多關(guān)節(jié)核環(huán)境移動機器人平臺的機構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、核聚變能是一種可以從根本上解決人類能源問題的清潔能源。近年來，受控核聚變研究取得了若干突破性進展。為了保持核聚變試驗裝置的正常運轉(zhuǎn)，需要對其反應(yīng)艙進行定期維護。然而，反應(yīng)艙內(nèi)部物理和幾何條件復雜。除了具有高溫、高真空和核輻射等特點之外，工作空間也異常狹小，維護人員不宜直接進入艙內(nèi)對相關(guān)部件進行操控。因此，亟需研制一種可以替代人完成相關(guān)探測和維護任務(wù)的遙操縱機器人系統(tǒng)。
　　在上述背景下，本文針對實際應(yīng)用需求設(shè)計并實現(xiàn)了可用于反應(yīng)艙

2、內(nèi)部環(huán)境的、具有移動、觀測和一定操控能力的多關(guān)節(jié)遙操縱機器人系統(tǒng)。
　　本文的主要學術(shù)貢獻及創(chuàng)新點如下:
　　1.以核聚變試驗裝置EAST為對象，設(shè)計并實現(xiàn)了一種適用于核聚變反應(yīng)艙內(nèi)部環(huán)境的、各關(guān)節(jié)間可同步協(xié)調(diào)運行的懸空式多關(guān)節(jié)移動機器人系統(tǒng)。在結(jié)構(gòu)上所述系統(tǒng)由前端的觀測機構(gòu)、中部的多個懸空機械臂和后端的直線軌道推送裝置所組成。在控制上則采用軌道推送加懸臂調(diào)整的復合操控方案。
　　2.以核聚變試驗裝置EAST為對象，設(shè)

3、計并實現(xiàn)了一種可在核聚變反應(yīng)艙底部Ⅴ型槽面上行走的蠕動式多關(guān)節(jié)移動機器人系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用鏈式結(jié)構(gòu)設(shè)計，由n個(n≥2)蠕動單元串聯(lián)構(gòu)成。每個蠕動單元為一個三段式結(jié)構(gòu)，由兩個位于兩端對稱設(shè)置的前、后體節(jié)和一個可做軸向運動的中體節(jié)所組成。對蠕動式移動機器人系統(tǒng)的行走步態(tài)進行了規(guī)劃和分析，并據(jù)此構(gòu)建了相關(guān)的多軸協(xié)調(diào)運動控制方案。
　　3.將前述懸空式多關(guān)節(jié)移動機器人系統(tǒng)和蠕動式多關(guān)節(jié)移動機器人系統(tǒng)進行組合，構(gòu)建了可通過雙向協(xié)調(diào)控制完成重

4、載荷復雜操縱任務(wù)的多機器人協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。為此，在蠕動式多關(guān)節(jié)移動機器人系統(tǒng)上設(shè)計并實現(xiàn)了用于承載和支撐懸空式多關(guān)節(jié)機械臂的支撐機構(gòu)。借助于該支撐機構(gòu)可完成兩臺機器人之間的協(xié)調(diào)控制。這里，分析了所述支撐裝置對于懸空式多關(guān)節(jié)機械臂的重力補償效應(yīng)，研究了如何通過雙向協(xié)調(diào)控制提升整個系統(tǒng)的負載能力。
　　4.為了驗證所研發(fā)系統(tǒng)的有效性，利用實際研制的兩臺多關(guān)節(jié)移動機器人原理樣機開展了實驗研究。為此，實際搭建了EAST核聚變反應(yīng)艙的模擬環(huán)境