)械臂，其機(jī)械本體分為機(jī)械手、底盤(pán)、入孔導(dǎo)引裝置三部分，該機(jī)械手的控制和安裝均在蒸汽發(fā)生器外部進(jìn)

7、行。機(jī)械手的底盤(pán)與入孔固定后自動(dòng)保持水平，在臂體上攜帶了小型數(shù)碼相機(jī)，可以進(jìn)行如傳熱管檢修等相關(guān)作業(yè)時(shí)的仿真模型。該機(jī)械手的最大負(fù)載為15kg，總重84k夢(mèng)一’0，。其他已經(jīng)開(kāi)發(fā)成熟的系統(tǒng)還有:美國(guó)的ORML基于機(jī)器人的放射性儲(chǔ)罐清理系統(tǒng)，反應(yīng)堆用雙臂操作器，利用機(jī)器人監(jiān)控切爾諾貝利核電站中的廢墟，日本研制的極限作業(yè)機(jī)器人以及用于在核電站發(fā)生緊急事故時(shí)對(duì)人員搶救的求援機(jī)器人，加拿大研制成功的輻射監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，德國(guó)的C7靈巧手，OCRoboticS公司設(shè)i卜的用于核反應(yīng)堆的緊總管道替換作業(yè)的蛇形臂機(jī)器人，印度研;}jlJ成功的“舞土”，叮以到高輻

8、射環(huán)境里去監(jiān)測(cè)檢查和排除事故隱患的機(jī)器人等。我國(guó)對(duì)開(kāi)發(fā)和利用核工業(yè)機(jī)器人給予了高度重視，已列入國(guó)家高技術(shù)“8