托卡马克腔内作业机械臂运载车系统研究

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1、上海交通大学硕士学位论文托卡马克腔内作业机械臂运载车系统研究硕士研究生：谢广庆学号：1120209063导师：张伟军（副教授）申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年2月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHONFLEXIBLEINVESSELINSPECTIONROBOTTRANSFERCASKCandidate：Guang

2、qiangXieStudentID:1120209063Supervisor：Prof.WeijunZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb，2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大

3、学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文《托克马克腔内作业机械臂运载车系统研究》，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：謝H曰期：如矿年>月/曰上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复

4、印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密动。(请在以上方框内打“V”）学位论文作者签名:指导教师签名:上海交通大学硕士学位论文托克马克腔内作业机械臂运载车系统研究摘要随着人类社会的不断发展，世界对能源的需求量越来越大。与此同时，煤、石油、天然气等传统的不可再生的化石能源的可用量却在日益减少。一方面，传统能源在不断减少，不能满足人类

5、的可持续发展要求，另一方面，传统能源在为人类提供能量的同时，也带来了一系列的环境问题。因此开发新能源成为人类面临的重大问题。新能源中核聚变能具有安全、清洁及可持续利用的优势，对其的研究得到各国的重视。国际热核聚变实验堆（ITER）是以磁约束的方式实现受控核聚变的反应堆。其中实现核聚变磁约束的装置称作托卡马克装置。本文就托卡马克装置第一壁的检测任务要求，对其腔内作业机械臂运载车系统展开研究，主要包括以下内容。首先本文对机械臂运载车全方位运动系统进行了设计。分析了两种常用的全向轮：Mecanum轮与AGV转向轮，

6、分别分析了两种全方位轮的运动学原理，得出其全方位运动学方程。经过对比，最终选定了AGV转向轮最为机械臂运载车的全方位运动轮系。之后对机械臂运载车的全方位运动进行了进一步的分析，并对机械臂运载车一种特殊的圆周运动进行了仿真。由于加工与装配误差，托卡马克腔口的高度可能存在差异，机械臂导轨平面和托卡马克腔口平面水平度也可能存在差异，为此本文设计了基于柔性连接的机械臂导轨平面升降与调平系统，使机械臂导轨平面具有一定的柔性，可以对其水平度进行微调。之后分析了四支撑点平面调平原理，设计了机械臂导轨平面的升降与调平流程。最

7、后本文设计了机械臂运载车的控制系统。选定了控制系统硬件，包括基于PCI总线的升降与调平运动控制系统硬件以及基于I上海交通大学硕士学位论文EtherCAT总线的机械运载车全方位运动系统控制硬件。设计了机械臂运载车运动控制系统软件，并分析了运动控制系统软件的功能与通讯系统。经验证，设计的控制系统稳定、可靠并具备较强的抗干扰能力，能够圆满完成机械臂运载车的精确对腔与机械臂导轨平面的调平任务。关键词：运载车全方位运动平面调平运动控制系统II上海交通大学硕士学位论文RESEARCHONFLEXIBLEINVESSELI

8、NSPECTIONROBOTTRANSFERCASKABSTRACTWiththecontinuousdevelopmentofhumansociety，Thedemandforenergyintheworldisbecomingbiggerandbigger.Atthesametime，theavailablequantityofcoal，oil，naturalgasandothertraditi