基于VR技术的机器人核事故训练平台研究

发布时间：2019-10-12 14:38

【摘要】：核事故处理中,由于现场环境具有强放射性,事故处理危险且复杂,机器人代替工作人员进行作业已有广泛应用,但是如何保证机器人在强辐射环境中高效可靠地完成作业一直是一个瓶颈问题,利用计算机虚拟现实技术,设计开发了一套基于unity3D的核环境下遥操作机器人处置卡源事故的数字仿真训练平台。对核环境中辐照数据分布模型进行了理论分析,使用MAYA软件对核辐射环境和机器人进行3D建模,利用unity3D技术实现作业处置以及数据分析处理,从而构建出整个卡源事故实训演练系统。通过机器人实训演练,对数据指标进行对比分析,优化了工程作业方案,为机器人核探测工程作业的安全性和高效性提供了保证。
【图文】：

系统总体结构,核事故

的束缚，灵活性较强，大幅度降低了训练成本，可以辅助现场工作人员反复多次实训演练，更好地保证了工程作业的安全性和高效性。。2机器人核事故训练平台总体结构机器人核事故处理是一项复杂的系统工程，由于核事故现场具有较强的放射性，机器人关键模块(电路系统)耐辐照性较低，，机器人在实际工程作业前期，必须进行源项数据采集，利用已有数据再现工程环境，规划合理的作业方案，针对性的进行演练，保证事故顺利解决。机器人核事故处理平台总体结构设计如图1。图1系统总体结构组成系统总体结构设计以卡源任务任务驱动［7］为导向，包括系统建模、3D融合、功能仿真，显示及决策优化五大模块，系统建模是基础，通过场景的3D融合构建要素齐全的工程环境，功能仿真是核心内容，需要依据实际的工程环境，显示模块实现了平台结果输出，通过分析数据实现方案的优化，达到虚拟实训的目的。结合工程实际应用，对各模块中复杂变量进行优化。根据前期数据采集得到的工程环境数据，提炼出环境的主要特征，包括环境数据和空间关系，辐照特性，同时利用软件开发技术对机器人本体进行逼真化处理，这样简化了建模的复杂度，以达到快速建模的目的。功能仿真模块中重点突出机器人的作业处置，实现多工具头切换、作业功能，同时此模块中人机交互设计也是保证工程作业高效实现的重要部分。显示模块要能够直观的显示全局路径中所受的辐照剂量率，并遵循“任务剂量最斜和“作业高效与安全可靠”原则，进行数据分析，方案评估和优化。3VＲ技术的机器人核事故处理训练平台实现基于上述分析，利用VＲ技术进行核事故处理训练平台设计实现，系统的软件开发遵循软件工程思想，从需求分析入手，进行系统设计和详细设计。在软件开发阶段，首先对系统进行建?

辐照室

用公式建模方法对辐照数据分布进行建模，对于作业场景和机器人，利用MAYA建模软件进行三维建模、烘焙贴图以及动画制作，实现高质量、高逼真的3D模型仿真。再将模型文件导出为．FBX文件格式，最后导入到unity3D软件中。利用强大的unity3D引擎进行模型绑定、3D场景融合、逻辑整合、系统优化设计。采用C#Script脚本语言编写程序实现友好UI设计，机器人控制设计、后端数据分析处理设计。系统测试完成后，可以跨平台发布于主流操作系统平台上。3．1辐照室剂量分布公式建模采用国内某U型结构辐照室作为核机器人作业场景如图2，利用半值层计算方法［8］可以快速简便地计算出辐照室内部各个点的照射剂量率。图2辐照室内部图1)U型区域内某点的照射剂量率计算:P点的待测剂量率DP:DP=D0=103×F×AL12(1)D0:无屏蔽情况下待测点的剂量率(kSv/h);A:源活度(Bq);F:源对应的γ因子;L1:源到待测点的距离(m)。2)辐射室迷道内某点的照射剂量率计算:Q点辐照剂量率DQ:DQ=D0/K=103×F×AL22×K=103×F×AL22×2Ｒ/Δ(2)L2:源到待测点的距离(m);Ｒ:放射源射线穿过屏蔽物的实际长度(mm);K:衰减倍数，有多个屏蔽体时:K=K1K2．．Kn;Δ:指屏蔽材料的半值层厚度(mm)。在建模过程中，可实现灵活设置放射源强度，通过射线检测，实时精确地算出辐射源到机器人之间所经过的障碍物，获得相关参数，进而算出γ射线穿透障碍物所受到的衰减以及机器人最终所受损伤情况。系统也可实现多源模拟。3．2辐照室和机器人三维建模1)针对辐照室整体的场景架构，建立辐照室通道、屏蔽墙体、辐照实验平台、储源井、移动吊索装置、照明设备等模块。2)核机器人本体选?
【作者单位】：西南科技大学国防科技学院;
【基金】：国防科技工业局核能开发科研项目(20111137)
【分类号】：TL73;TP391.9

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