面向托卡馬克的維護(hù)機(jī)械臂作業(yè)研究.pdf

1、核聚變能作為一種原料來源豐富、反應(yīng)后清潔無污染的新能源，被普遍認(rèn)為是解決當(dāng)今能源危機(jī)的重要出路。為推進(jìn)核聚變反應(yīng)堆工程技術(shù)的商業(yè)化，世界多國聯(lián)合開展了國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計劃（ITER）。隨著計劃的實(shí)施，針對磁約束核聚變反應(yīng)堆（托卡馬克）的維護(hù)機(jī)器人逐漸成為研究熱點(diǎn)。本文對具有廣泛適應(yīng)性，能在托卡馬克中進(jìn)行檢測、除塵、抓取、零部件拆卸與安裝作業(yè)的維護(hù)機(jī)械臂展開研究，主要內(nèi)容如下：
　　本文首先對維護(hù)機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。維護(hù)機(jī)械

2、臂由雙操作臂和大尺度機(jī)械臂組成，根據(jù)任務(wù)需求分析了二者結(jié)構(gòu)的合理性。對雙操作臂利用D-H參數(shù)法進(jìn)行運(yùn)動學(xué)建模并求解正運(yùn)動學(xué)，利用反變換法求取逆運(yùn)動學(xué)解析解，通過微分變換法推導(dǎo)雙操作臂的雅克比矩陣。對大尺度機(jī)械臂進(jìn)行正運(yùn)動學(xué)分析。之后通過蒙特卡洛法求取雙操作臂工作空間以及大尺度機(jī)械臂在環(huán)境限制條件下的實(shí)際工作空間，證明二者均符合指標(biāo)要求。其次對于雙臂協(xié)調(diào)作業(yè)問題，研究了松協(xié)調(diào)和緊協(xié)調(diào)作業(yè)下雙操作臂的約束關(guān)系，推導(dǎo)了位姿約束和速度約束。建立

3、了笛卡爾空間下雙操作臂協(xié)調(diào)運(yùn)動的軌跡規(guī)劃算法，利用多項(xiàng)式插值保證了關(guān)節(jié)位速度和加速度的平滑。編寫Matlab程序通過雙臂協(xié)調(diào)搬運(yùn)任務(wù)仿真對算法進(jìn)行測試，結(jié)果表明雙臂順利完成任務(wù)且軌跡平滑，有效避免了剛?cè)嵝詻_擊，驗(yàn)證了約束關(guān)系及軌跡規(guī)劃算法的正確性。最后在ADAMS中建立了仿真環(huán)境，再現(xiàn)了雙臂協(xié)調(diào)運(yùn)動過程。圍繞面向托卡馬克作業(yè)的維護(hù)機(jī)械臂遠(yuǎn)程操控需求，利用Unity3D引擎設(shè)計了基于虛擬現(xiàn)實(shí)的人機(jī)交互系統(tǒng)。從系統(tǒng)總體框架、運(yùn)行原理，模型組