托卡马克遥操作内窥机械臂结构设计
发布时间：2021-07-22 23:57
托卡马克是一种进行受控核聚实验研究的装置,其内部的环形真空室利用磁约束方法聚集高温等离子体用以进行极端环境下的实验工作。该环形真空室内壁由使用特殊耐受材料制成的砖块全面覆盖而形成与实验用高温等离子体直接接触的第一壁结构。第一壁砖块在实验中会因高能粒子的不断冲击而受到破坏,必须进行定期的表面检测以确保实验安全。本文针对环形托卡马克腔内壁维护工作需求提出了一台十自由度遥操作内窥机械臂的解决方案。柔性内窥机械臂利用自身特殊设计的移动平台、大臂单元、小臂单元以及末端双目视觉单元的四部分结构实现对于环形托卡马克腔内部复杂第一壁的扫描工作。内窥机械臂的设计从环形腔内部大范围覆盖的能力,腔内高温、真空、强辐射工作环境的适应性,以及机械臂从腔外储存空间通过环形腔狭窄操作窗口进入腔内工作的能力等方面出发,此外兼顾扫描工作的效率与可靠性因素。作为套筒式自铺轨道的大臂结构是内窥臂的核心部分,其刚度性能对于机械臂最终的扫描工作进行有重要影响。套筒式结构中面向高温、真空条件下润滑考虑的聚四氟乙烯夹层与大臂刚度表现有直接关系,研究该夹层的设计参数对于提高大臂刚度表的具体影响方向意义重大。最后,通过原始比例的托卡马...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景
1.3 托卡马克内窥技术研究现状
1.3.1 法国Euratom-CEA实验室Articulated Inspection Arm (AIA)
1.3.2 欧洲JET项目组远程操作机械臂系统
1.3.3 日本核能研究所的FSD远程维护机器人
1.4 论文的主要内容与章节安排
1.5 本章小结
第二章 内窥臂整体方案设计
2.1 内窥机械臂设计指标
2.2 内窥机械臂设计思路
2.3 内窥机械臂总体结构设计
2.4 本章小结
第三章 内窥臂机械结构设计与实现
3.1 末端视觉单元的设计
3.1.1 相机照明系统设计
3.1.2 相机高温防护系统设计
3.2 D型截面扫描小臂设计
3.2.1 小臂平面连杆臂长的确定
3.2.2 小臂关节驱动结构设计
3.2.3 小臂针对于高温真空因素的设计
3.3 自铺轨道式大臂的设计
3.3.1 大臂弧型套筒周向覆盖方法设计
3.3.2 套筒臂结构设计
3.3.3 高温真空条件下关节设计
3.3.4 弧形套筒结构驱动设计
3.4 进腔移动平台设计
3.4.1 内窥臂进腔平台旋转关节设计
3.4.2 内窥臂进腔平台翻转机构设计
3.4.3 进腔平动关节设计
3.5 本章小结
第四章 大臂刚度问题分析
4.1 套筒式大臂结构刚度因素的重要性
4.2 套筒臂结构模型分析
4.3 套筒臂刚度问题的有限元仿真分析
4.3.1 套筒式大臂刚度有限元分析
4.3.2 大臂参照模型仿真分析
4.4 本章小结
第五章 样机测试实验
5.1 托卡马克腔（局部）模型设计
5.2 内窥臂进腔实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向托卡马克腔远程维护的机械臂设计与分析[J]. 何强,曹其新,高雪官,王鹏飞. 机电一体化. 2013(06)
[2]Optimization and Update of EAST In-Vessel Components in 2011[J]. 戢翔,宋云涛,沈光,曹磊,周自波,许铁军,刘旭峰,徐薇薇,彭学兵,王声铭,张平,祝宁,戴羽,刘志宏,吴杰峰,高大明,龚先祖,傅鹏,万宝年,李建刚. Plasma Science and Technology. 2013(03)
[3]用于托卡马克腔的内窥机器人结构设计[J]. 叶秋香,袁建军,张伟军. 机电一体化. 2011 (06)
[4]EAST超导托卡马克偏滤器水冷结构设计[J]. 谢韩,宋云涛,姚达毛. 核聚变与等离子体物理. 2009(04)
[5]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[6]双目视觉检测技术在自由曲面测量中的应用[J]. 张宏伟,张国雄,秦鹏,赵小松. 机械工程学报. 2004(07)
[7]第四代照明光源——白光LED[J]. 崔元日,潘苏予. 灯与照明. 2004(02)
[8]加快开发我国核能产业实现能源结构多样化[J]. 顾忠茂,刘长欣,傅满昌. 中国能源. 2003(12)
[9]PTFE固体润滑膜技术及其应用[J]. 杨中东,陈淑华,樊占国,薛向欣. 电镀与涂饰. 2003(05)
本文编号：3298163
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景
1.3 托卡马克内窥技术研究现状
1.3.1 法国Euratom-CEA实验室Articulated Inspection Arm (AIA)
1.3.2 欧洲JET项目组远程操作机械臂系统
1.3.3 日本核能研究所的FSD远程维护机器人
1.4 论文的主要内容与章节安排
1.5 本章小结
第二章 内窥臂整体方案设计
2.1 内窥机械臂设计指标
2.2 内窥机械臂设计思路
2.3 内窥机械臂总体结构设计
2.4 本章小结
第三章 内窥臂机械结构设计与实现
3.1 末端视觉单元的设计
3.1.1 相机照明系统设计
3.1.2 相机高温防护系统设计
3.2 D型截面扫描小臂设计
3.2.1 小臂平面连杆臂长的确定
3.2.2 小臂关节驱动结构设计
3.2.3 小臂针对于高温真空因素的设计
3.3 自铺轨道式大臂的设计
3.3.1 大臂弧型套筒周向覆盖方法设计
3.3.2 套筒臂结构设计
3.3.3 高温真空条件下关节设计
3.3.4 弧形套筒结构驱动设计
3.4 进腔移动平台设计
3.4.1 内窥臂进腔平台旋转关节设计
3.4.2 内窥臂进腔平台翻转机构设计
3.4.3 进腔平动关节设计
3.5 本章小结
第四章 大臂刚度问题分析
4.1 套筒式大臂结构刚度因素的重要性
4.2 套筒臂结构模型分析
4.3 套筒臂刚度问题的有限元仿真分析
4.3.1 套筒式大臂刚度有限元分析
4.3.2 大臂参照模型仿真分析
4.4 本章小结
第五章 样机测试实验
5.1 托卡马克腔（局部）模型设计
5.2 内窥臂进腔实验
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向托卡马克腔远程维护的机械臂设计与分析[J]. 何强,曹其新,高雪官,王鹏飞. 机电一体化. 2013(06)
[2]Optimization and Update of EAST In-Vessel Components in 2011[J]. 戢翔,宋云涛,沈光,曹磊,周自波,许铁军,刘旭峰,徐薇薇,彭学兵,王声铭,张平,祝宁,戴羽,刘志宏,吴杰峰,高大明,龚先祖,傅鹏,万宝年,李建刚. Plasma Science and Technology. 2013(03)
[3]用于托卡马克腔的内窥机器人结构设计[J]. 叶秋香,袁建军,张伟军. 机电一体化. 2011 (06)
[4]EAST超导托卡马克偏滤器水冷结构设计[J]. 谢韩,宋云涛,姚达毛. 核聚变与等离子体物理. 2009(04)
[5]我国超导托卡马克的现状及发展[J]. 李建刚. 中国科学院院刊. 2007(05)
[6]双目视觉检测技术在自由曲面测量中的应用[J]. 张宏伟,张国雄,秦鹏,赵小松. 机械工程学报. 2004(07)
[7]第四代照明光源——白光LED[J]. 崔元日,潘苏予. 灯与照明. 2004(02)
[8]加快开发我国核能产业实现能源结构多样化[J]. 顾忠茂,刘长欣,傅满昌. 中国能源. 2003(12)
[9]PTFE固体润滑膜技术及其应用[J]. 杨中东,陈淑华,樊占国,薛向欣. 电镀与涂饰. 2003(05)
本文编号：3298163
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/3298163.html
