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《哈尔滨工程大学》 2007年
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蒸汽发生器检修机械手控制方法研究

张智  
【摘要】: 蒸汽发生器(SG)是核动力装置中一、二回路之间的连接枢纽,也是核动力装置运行中发生故障最多的设备之一。由于蒸汽发生器里面存在放射性物质,当发生泄漏时,人不能进去进行维修,这时就需要机械手代替人完成维修工作。大多数的检修活动是远距离操控进行,例如,一个机械手通过人孔安装于蒸汽发生器水室内,机械手的前端携挂不同的检修工具即可实施不同的检修活动。 本文的工作是围绕某项目进行的,设计一套机械手用于蒸汽发生器堵管等各种检修工作,具有六个关节,同时末端安装偏心工具。本文主要完成了机械手的工作空间分析,运动学求解,轨迹规划和关节控制等工作。 首先本文给出了蒸汽发生器检修机械手控制系统的总体设计方案,包括系统组成和硬件软件设计,系统的主要功能和原理等。 然后本文对机械手的作业环境进行分析,求解机械手在各种情况下的可达空间,并提出了该机械手的碰撞检测方法,实现了考虑碰撞和不考虑碰撞情况下的机械手可行空间求解,分析了堵管可行面积,并分析了机械手引入偏心工具后对机械手工作性能的改善,对比了引入工具偏心前后机械手的堵管可行面积的区别。 接下来本文实现机械手的运动学求解,并将问题分为工具的偏心及非偏心情况分别研究,不考虑偏心时机械手非冗余,文中分别研究了代数解法和几何解法。考虑工具偏心的机械手存在冗余,提出了代数法与优化方法结合的办法,同时保证了算法的精确性和实时性,本文还研究了机械手的壁碰逆解,提出了基于免疫遗传算法的避碰逆解方法,并对算法的快速性作出考虑,以适应实时应用,本文还研究了机械手速度逆解,在此基础上给出了机械手在不同工作点下的各向极限运动速度的分析方法。 然后本文研究了机械手的轨迹规划问题,提出了该机械手的三阶简化路径规划模型。并分别对已知末端期望轨迹和未知末端期望轨迹情况下的机械手轨迹规划问题展开研究。对于已知期望轨迹的情况,提出了基于直接实时逆解的方法和基于神经网络的方法,对于基于神经网络的方法,本文提出了基于CMAC网络的自适应轨迹跟踪控制,和基于支持向量机的大范围轨迹跟踪结果逼近,并且分别对传统的CMAC网络和支持向量机提出了改进的方法,提高了实时性;对于未知期望轨迹的情况,提出了基于人工势场序列的轨迹规划方法,不同于传统的人工势场法,对于高维空间应用,该方法具有更简单的形式和可实现性,另外本文提出了基于路标法的机械手轨迹规划,同时兼顾了规划算法的强搜索能力和实时应用问题,本文对传统路标法提出了改进方法,使得该方法更加易与应用和向高维空间推广,本文提出的路标法可以直接应用与机械手的六轴联动的大范围无碰撞路径搜索问题。 最后本文研究机械手关节控制问题,推导了双旋转变压器合成算法实现高精度测角,本文推导的算法保证在最大限度利用双旋转变压器信息提高精度的同时,实现了对单个旋转变压器容许误差最大化,大大提高了合成数据的可靠性;对于机械手的关节伺服控制,本文提出了下位机速度控制模式,解决了此类械手特有的关节结构复杂,非线性死区严重等问题;对于机械手的惯量和力矩解耦,本文提出了直接基于几何变换和线积分的简化计算方法,避开了复杂的机械手动力学模型的求解,大大提高了算法的可实现性和应用性,并在此基础上研究了机械手多关节联动控制。 本文提出的所有算法和控制方法,都经过仿真检验,并且大部分方法已经在机械手实际控制平台上实现,用于实际机械手的控制,并且通过大量的实际控制实验,验证了文中提出的方法的有效性和优越性。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP241

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 徐阳;探针定位用两自由度电机系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 李升娟;杨宗尧;于飞;刘喜梅;;基于支持向量机的系统辨识及应用研究[A];全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周芳;蒸汽发生器检修机械手路径规划及控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 张学荣;霍利;孙锐;;核电站蒸汽发生器及其质量监督[J];电力建设;2007年08期
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中国硕士学位论文全文数据库 前9条
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7 曾鹏;六轴机械臂避碰运动学算法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
8 杨琦;锅炉配风监控技术研究[D];南京理工大学;2007年
9 刘其端;六轴串联机器人控制系统软件设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2008年
【二级引证文献】
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1 杨建东;核电站稳压器加热元件套管涡流检查设备研制[D];河北工业大学;2013年
【二级参考文献】
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【相似文献】
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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2 姚丹;谢元立:成就“金蓝领”之三部曲[N];工人日报;2010年
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4 雨田;提高瓦楞纸箱质量 适应机械手操作[N];中国包装报;2001年
5 记者 陈佳南;国内首台船用螺旋桨叶打磨机械手问世[N];中国船舶报;2010年
6 见习记者  钱波;“机械手”插秧真是神[N];嘉兴日报;2006年
7 本报记者 王立忠 张越姣;“机械手”让农民告别“三弯腰”[N];铁岭日报;2010年
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9 肖阳;墨西哥成功应用远程遥控机械手进行手术[N];北京科技报;2002年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张智;蒸汽发生器检修机械手控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2007年
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7 陈福恩;同步器操作性能与寿命测试系统的研究[D];吉林大学;2005年
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9 朱方文;基于LAP方法的机器人灵巧手控制[D];上海大学;2005年
10 赵永胜;模糊滑模控制及其在机电系统中应用的研究[D];华中科技大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭前建;人机协同机械手及其接口技术研究[D];吉林大学;2004年
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3 王卫青;基于稳健设计的机械手精度分析与设计[D];青岛大学;2006年
4 郑欣燕;育苗生产线机械手及其自动控制系统的研究[D];北京林业大学;2007年
5 王新铭;基于神经网络的机械手控制的研究[D];大连海事大学;2008年
6 马卫军;自行迫击炮自动供输弹机械手的设计及其动力学仿真分析[D];南京理工大学;2004年
7 张涛;基于机械手的背俞穴阻抗检测系统[D];浙江大学;2008年
8 李波;机械手位姿多解问题的研究及越障取物机器人的研制[D];上海海运学院;2002年
9 邹大鹏;智能视频桥梁检测车工作臂避障系统的研究[D];广东工业大学;2005年
10 谷鸣宇;六自由度机械手运动学、动力学分析及计算机仿真[D];吉林大学;2005年
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