核聚變項目是人類使用清潔能源發(fā)電的一項重大科學研究項目。國際熱核聚變實驗反應堆（International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER）是目前世界上最大的核聚變項目,現正處于建造過程中,其核心設備托卡馬克（Tokamak）腔第一壁的監(jiān)測和維護是通過遠程操作來實現的。鑒于世界各國針對不同規(guī)模的核聚變項目Tokamak腔具有規(guī)模不一、結構類似的特點,本文將所有Tokamak腔空間結構歸結為一類問題對其進行關鍵技術研究。核聚變Tokamak類設施具有小入口通道、大回轉半徑和復雜D型截面等共性特點,因此,本文從面向該類設施維護的機械臂結構綜合（又叫構型綜合）和入腔運動規(guī)劃兩個角度對其進行參數化研究,并以目前國際上最大的ITER項目為依據,構建1:10 Tokamak模型并展開相應的理論研究和樣機實驗,為后續(xù)全比例ITER項目Tokamak維護機械臂研制提供理論依據和技術支撐。本文圍繞Tokamak遠程維護機械臂構型綜合、結構設計與Tokamak維護空間幾何約束條件等問題,在對機構構型綜合發(fā)展趨勢進行分析、研究的基礎上,對面向Tokamak維護... 

【文章來源】：上海交通大學上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：152 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 課題來源
        1.1.2 研究背景及意義
    1.2 國內外研究現狀
        1.2.1 核類維護機器人
        1.2.2 機器人構型綜合理論及方法
    1.3 問題提出
    1.4 研究內容
第2章 Tokamak類維護機械臂構型綜合
    2.1 引言
    2.2 基于方位特征集的構型綜合方法
        2.2.1 機構拓撲結構三要素
        2.2.2 串聯機構方位特征方程
        2.2.3 基于方位特征集的構型綜合方法
    2.3 面向任務的超冗余機械臂構型綜合方法
        2.3.1 Tokamak類設施任務需求
        2.3.2 基于構型演變和方位特征集的超冗余機械臂構型綜合方法
    2.4 Tokamak類維護機械臂構型綜合
        2.4.1 運載機器人自由度判定方程
        2.4.2 運載機器人機構構型綜合
        2.4.3 遙操作機器人機構構型綜合
    2.5 本章小結
第3章 面向托卡馬克空間約束的機械臂結構設計方法
    3.1 引言
    3.2 Tokamak類超冗余機械臂結構設計流程
        3.2.1 面向Tokamak類任務的機械臂關節(jié)結構設計流程
        3.2.2 Tokamak類空間約束下關節(jié)避碰參數判定方程
        3.2.3 1:10Tokamak超冗余機械臂結構參數確定
    3.3 基于維護口約束的模塊化關節(jié)綜合設計方法
        3.3.1 運載機器人結構設計
        3.3.2 關節(jié)承載和扭轉試驗
    3.4 關節(jié)間薄壁連桿屈曲安全分析
        3.4.1 矩形薄壁梁約束機理
        3.4.2 彈性約束懸臂矩形板計算模型
        3.4.3 矩形薄壁梁有限元分析
    3.5 運載機器人出車運動分析
        3.5.1 穿過小入口運動分析
        3.5.2 穿過小入口試驗
    3.6 本章小結
第4章 Tokamak類維護機械臂入腔運動規(guī)劃
    4.1 引言
    4.2 冗余機械臂運動學建模
        4.2.1 運載機器人關鍵尺寸
        4.2.2 遠程維護機械臂正運動學
        4.2.3 遠程維護機械臂逆運動學
    4.3 冗余機械臂入腔運動避碰研究
        4.3.1 基于腔內固定軌跡MR運行避碰判定
        4.3.2 基于腔內任意運行軌跡避碰判定
        4.3.3 基于腔內設定軌跡NR運行避碰判定
    4.4 1:10Tokamak運載機器人入腔運動規(guī)劃
        4.4.1 運載機器人出車準備(狀態(tài)0 到狀態(tài)1)
        4.4.2 運載機器人出車規(guī)劃(狀態(tài)1 到狀態(tài)3)
        4.4.3 運載機器人關節(jié)6 進腔規(guī)劃(狀態(tài)3 到狀態(tài)5)
        4.4.4 運載機器人關節(jié)進腔規(guī)劃(狀態(tài)5 到狀態(tài)10)
    4.5 本章小結
第5章 Tokamak維護機械臂實驗驗證
    5.1 實驗平臺介紹
    5.2 1:10Tokamak維護機械臂末端重復定位精度
    5.3 超冗余機械臂腔內擰螺釘實驗
    5.4 本章小結
第6章 總結與展望
    6.1 全文總結
    6.2 主要創(chuàng)新點
    6.3 研究展望
參考文獻
附錄A 運載機器人(LCT-Robot)入腔運動關節(jié)狀態(tài)
    A.1 運載機器人出車準備(狀態(tài)0到狀態(tài)1)
    A.2 運載機器人出車(狀態(tài)1到狀態(tài)3)
    A.3 運載機器人關節(jié)6進腔(狀態(tài)3到狀態(tài)5)
    A.4 運載機器人關節(jié)5進腔(狀態(tài)5到狀態(tài)6)
    A.5 運載機器人關節(jié)4進腔(狀態(tài)6到狀態(tài)7)
    A.6 運載機器人關節(jié)3進腔(狀態(tài)7到狀態(tài)8)
    A.7 運載機器人關節(jié)2進腔(狀態(tài)8到狀態(tài)9)
    A.8 運載機器人關節(jié)1進腔(狀態(tài)9到狀態(tài)10)
    A.9 運載機器人進腔狀態(tài)匯總(狀態(tài)0 到狀態(tài)10)
致謝
攻讀博士學位期間的學術成果
攻讀博士學位期間參與的科研項目


【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于方位特征集的兩轉動（0T-2R）并聯機構的型綜合及其應用[J]. 鄧嘉鳴,尹洪波,沈惠平,李菊,楊廷力.  中國機械工程. 2013(24)
[2]平面三自由度3-RRR并聯機構的驅動力矩分析[J]. 郭彥軍,李瑞琴.  機械傳動. 2013(12)
[3]一種三自由度并聯穩(wěn)定平臺機構的位置與工作空間分析[J]. 常興,劉安心,房立豐,楊廷力.  機床與液壓. 2012(23)
[4]基于自由度分配和方位特征集的混聯機器人機型設計方法及應用[J]. 沈惠平,趙海彬,鄧嘉鳴,孟慶梅,朱偉,楊廷力.  機械工程學報. 2011(23)
[5]核電站機器人研究現狀與發(fā)展趨勢[J]. 徐文福,毛志剛.  機器人. 2011(06)
[6]基于差分進化支持向量機的移動機器人可通過度預測[J]. 郭晏,宋愛國,包加桐,崔建偉,章華濤.  機器人. 2011(03)
[7]Interaction of CLAM Steel with Plasma in HT-7 Tokamak During High Parameter Operation[J]. 李春京,黃群英,馮巖,李建剛,孔明光.  Plasma Science and Technology. 2007(04)
[8]基于單開鏈單元的欠秩并聯機器人機構型綜合的一般方法[J]. 楊廷力,金瓊,劉安心,沈惠平,羅玉峰.  機械科學與技術. 2001(03)
[9]Preliminary Engineering Design of Toroidal Field Magnet System for Superconducting Tokamak HT-7U[J]. 潘引年,翁佩德,陳灼民,李保增,武松濤,吳維越,高秉鈞,郁杰,吳鏑,吳雪冰,陳強,陳文革.  Plasma Science & Technology. 2000(02)



本文編號：3385681