面向托卡馬克的維護機械臂作業(yè)研究.pdf

1、核聚變能作為一種原料來源豐富、反應后清潔無污染的新能源，被普遍認為是解決當今能源危機的重要出路。為推進核聚變反應堆工程技術的商業(yè)化，世界多國聯(lián)合開展了國際熱核聚變實驗反應堆計劃（ITER）。隨著計劃的實施，針對磁約束核聚變反應堆（托卡馬克）的維護機器人逐漸成為研究熱點。本文對具有廣泛適應性，能在托卡馬克中進行檢測、除塵、抓取、零部件拆卸與安裝作業(yè)的維護機械臂展開研究，主要內容如下：
　　本文首先對維護機械臂進行運動學分析。維護機械

2、臂由雙操作臂和大尺度機械臂組成，根據(jù)任務需求分析了二者結構的合理性。對雙操作臂利用D-H參數(shù)法進行運動學建模并求解正運動學，利用反變換法求取逆運動學解析解，通過微分變換法推導雙操作臂的雅克比矩陣。對大尺度機械臂進行正運動學分析。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械臂在環(huán)境限制條件下的實際工作空間，證明二者均符合指標要求。其次對于雙臂協(xié)調作業(yè)問題，研究了松協(xié)調和緊協(xié)調作業(yè)下雙操作臂的約束關系，推導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)調運動的軌跡規(guī)劃算法，利用多項式插值保證了關節(jié)位速度和加速度的平滑。編寫Matlab程序通過雙臂協(xié)調搬運任務仿真對算法進行測試，結果表明雙臂順利完成任務且軌跡平滑，有效避免了剛柔性沖擊，驗證了約束關系及軌跡規(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)調運動過程。圍繞面向托卡馬克作業(yè)的維護機械臂遠程操控需求，利用Unity3D引擎設計了基于虛擬現(xiàn)實的人機交互系統(tǒng)。從系統(tǒng)總體框架、運行原理，模型組