池内表面水下移动焊接作业机器人研究

摘要

核能做为一种清洁能源，受到越来越多国家的重视，我国的核电站数量正在逐年增加。在人类享受核电站带来好处的同时，如果不注意安全检查，发生事故后又没有补救措施，将会遭受巨大的损失。切尔诺贝利核电站事故，福岛核电站事故无不给人类敲响了核电站安全使用的警钟。
　　本课题在此背景下应运而生，主要研究用于核电站水池内表面日常检测、事故维修的水下移动焊接作业机器人（不包括作业装置）。在研究现有阶段的核电救灾机器人、壁面作业机器人、水下探测与作业机器人之后提出了适用于我国某核电站水池的水下移动焊接作业机器人方案，并对机械结构、材料选择、器件选择等方面对所设计的方案进行介绍。之后根据所设计的机器人特点，提出重心与浮心调节方法及移动系统与作业系统配合作业方案。
　　根据机器人重心、浮心、转动惯量随着作业系统运动而变化的特点，建立了适用于本课题水下移动焊接作业机器人的动力学模型。根据建立的动力学模型，在Matlab/Simulink中搭建了仿真平台，以机器人受到推进器的力与力矩为输入并忽略机器人受到的外界干扰，初步仿真揭示了机器人的运动特性。
　　以机器人对池内表面检测作业为例，对机器人作业系统与移动系统进行了运动规划。考虑机器人受到外界干扰的位姿变化后，加入滑模控制算法进行闭环控制。完善了仿真平台，仿真实现了前面运动规划的各个分解动作；验证了作业系统与移动系统配合运动对机器人姿态调整的有效性；验证了本课题动力学模型的有效性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目的和意义

1.4 本课题主要研究内容

第2章 池内表面水下移动焊接作业机器人方案设计

2.1 水下移动焊接作业机器人总体方案设计

2.2 移动系统方案设计

2.3 作业系统方案设计

2.4 重心与浮心调整

2.5 移动系统与作业系统配合作业

2.6 本章小结

第3章 作业机器人动力学建模与分析

3.1 运动学建模

3.2 动力学建模

3.3 推进器建模

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第4章 作业机器人运动规划与仿真验证

4.1 水下移动焊接作业机器人运动规划

4.2 水下移动焊接作业机器人滑模控制

4.3 仿真验证

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢