基于耐辐照感知单元的机器人电液伺服控制研究

摘要

随着核技术在民用核辐照、工业检测、医疗应用方面的快速发展及核电站的大量建设，核安全防护和应急处理也越来越重要。而在强辐射高危险环境下，无法保证工作人员的人身安全，特别是在常规的计量分摊作业方式无法抵抗作业现场的强辐射时，借助耐辐射遥操作机器人进行核事故应急处置或核反应堆退役便成了最佳也是最有效的方式。耐辐射遥操作机器人在定期维护和检修核设备等方面也有着很好的应用前景，而且核环境下工作任务可靠性要求高，因此耐辐射机器人的智能控制策略也就成为国内外相关学者及工程技术人员的重点研究内容。
　　 本课题作为强辐射环境应急处置机器人系统的子课题，以所在实验室成功处置广州市番禺辐照技术中心卡源事件的XK-Ⅱ耐辐照遥操作机器人为基础，依托实际工程应用背景，以机器人电液伺服控制理论分析与仿真为重点，围绕耐辐射机器人电液伺服控制的相关问题进行研究。首先利用PRO/E建立了该机器人的机械模型，分析和研究了机器人的运动学特性。分析了使用力觉传感器获取力反馈信息的必要性，并进行了抗辐射加固实验。其次，利用MATLAB和Fluidsim-H对电液伺服阀和液压缸的特性进行了分析与仿真，推导出了机器人电液伺服系统的传递函数。在传统的PID控制理论和模糊控制算法的基础上，设计了基于双模模糊自适应控制算法的控制器。最后，利用Easy5和Adams软件对机器人的电液伺服系统进行了联合仿真，分析了机器人电液伺服系统的动态响应性能。利用虚拟样机技术，通过MATLAB和Adams对机器人系统进行机电一体化仿真。验证了本课题所构建的机器人电液伺服系统模型和所采用的控制算法的正确性和可行性。
　　 本课题的研究成果对强辐射环境下应急处置作业机器人系统的研发工作有一定的帮助，对深入开展其它高危险环境作业机器人系统的研究工作也有一定的参考价值。