面向压水反应堆水下爬行机器人运动分析及路径规划研究

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1、分类号：TH11密级：UDC：编号：14-080200-113M河北工业大学硕士学位论文面向压水反应堆水下爬行机器人运动分析及路径规划研究论文作者：朱雅乔学生类别：全日制学科门类：工科学科专业：机械工程指导教师：张建畅职称：教授资助基金项目：国家863项目（2011AA040201）“核电站多功能水下爬行机器人”万方数据万方数据DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineering

2、STUDYOFKINEMATICSANALYSISANDPATHPLANNINGFORUNDERWATERCRAWLINGROBOTOFPRESSURIZED-WATERREACTORbyZhuYaqiaoSupervisor:Prof.ZhangJianchangMarch2014ThisworksupportedbytheHi-techResearchandDevelopmentProgramofChina.No.2011AA040201.万方数据万方数据万方数据万方数据河北工业大学硕士学位论文摘要目前

3、，核电站环境中存在着辐射强度高、水体腐蚀性强等问题，为了保护维修操作人员的安全，将机器人技术引入到核工业中已经得到了广泛地共识。核电站水下爬行机器人能够替代维修操作人员完成反应堆堆芯和水池的异物检查、打捞操作，保证其人身安全，逐渐成为当今核电机器人的主要研究方向之一。本文在国家863计划项目“核电站多功能水下爬行机器人”（课题编号：2011AA040201）的支持下，对核电站水下爬行机器人做了运动学分析及路径规划研究。本文的主要工作和创新成果：1、对核电站水下爬行机器人进行了运动学分析，建立了四自由度机械手

4、以及核电站水下爬行机器人的运动学模型，获得了机械手的运动学正、逆解，速度雅克比矩阵，四自由度机械手末端执行器与驱动轮转速以及机械手各关节角速度之间的关系；分析了机械手的奇异位形、工作空间、地面抓取空间以及核电站水下爬行机器人的最优位姿，应用开发的“机器人仿真系统”，结合MatlabRobtics、Adams软件对上述进行了仿真分析，为机械手优化构型以及控制系统的建立提供了理论依据。2、对机器人进行了运动规划研究。根据核电站水下爬行机器人的任务要求，分别研究了移动本体的点对点全局路径规划、完全覆盖路径规划以及

5、四自由度机械手的轨迹规划，并分别应用LabVIEWRobotics、RobotBasic、MatlabRobotics软件对机器人各自规划进行了仿真与分析，为机器人完成作业任务打下了基础。3、分析了核电站水下爬行机器人机械手抓取难点，探讨并制定了机械手的抓取模式和抓取规则。抓取规则针对不同的抓取模式制定，很好地克服了抓取过程中存在的难点，并通过实验证明了该方法的正确性及可行性。关键词：水下爬行机器人运动学分析路径规划抓取实验I万方数据面向压水反应堆水下爬行机器人运动分析及路径规划研究ABSTRACTCurr

6、ently,highradiation,watercorrosionandotherproblemsexistintheenvironmentofnuclearpowerplants.Inordertoguaranteepeople’ssafety,robottechnologyintroducethenuclearindustryhasbeenabroadconsensus.Underwatercrawlingrobotsofnuclearpowerplantscanreplacemaintenanceo

7、perationspersonneltofinishforeignmatterinspectioninthereactorcoreandpoolsandsalvageoperations.Itcanguaranteepeople’ssafetyandhasbecomeoneoftoday'smajorresearchdirectionsofnuclearrobots.SupportedbytheNationalHighTechnologyResearchandDevelopmentProgramofChin

8、a(No.2011AA040201)"Multifunctionunderwatercrawlingrobotfornuclear",thethesisiscarriedonthekinematicsanalysisandpathplanningforunderwatercrawlingrobotsofnuclearpowerplants.Themaincontentandtheachievementsareas