基本信息
- 項目名稱：
- 核設(shè)施拆卸機器人末端工具實驗樣機研制
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 項目組針對現(xiàn)階段核處理機器人末端工具的復(fù)用性和互換性差、無法實現(xiàn)自動換裝功能這些局限，展開了對核設(shè)施拆卸機器人末端工具實驗樣機的研制。主要包括對末端工具模塊化、標準化設(shè)計、互換性設(shè)計；自動換裝；特種加工工藝與快速制造技術(shù)；機械手臂的電隨動控制等方面展開研究。
- 詳細介紹：
- 近年來，核安全事故頻頻發(fā)生，比如今年日本核泄漏事件引起了全世界的恐慌，但是目前國內(nèi)外研制的核應(yīng)急處理機器人還存在很大局限，項目組針對其末端工具的復(fù)用性和互換性差、無法實現(xiàn)自動換裝功能這些局限，展開了對核設(shè)施拆卸機器人末端工具實驗樣機的研制。 1、針對現(xiàn)有機器人末端工具非標件、匹配困難等問題，項目團隊采用了模塊化、標準化設(shè)計和互換性設(shè)計技術(shù)，可以一次性完成復(fù)雜的拆卸和搬運任務(wù)。 2、面對核機器人驅(qū)離輻射區(qū)后形成的二次污染問題，機器人執(zhí)行機構(gòu)末端工具采用了自動換裝技術(shù)，從而使核設(shè)施拆卸機器人可以快速的適應(yīng)復(fù)雜拆卸現(xiàn)場，提高工作效率，從而推動機器人從專用型向通用型過度。 3、對結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難等問題，采用了特種加工工藝和快速制造技術(shù)有效的解決 4、面對遠程遙控操作十分困難的問題，該核設(shè)施拆卸機器人末端工具系統(tǒng)的機械手臂采用電隨動的方式可進行有線無線控制。 根據(jù)該末端工具的特點，機器人不僅僅可以運用于和退役設(shè)施拆除現(xiàn)場，也可以在地震、泥石流、瘟疫等自然災(zāi)害現(xiàn)場實施救援，具有很好的發(fā)展前景。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 一、設(shè)計目的 近年來，核安全事故頻頻發(fā)生，比如今年日本核泄漏事件引起了全世界的恐慌，但目前國內(nèi)外研制的核應(yīng)急處理機器人還存在很大局限，我們項目組針對其末端工具的復(fù)用性和互換性差、無法實現(xiàn)自動換裝功能這些局限，展開了對核設(shè)施拆卸機器人末端工具實驗樣機的研制。 二、基本思路 (1)根據(jù)核應(yīng)急處理現(xiàn)場需破碎的水泥板尺寸、需剪切的鋼筋型號等，重點研究搬運鏟、破碎鉗、切割鋸等幾種典型末端工具及其標準化設(shè)計。 (2)根據(jù)末端工具應(yīng)具備的功能，綜合考慮材料、加工、結(jié)構(gòu)強度等因素，設(shè)計末端工具的結(jié)構(gòu)，采用有限元技術(shù)和虛擬樣機技術(shù)對其是否滿足要求進行仿真分析，對結(jié)構(gòu)進一步優(yōu)化。 (3)采用互換性設(shè)計理論與方法，對搬運鏟、破碎鉗、切割鋸等幾種典型末端工具的自動換裝與功能復(fù)用技術(shù)進行研究。 三、創(chuàng)新點 (1)末端工具系統(tǒng)采用了模塊化、標準化設(shè)計和互換性設(shè)計技術(shù) (2)機器人執(zhí)行機構(gòu)末端工具采用自動換裝 (3)采用了特種加工工藝與快速制造技術(shù) (4)機械手臂采用電隨動方式控制 四、技術(shù)關(guān)鍵 (1)核機器人末端工具自動換裝技術(shù) (2)核機器人末端工具加工工藝與快速制造技術(shù) (3)核機器人末端工具復(fù)用優(yōu)化技術(shù) 五、技術(shù)指標 （1）機械故障率<0. 1%，機械響應(yīng)時間<1s （2）常規(guī)環(huán)境連續(xù)穩(wěn)定工作時間>100小時 （3）機器人末端工具定位精度<10cm （4）機器人攜帶末端工具數(shù)量>4 （5）末端工具自動換裝時間<5min （6）防護等級：IP54
科學(xué)性、先進性
- 1、末端工具系統(tǒng)采用了模塊化、標準化設(shè)計和互換性設(shè)計技術(shù)，解決現(xiàn)有機器人末端工具非標件、匹配困難等問題。與其他核工業(yè)機器人系統(tǒng)相比，該核設(shè)施拆卸機器人末端工具系統(tǒng)具有更明顯的通用性。 2、機器人執(zhí)行機構(gòu)末端工具采用自動換裝，解決核機器人驅(qū)離輻射區(qū)后形成二次污染的問題。機器人可根據(jù)拆卸任務(wù)的實際情況需要，可以自動選擇安裝與之相對應(yīng)的末端工具。與其他類型的機器人相比，裝載該末端工具系統(tǒng)的機器人在換裝工具時無需退出強輻射現(xiàn)場或者由工作人員介入手動換裝。 3、采用了特種加工工藝與快速制造技術(shù) 機器人末端工具需要對各種高強度設(shè)施進行可靠剪斷、切割等動作，采用高強度特種合金，它們的加工工藝和快速制造技術(shù)亟待解決。本項目在電火花、線切割、激光鉆孔、高速射流切割等特種加工方法方面展開研究。 4、機械手臂采用電隨動方式控制 該核設(shè)施拆卸機器人末端工具系統(tǒng)的機械手臂采用電隨動的方式進行控制，可有效降低遠程遙操作的難度，解決現(xiàn)有的手柄、鍵盤等方式控制存在的問題。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物；模型；圖紙；現(xiàn)場演示；圖片；錄像。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 1、在核工業(yè)科研和生產(chǎn)領(lǐng)域，核設(shè)施拆卸機器人末端工具系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用于核退役設(shè)施拆除現(xiàn)場，滿足核工業(yè)與放射性三廢治理工程的急迫需求；核退役機器人為核設(shè)施拆除提供了一個安全、可靠的解決方案，改進了放射性環(huán)境作業(yè)與核廢物治理工程的傳統(tǒng)方法，有效的降低了人員傷亡以及對周邊環(huán)境的污染，將在核工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。 2、通過對其他危險環(huán)境的研究，核設(shè)施拆卸機器人末端工具系統(tǒng)可以為有毒有害氣體環(huán)境的科學(xué)研究提供實驗平臺；可以在地震、泥石流、瘟疫等災(zāi)害現(xiàn)場實施救援工作，具有很好的推廣應(yīng)用價值。
同類課題研究水平概述
- 近年來美國、瑞典、法國、加拿大等國，以及我國國內(nèi)一些高校、研究院已掀起一股研制用于核應(yīng)急處理機器人的研究熱潮。 在國外，許多國家在理論研究、實物研制等方面開展了大量研究工作，所研制的部分機器人裝備與系統(tǒng)也得到應(yīng)用。美國華盛頓州南部原子能研究中心根據(jù)強輻射環(huán)境的具體需求，設(shè)計了具有攀爬、去污、搬運功能的機器人組。美國ADAM公司還設(shè)計了一種機器人，可用于強輻射環(huán)境中的設(shè)施的自動拆卸任務(wù)。瑞典布魯克公司設(shè)計生產(chǎn)的機器人通過特殊的改裝后也曾應(yīng)用于反應(yīng)堆的退役工程。2006年9月，由俄羅斯和瑞典聯(lián)合研制的移動機器人Bobik被用于Kola半島的核輻射監(jiān)測。 在國內(nèi)，也有大量研究人員從事核應(yīng)急處理研究。上海交通大學(xué)等高校聯(lián)合研制的“勇士號”核工業(yè)機器人樣機，涉及在惡劣、危險、有害環(huán)境下遙控機器人的移動、控制和通訊等關(guān)鍵技術(shù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國科技大學(xué)、西安交通大學(xué)等大學(xué)，以及中國原子能科學(xué)研究院、中國科學(xué)院等單位也在核應(yīng)急處理機器人的研制方面取得進展。 2009年6月，西南科技大學(xué)項目組研制的機器人成功完成杞縣鈷卡源故障的處置任務(wù)。在之后的廣東番禺卡源事故處理中，項目組研制的特種機器人再次成功完成任務(wù)。 總結(jié)國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，存在以下問題： (1) 核應(yīng)急條件下，輻照劑量大，需處理處置的結(jié)構(gòu)強度高、尺寸大，現(xiàn)場復(fù)雜多變，機器人末端工具一般采用特殊的高強度合金材料，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難。目前的核處理機器人末端工具均為非標產(chǎn)品，需要根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場的實際情況臨時設(shè)計制造，互換性差、性能可靠性差、研制周期長、成本高、加工困難。目前僅瑞典BROKK等少數(shù)公司提供核設(shè)施處理機器人及末端工具，價格昂貴。 (2) 考慮控制的可靠性，目前用于核領(lǐng)域的機器人末端工具均采用液壓驅(qū)動，在長期的作業(yè)中，現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)會發(fā)生泄漏。強輻照會污染機器人和作業(yè)機械，致使其成為新的放射源，不允許駛離輻照區(qū)；發(fā)生泄漏時，不允許人到有核區(qū)域進行處理，人工方式換裝末端工具存在巨大的安全隱患。根據(jù)現(xiàn)有報道，目前國內(nèi)外的核處理機器人尚無法完成自動換裝末端工具。 輻射監(jiān)測與應(yīng)急處置機器人技術(shù)成果的產(chǎn)品化，輻射監(jiān)測、作業(yè)與事故應(yīng)急的工程化和策略與方案的科學(xué)規(guī)范對核技術(shù)健康安全發(fā)展非常重要。研發(fā)特種高性能的危險作業(yè)機器人工程裝備，形成高放物質(zhì)處理處置的工程能力，既有明確的工程目的又有重要的社會經(jīng)濟意義。
