【摘要】：核事故處理中,由于現(xiàn)場環(huán)境具有強放射性,事故處理危險且復雜,機器人代替工作人員進行作業(yè)已有廣泛應用,但是如何保證機器人在強輻射環(huán)境中高效可靠地完成作業(yè)一直是一個瓶頸問題,利用計算機虛擬現(xiàn)實技術,設計開發(fā)了一套基于unity3D的核環(huán)境下遙操作機器人處置卡源事故的數(shù)字仿真訓練平臺。對核環(huán)境中輻照數(shù)據(jù)分布模型進行了理論分析,使用MAYA軟件對核輻射環(huán)境和機器人進行3D建模,利用unity3D技術實現(xiàn)作業(yè)處置以及數(shù)據(jù)分析處理,從而構(gòu)建出整個卡源事故實訓演練系統(tǒng)。通過機器人實訓演練,對數(shù)據(jù)指標進行對比分析,優(yōu)化了工程作業(yè)方案,為機器人核探測工程作業(yè)的安全性和高效性提供了保證。
【圖文】：

的束縛，靈活性較強，大幅度降低了訓練成本，可以輔助現(xiàn)場工作人員反復多次實訓演練，更好地保證了工程作業(yè)的安全性和高效性。。2機器人核事故訓練平臺總體結(jié)構(gòu)機器人核事故處理是一項復雜的系統(tǒng)工程，由于核事故現(xiàn)場具有較強的放射性，機器人關鍵模塊(電路系統(tǒng))耐輻照性較低，，機器人在實際工程作業(yè)前期，必須進行源項數(shù)據(jù)采集，利用已有數(shù)據(jù)再現(xiàn)工程環(huán)境，規(guī)劃合理的作業(yè)方案，針對性的進行演練，保證事故順利解決。機器人核事故處理平臺總體結(jié)構(gòu)設計如圖1。圖1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)組成系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計以卡源任務任務驅(qū)動［7］為導向，包括系統(tǒng)建模、3D融合、功能仿真，顯示及決策優(yōu)化五大模塊，系統(tǒng)建模是基礎，通過場景的3D融合構(gòu)建要素齊全的工程環(huán)境，功能仿真是核心內(nèi)容，需要依據(jù)實際的工程環(huán)境，顯示模塊實現(xiàn)了平臺結(jié)果輸出，通過分析數(shù)據(jù)實現(xiàn)方案的優(yōu)化，達到虛擬實訓的目的。結(jié)合工程實際應用，對各模塊中復雜變量進行優(yōu)化。根據(jù)前期數(shù)據(jù)采集得到的工程環(huán)境數(shù)據(jù)，提煉出環(huán)境的主要特征，包括環(huán)境數(shù)據(jù)和空間關系，輻照特性，同時利用軟件開發(fā)技術對機器人本體進行逼真化處理，這樣簡化了建模的復雜度，以達到快速建模的目的。功能仿真模塊中重點突出機器人的作業(yè)處置，實現(xiàn)多工具頭切換、作業(yè)功能，同時此模塊中人機交互設計也是保證工程作業(yè)高效實現(xiàn)的重要部分。顯示模塊要能夠直觀的顯示全局路徑中所受的輻照劑量率，并遵循“任務劑量最斜和“作業(yè)高效與安全可靠”原則，進行數(shù)據(jù)分析，方案評估和優(yōu)化。3VＲ技術的機器人核事故處理訓練平臺實現(xiàn)基于上述分析，利用VＲ技術進行核事故處理訓練平臺設計實現(xiàn)，系統(tǒng)的軟件開發(fā)遵循軟件工程思想，從需求分析入手，進行系統(tǒng)設計和詳細設計。在軟件開發(fā)階段，首先對系統(tǒng)進行建?

用公式建模方法對輻照數(shù)據(jù)分布進行建模，對于作業(yè)場景和機器人，利用MAYA建模軟件進行三維建模、烘焙貼圖以及動畫制作，實現(xiàn)高質(zhì)量、高逼真的3D模型仿真。再將模型文件導出為．FBX文件格式，最后導入到unity3D軟件中。利用強大的unity3D引擎進行模型綁定、3D場景融合、邏輯整合、系統(tǒng)優(yōu)化設計。采用C#Script腳本語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)友好UI設計，機器人控制設計、后端數(shù)據(jù)分析處理設計。系統(tǒng)測試完成后，可以跨平臺發(fā)布于主流操作系統(tǒng)平臺上。3．1輻照室劑量分布公式建模采用國內(nèi)某U型結(jié)構(gòu)輻照室作為核機器人作業(yè)場景如圖2，利用半值層計算方法［8］可以快速簡便地計算出輻照室內(nèi)部各個點的照射劑量率。圖2輻照室內(nèi)部圖1)U型區(qū)域內(nèi)某點的照射劑量率計算:P點的待測劑量率DP:DP=D0=103×F×AL12(1)D0:無屏蔽情況下待測點的劑量率(kSv/h);A:源活度(Bq);F:源對應的γ因子;L1:源到待測點的距離(m)。2)輻射室迷道內(nèi)某點的照射劑量率計算:Q點輻照劑量率DQ:DQ=D0/K=103×F×AL22×K=103×F×AL22×2Ｒ/Δ(2)L2:源到待測點的距離(m);Ｒ:放射源射線穿過屏蔽物的實際長度(mm);K:衰減倍數(shù)，有多個屏蔽體時:K=K1K2．．Kn;Δ:指屏蔽材料的半值層厚度(mm)。在建模過程中，可實現(xiàn)靈活設置放射源強度，通過射線檢測，實時精確地算出輻射源到機器人之間所經(jīng)過的障礙物，獲得相關參數(shù)，進而算出γ射線穿透障礙物所受到的衰減以及機器人最終所受損傷情況。系統(tǒng)也可實現(xiàn)多源模擬。3．2輻照室和機器人三維建模1)針對輻照室整體的場景架構(gòu)，建立輻照室通道、屏蔽墻體、輻照實驗平臺、儲源井、移動吊索裝置、照明設備等模塊。2)核機器人本體選?
【作者單位】： 西南科技大學國防科技學院;
【基金】：國防科技工業(yè)局核能開發(fā)科研項目(20111137)
【分類號】：TL73;TP391.9

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本文編號：2548116