基于力觉检测的下装光学模块装校技术研究

发布时间：2020-04-29 01:08

【摘要】：激光惯性约束聚变(ICF)可产生大量的聚变能,它的实现需要高能量激光束组的激励。某大型激光装置在激光束组回路安装大量光学模块以实现ICF反应,光学模块装校的核心技术是能够实现六自由度运动的精密装校调整平台。模块的装校过程具有重载、行程不对等(竖直方向行程最大可达4120mm,其它方向只需10mm)、洁净、精密和装校位置狭长等特点。在利用机器视觉实现模块与洁净厢的对接后,模块在装校过程中的位姿无法被机器视觉检测到。由于重载的原因,机械结构会发生一定程度的形变,模块的实时位姿会随着模块举升高度的变化而变化,导致模块位姿无法精确预测,在模块的装校过程中出现模块与洁净厢的接触作用力过大,卡阻,甚至无法装校等现象,仅利用机器视觉的检测不能很好地完成模块的装校任务,因此引入了力觉检测。本文主要从下装系统的六自由度精密装校平台入手,响应项目要求,对运动和测力两个方面进研究,实现基于力觉检测的LRU模块的装校,主要内容如下:(1)提出了串并混联机构式六自由度精密装校平台,基于功能需求进行了自由度分析。对上下层机构和混联机构进行了逆解分析,并运用Matlab进行了算例仿真验证。(2)利用低维力传感器测量六维力的思想,提出了基于3-PRS/PSS机构测量六维力的方法,将六自由度精密装校平台的运动和测力功能合二为一,利用螺旋理论推导了六维力的解算方法。(3)详细分析了模块在装校过程中的位姿与接触力的关系,提出了基于力觉检测的模块位姿调整方法,分析了在机器视觉辅助下,基于力觉检测的模块装校流程。(4)用Adams仿真软件,对运动学逆解和六维力解算过程进行了仿真验证,模拟实际项目中模块的受力情况进行了六维力解算验证,提出了一种误差补偿方法,最终得到了较满意的结果,在实际工程项目中具有一定的实用价值。
【图文】：

示意图,俯视图

能源的需求量伴随着人类社会的发展，越来越大。传统能源为不可再生资源，它正在逐渐枯竭，可替代能源的寻求迫在眉睫。核裂变已经成功被人类应用，然而核裂变原料在地球的存储量比较有限，且在核原料的整个生命周期中所产生的伴随产物都必须谨慎处理，否则它们会对环境造成很大的影响。核聚变是一种清洁能源，它的原料取于水，可谓取之不尽用之不竭。产生可控核聚变是一个困扰人类的难题，许多国家在该领域及试验装置上进行了投资。激光惯性约束聚变（Inertia Confinement Fusion，ICF）是聚变反应的一种方式，在高能量激光束组的激励下，可产生大量的聚变能[123]。美国建成的世界上最大的大型高功率激光聚变装置——国家点火装置（National Ignition Facility，NIF），在2009 年正式投入使用，2010 年进行了首次综合点火试验，输出的 ICF 能量达 1MJ，2012 年进行了激光发射试验，将 192 束激光投向靶室，最终在靶室中心形成的能量达 1.875MJ，峰值功率达到 500MW，此次证明性试验在核聚变能源探索上具有里程碑式的意义，如图 1.1 所示为位于 Lawrence-Livermore 实验室的 NIF 装置俯视图，如图 1.2 所示为 NIF 装置结构示意图[45678]。

示意图,示意图,核裂变,能源

能源的需求量伴随着人类社会的发展，越来越大。传统能源为不可再生资源，它正在逐渐枯竭，可替代能源的寻求迫在眉睫。核裂变已经成功被人类应用，然而核裂变原料在地球的存储量比较有限，且在核原料的整个生命周期中所产生的伴随产物都必须谨慎处理，否则它们会对环境造成很大的影响。核聚变是一种清洁能源，它的原料取于水，可谓取之不尽用之不竭。产生可控核聚变是一个困扰人类的难题，，许多国家在该领域及试验装置上进行了投资。激光惯性约束聚变（Inertia Confinement Fusion，ICF）是聚变反应的一种方式，在高能量激光束组的激励下，可产生大量的聚变能[123]。美国建成的世界上最大的大型高功率激光聚变装置——国家点火装置（National Ignition Facility，NIF），在2009 年正式投入使用，2010 年进行了首次综合点火试验，输出的 ICF 能量达 1MJ，2012 年进行了激光发射试验，将 192 束激光投向靶室，最终在靶室中心形成的能量达 1.875MJ，峰值功率达到 500MW，此次证明性试验在核聚变能源探索上具有里程碑式的意义，如图 1.1 所示为位于 Lawrence-Livermore 实验室的 NIF 装置俯视图，如图 1.2 所示为 NIF 装置结构示意图[45678]。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TL632.1

【参考文献】