托卡马克类超冗余机械臂结构综合及入腔运动规划

发布时间：2021-09-05 16:21

　　核聚变项目是人类使用清洁能源发电的一项重大科学研究项目。国际热核聚变实验反应堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）是目前世界上最大的核聚变项目,现正处于建造过程中,其核心设备托卡马克（Tokamak）腔第一壁的监测和维护是通过远程操作来实现的。鉴于世界各国针对不同规模的核聚变项目Tokamak腔具有规模不一、结构类似的特点,本文将所有Tokamak腔空间结构归结为一类问题对其进行关键技术研究。核聚变Tokamak类设施具有小入口通道、大回转半径和复杂D型截面等共性特点,因此,本文从面向该类设施维护的机械臂结构综合（又叫构型综合）和入腔运动规划两个角度对其进行参数化研究,并以目前国际上最大的ITER项目为依据,构建1:10 Tokamak模型并展开相应的理论研究和样机实验,为后续全比例ITER项目Tokamak维护机械臂研制提供理论依据和技术支撑。本文围绕Tokamak远程维护机械臂构型综合、结构设计与Tokamak维护空间几何约束条件等问题,在对机构构型综合发展趋势进行分析、研究的基础上,对面向Tokamak维护... 

【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】：152 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 课题来源
        1.1.2 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 核类维护机器人
        1.2.2 机器人构型综合理论及方法
    1.3 问题提出
    1.4 研究内容
第2章 Tokamak类维护机械臂构型综合
    2.1 引言
    2.2 基于方位特征集的构型综合方法
        2.2.1 机构拓扑结构三要素
        2.2.2 串联机构方位特征方程
        2.2.3 基于方位特征集的构型综合方法
    2.3 面向任务的超冗余机械臂构型综合方法
        2.3.1 Tokamak类设施任务需求
        2.3.2 基于构型演变和方位特征集的超冗余机械臂构型综合方法
    2.4 Tokamak类维护机械臂构型综合
        2.4.1 运载机器人自由度判定方程
        2.4.2 运载机器人机构构型综合
        2.4.3 遥操作机器人机构构型综合
    2.5 本章小结
第3章 面向托卡马克空间约束的机械臂结构设计方法
    3.1 引言
    3.2 Tokamak类超冗余机械臂结构设计流程
        3.2.1 面向Tokamak类任务的机械臂关节结构设计流程
        3.2.2 Tokamak类空间约束下关节避碰参数判定方程
        3.2.3 1:10Tokamak超冗余机械臂结构参数确定
    3.3 基于维护口约束的模块化关节综合设计方法
        3.3.1 运载机器人结构设计
        3.3.2 关节承载和扭转试验
    3.4 关节间薄壁连杆屈曲安全分析
        3.4.1 矩形薄壁梁约束机理
        3.4.2 弹性约束悬臂矩形板计算模型
        3.4.3 矩形薄壁梁有限元分析
    3.5 运载机器人出车运动分析
        3.5.1 穿过小入口运动分析
        3.5.2 穿过小入口试验
    3.6 本章小结
第4章 Tokamak类维护机械臂入腔运动规划
    4.1 引言
    4.2 冗余机械臂运动学建模
        4.2.1 运载机器人关键尺寸
        4.2.2 远程维护机械臂正运动学
        4.2.3 远程维护机械臂逆运动学
    4.3 冗余机械臂入腔运动避碰研究
        4.3.1 基于腔内固定轨迹MR运行避碰判定
        4.3.2 基于腔内任意运行轨迹避碰判定
        4.3.3 基于腔内设定轨迹NR运行避碰判定
    4.4 1:10Tokamak运载机器人入腔运动规划
        4.4.1 运载机器人出车准备(状态0 到状态1)
        4.4.2 运载机器人出车规划(状态1 到状态3)
        4.4.3 运载机器人关节6 进腔规划(状态3 到状态5)
        4.4.4 运载机器人关节进腔规划(状态5 到状态10)
    4.5 本章小结
第5章 Tokamak维护机械臂实验验证
    5.1 实验平台介绍
    5.2 1:10Tokamak维护机械臂末端重复定位精度
    5.3 超冗余机械臂腔内拧螺钉实验
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
参考文献
附录A 运载机器人(LCT-Robot)入腔运动关节状态
    A.1 运载机器人出车准备(状态0到状态1)
    A.2 运载机器人出车(状态1到状态3)
    A.3 运载机器人关节6进腔(状态3到状态5)
    A.4 运载机器人关节5进腔(状态5到状态6)
    A.5 运载机器人关节4进腔(状态6到状态7)
    A.6 运载机器人关节3进腔(状态7到状态8)
    A.7 运载机器人关节2进腔(状态8到状态9)
    A.8 运载机器人关节1进腔(状态9到状态10)
    A.9 运载机器人进腔状态汇总(状态0 到状态10)
致谢
攻读博士学位期间的学术成果
攻读博士学位期间参与的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3385681