【摘要】：托卡馬克腔柔性內(nèi)窺機械臂是針對我國核聚變反應(yīng)腔——先進實驗超導(dǎo)托卡馬克腔所設(shè)計的,用于在托卡馬克腔內(nèi)部復(fù)雜惡劣的環(huán)境下,對腔內(nèi)進行巡檢和維護的十自由度柔性內(nèi)窺機械臂。本論文主要研究的是內(nèi)窺機械臂的變形所造成的末端誤差,提出了基于誤差模型的軌跡優(yōu)化算法,以及基于圖像處理的視覺反饋實時補償算法,設(shè)計完成后在托卡馬克腔1:1的模型上對算法進行了實驗驗證。本論文首先介紹了國內(nèi)外現(xiàn)有機械臂軌跡規(guī)劃的現(xiàn)狀,隨后介紹了托卡馬克腔柔性內(nèi)窺機械臂的硬件結(jié)構(gòu)以及軟件控制系統(tǒng),利用DH參數(shù)法對內(nèi)窺機械臂進行正運動學(xué)和逆運動學(xué)建模,在不考慮誤差的情況下對機械臂的軌跡進行規(guī)劃,獲得理想狀態(tài)下的運動軌跡。對機械臂的大臂部分進行了變形分析,分析大臂產(chǎn)生變形的原因,建立由此原因所造成的大臂變形導(dǎo)致的機械臂位姿誤差的模型,并根據(jù)實驗驗證結(jié)果。以此為基礎(chǔ)提出了初步的調(diào)整方案,減小機械臂末端的位置誤差,隨后提出了最優(yōu)化方法,在某一誤差下對機械臂末端位姿的優(yōu)化。然后,提出了視覺反饋控制的優(yōu)化方法,設(shè)計了針對本機械臂的視覺反饋優(yōu)化控制原理,分析托卡馬克腔內(nèi)部復(fù)雜環(huán)境對于視覺單元觀測到的圖像所造成的影響,針對可能會存在的圖像處理的問題,提出詳細的圖像處理算法,建立視覺反饋優(yōu)化控制器模型。最后,在基于Robotics Toolbox的Matlab平臺對算法進行仿真計算,并且在托卡馬克腔1:1的模型上設(shè)計實驗,對論文中所提到的優(yōu)化算法進行實驗驗證,得出論文所提出的軌跡優(yōu)化算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP241;TL631.24
【圖文】：

第一章 緒論200 億美元，是目前世界上意義最為重要、影響最為深遠、耗資最為巨大的國際合作項目之一。與此同時，我國目前也已經(jīng)成功研發(fā)了我國自主研發(fā)的核聚變反應(yīng)腔——先進實驗超導(dǎo)托卡馬克[2]（Experimental Advanced Superconducting Tokamak,EAST）, 如圖 1-1 所示，托卡馬克腔內(nèi)部是一個環(huán)形真空室，其截面如大寫字母D，故也稱其為 D 形腔。在 D 形腔內(nèi)最外層貼有特殊工藝制作的耐受磚塊，稱為第一壁[3，4]。第一壁可以有效隔離在核聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的高溫等離子體[5]，然而隨著反應(yīng)的進行，這些高溫等離子體會對磚塊造成破損，從而導(dǎo)致磚塊失效引起后果，因此需要對第一壁進行定期巡檢，并且在發(fā)現(xiàn)破損磚塊的同時進行操作維護。

圖 1-2 柔性內(nèi)窺機械臂示意圖Fig. 1-2 Flexible In-vessel Robot目前，前兩點的要求為基本要求，是保證機械臂工作的前提，并且可以通過合理的運動路徑和插值函數(shù)可以有效達到目的，第三點才是我們需要認(rèn)真研究的目標(biāo)。為了方便后期對已破損的第一壁磚塊進行維護和更換，末端的位置精度要求較高，需要有非常高的定位精度，但是由于托卡馬克腔內(nèi)部環(huán)境較為復(fù)雜，且機械臂在多次運行后，難免出現(xiàn)誤差，因此需要研究伺服補償算法對機械臂末端的位姿進行動態(tài)調(diào)整。綜上所述，本課題的研究是柔性內(nèi)窺機器人完成巡檢任務(wù)的關(guān)鍵之一，考慮到托卡馬克腔特有的結(jié)構(gòu)與特殊的環(huán)境，該課題具有極大的研究價值。

【參考文獻】

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本文編號：2733819