核电站应急处置机器人辐射探测及其运动控制研究

发布时间：2021-10-31 16:43

　　核能作为一种清洁能源,在世界各国得到广泛利用,然而引发的多起核电站事故使社会遭受了重大损失。核电站一旦发生事故造成放射性物质泄露,人工救援作业面临高辐射环境,亟需智能设备代替救急人员进入现场进行勘测和应急处理,因此,对核电站应急处置机器人进行样机开发及其相关技术研究,具有重要的意义。首先,本文基于核电站应急处置机器人的功能需求,设计并开发机器人整机系统;采用履带式移动平台,研究了底盘运动策略;开发了主从操作机构,包括操纵端主手和执行端的液压驱动机械臂;开发配套的电控与反馈系统,包括数传与图传系统,传感器及探测装置等。其次,为完成核辐射环境下的检测以及放射源搜寻,开发了针对强辐射环境下的大剂量率探测器和放射源定位装置。借助于应急处置机器人的移动平台,能够实现对事故发生后辐射环境的侦察,快速定位泄露的放射源,为后续制定核事故处理方案提供依据。然后,为解决机器人自由度过多带来的操纵复杂问题,引入主从控制的方法,对操作主手和机械臂的运动学展开了研究,并借助蒙特卡罗方法,分析了两者的运动范围,根据末端空间点集确定机械臂和主手的运动变换关系,引入差异化最小范数优化机械臂的逆解,进行主从运动仿真与实... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－２?Ｐｉｎｏｎｅｅｒ核事故处置机器人??

?山东大学硕士学位论文??支生力军［３］。切尔诺贝利核电站事故发生以后，德国研制的特种机器人马上进入??核电站内救急，然而机器人的工作能力很快便丧失，其中一个关键因素是机器人??的电子器件因放射性射线照射受损［３１。日本原子能研究所ＵＡＥＡ）研发过多款??能够抵抗核辐射的遥操作机器人［４，５］，其中比较典型的机器人是ＲａＢＯＴｌ６］，如图??１－１所示，该机器人采用模块化设计，具有四个可独立控制的履带，爬坡和越障??能力强，携带两只机械臂，７个可观测不同角度的ＣＣＤ相机，可以在Ｙ射线剂??量率为１０Ｓｖ／ｈ的情况下作业数个小时，能够完成开关阀门、样品采集等操作。??ｍｍ??ｉｌｌ??图１－１核应急机器人ＲａＢＯＴ??美国卡耐基梅隆大学的ＲｅｄＺｏｎｅ机器人公司设计了?Ｐｉｎｏｎｅｅｒ机器人［７］。??Ｐｉｎｏｎｅｅｒ机器人搭载六自由度机械臂，最大作业距离为１．７ｍ，载重可达到４５ｋｇ。??机器人中心有升降杆，装有远距离视频系统、取样机构、环境传感器（中子剂量??传感器、温湿度传感器），在摄像头和重要电控系统上作了核防护措施，可承受??ｌＯｋＳｖ的总辐射剂量。??图１－２?Ｐｉｎｏｎｅｅｒ核事故处置机器人??美国国防部和机器人公司ｉＲｏｂｏｔ开发了应对核战争和核事故应急的机器人??ＰａｃｋＢｏｔＷ，如图１＿３所示。ＰａｃｋＢｏｔ是一款轻量级机器人，能在废墟残骸中穿行，??２??

山东大学硕士学位论文??能将核电厂里面的图像和探测信息通过有线方式传回。ＰａｃｋＢｏｔ机器人在福岛核??事故中成功开门进入核电站控制室，进行辐射测量。但这个机器人因辐射高温影??响最后在核事故现场停止了工作。图１－４是ＰａｃｋＢｏｔ机器人在事故核电组应急??处置时的图像。??ｆｔ?ｉ??身?Ｉ??图１－３?ＰａｃｋＢｏｔ机器人?图１－４福岛核电站救援作业??日本千叶工业大学研制的Ｑｕｉｎｃｅ机器人将多自由度机械臂加装在履带移动??平台上，操作人员可以通过远程控制机械臂实现开门，夹起物品等操作，如图??１－５所示［１（）］。由于福岛核事故现场的辐射剂量超出了?Ｑｕｉｎｃｅ的承受范围，这款机??器人在辐射强度减轻后才进入事故环境，对放射性废水做了取样，进行了热度和??剂量率测量，救援人员根据机器人返回的数据得到各核电站机组的辐射浓度信??息，为后续制定事故处理方案提供了依据。??图１－５核电站应急机器人Ｑｕｉｎｃｅ??基于Ｑｕｉｎｃｅ机器人的经验，千叶工业大学联合日本三菱重工又研发了机器??人“樱花２号”，可在１〇〇米到１〇〇〇米的范围内对其进行远程操控，续航可达??２．５小时，搭载了?ＰＴＺ摄像机、气体检测仪等，可用于研宄易燃气体区域，执行??３??


本文编号：3468489