核电封头管座焊接用移动机器人运动规划新方法研究

发布时间：2020-04-20 23:43

【摘要】：核电封头与管座的焊接是核电站反应堆压力容器制造中的关键问题之一。目前主要依靠人工焊接完成,焊接效率低,焊接质量难以保证。在国家自然科学基金项目“核电封头与管座复杂空间型面焊接机器人设计方法研究”支持下,本文开展核电封头与管座的机器人焊接研究,针对特殊的焊接需求与作业环境,提出一种新的焊接机器人总体方案,并针对该机器人开展运动规划研究。首先,核电封头与管座之间的施焊空间小、焊道形状复杂,管座数量多、在核电封头上呈离散分布状态,焊接作业面积大、范围广。本文为适应特殊工况对作业环境进行了数学建模,并提出两种适合该作业环境的横跨式移动焊接机器人构型方案。分别为一体式机器人和分离式机器人。其次,针对移动焊接机器人实时高效运动算法开发的需要,提出一种拓扑-参数-轨迹三层次结构的机器人步态规划的新方法。在步态拓扑规划层次完成机器人移动步态类型规划工作,在步态参数规划层次完成对步态中特征参数,如高度、长度、时间及半径的设定任务。在步态轨迹规划层次完成移动机器人足端的移动轨迹设计任务。通过三层次结构的步态规划方法,有效降低焊接机器人实时轨迹计算工作量,提高在线规划效率,为下一步复杂环境下基于视觉实时测量反馈的机器人焊接作业提出在线规划算法。接着开展了移动焊接机器人作业路径与作业轨迹规划研究。提出横向扫掠、斜向扫掠、径向扫掠三种焊接作业路径来覆盖核电封头上全部管座,实现了焊枪作业的轨迹规划。在此基础上,开发了移动焊接机器人运动规划程序系统,为用户设计了焊接系统操作端,进行了数值仿真实验研究,初步验证了全文整体规划的可行性。
【图文】：

剖视图,核电,剖视图,封头

图 1-1 典型核电封头剖视图Fig.1-1 Sectional view of a typical reactor vessel head有许多管座，使得控制棒可以上下移动。这些控止核反应加热容器中的水。核电封头上的孔即为本 CRDM（Control Rod Drive Mechanism）管座，铬上下运动[1]。本课题的目的是实现自动化焊接 CRD焊接过程的要求和难点，，从而制定全面可靠的焊接成与人工作业相媲美的结果。研究现状与分析机器人介绍人发展历程代以来, 我国开始了焊接机器人的研究。1985 年哈器人。1989 年，北京机床研究所和华南理工大学为

焊接机器人,管座,示例

而目前国外发达国家在 CRDM 管座的自动焊接的制造技术已经比较成熟。很多国外公司制造的焊接设备如窄间隙埋弧焊机、窄间隙 TIG 自动焊机、控制棒驱动机构 CRDM 专用焊机、管一管及管板 TIG 自动焊机等都已经成功地应用在核电建设中。如法国的 POLYSOUDE，美国 AMI，MAGNATECH，德国ORBIMATIC，加拿大 LIBURDY，日本 HITACHI 、AICHI，韩国 PAVETECH 等[12]。尤其是 POLYSOUDE 公司占有较大的市场份额。POLYSOUDE 公司与韩国PAVETECH 公司在网上已经可以找到成熟的专用 CRDM 管座焊机。国外的核电研究热点在于核电的检修上，因为自 2003 年以来，已经有很多国外核电站报道出现水应力腐蚀裂纹（PWSCC）导致的核电封头泄漏的情况[13]。对核电封头的无损检修，对关键设备的维修、更换技术，焊缝的强化成为了一个难点。如韩国通过 3D 激光视觉传感器自动生成焊接路径，并指导机器人进行焊接修复[14]，日本有学者将超声喷丸强化技术运用于核电包括封头 J 型焊缝的很多关键部位[15]a.天津大学焊接机器人 b. POLYSOUDE 焊接机器人图 1-2 现有 CRDM 管座焊接机器人示例Fig.1-2 Example of existed CRDM welding robot
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623;TP242

【相似文献】