托卡馬克腔特種環(huán)境下內(nèi)窺機(jī)械臂閉環(huán)主動(dòng)冷卻系統(tǒng)研究.pdf

1、國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)的受控核聚變會(huì)對(duì)托卡馬克真空腔室第一壁包塊造成損傷，于是提出了內(nèi)窺機(jī)械臂自動(dòng)檢測(cè)的任務(wù)要求。面對(duì)真空腔室內(nèi)120℃的高溫環(huán)境，論文研究提出內(nèi)窺機(jī)械臂閉環(huán)主動(dòng)水冷冷卻系統(tǒng)的解決方案。
　　論文首先總結(jié)了針對(duì)托卡馬克第一壁內(nèi)窺任務(wù)需求,要求機(jī)械臂腔內(nèi)周向360°可達(dá)，并且能夠?qū)τ?D型任意截面進(jìn)行垂直掃描。于是提出了移動(dòng)底座、大臂、小臂和末端視覺單元四部分組合的機(jī)械臂方案。在此基礎(chǔ)上提出了不同關(guān)節(jié)的高溫環(huán)

2、境冷卻防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及整體冷卻系統(tǒng)整合方案。冷卻防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案最終確定為各關(guān)節(jié)獨(dú)立銅管緊密纏繞防護(hù)部件吸收熱量，低溫水流水冷冷卻回路靠軟管串聯(lián)連接，在確保機(jī)械臂機(jī)動(dòng)性的前提下保護(hù)了相機(jī)、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器幾大關(guān)節(jié)電氣元件。
　　經(jīng)過查閱多方資料探討和理論公式推導(dǎo)分析，閉環(huán)水冷循環(huán)系統(tǒng)外部回路以隔膜水泵為水流動(dòng)力源，并由恒溫冷卻水槽作為冷源吸收水流冷媒從真空室內(nèi)機(jī)械臂前端帶出的熱量散發(fā)到外界。針對(duì)本課題機(jī)械臂機(jī)械機(jī)構(gòu)的緊湊特性，冷卻控制

3、系統(tǒng)經(jīng)過重新設(shè)計(jì)，改進(jìn)了原有布置復(fù)雜的溫度測(cè)量系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)軟件架構(gòu)構(gòu)建人際交互界面時(shí)，集成了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，歷史趨勢(shì)回顧，電源控制管理和警報(bào)處理等功能，并在軟件層面信息通訊上充分考慮了與內(nèi)窺機(jī)械臂上位機(jī)總控制系統(tǒng)的交互優(yōu)先級(jí)，設(shè)計(jì)成為運(yùn)作正常時(shí)界面隱藏、遇到危險(xiǎn)警報(bào)時(shí)彈出的對(duì)話框結(jié)構(gòu)。
　　最終系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)論證在完成冷卻系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件架構(gòu)搭建之后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行三小時(shí)以上的長(zhǎng)時(shí)間實(shí)驗(yàn)，共分三個(gè)階段。
　　第一階段，單關(guān)節(jié)雙目相機(jī)