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

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

2、境冷卻防護結(jié)構(gòu)設(shè)計以及整體冷卻系統(tǒng)整合方案。冷卻防護系統(tǒng)設(shè)計方案最終確定為各關(guān)節(jié)獨立銅管緊密纏繞防護部件吸收熱量，低溫水流水冷冷卻回路靠軟管串聯(lián)連接，在確保機械臂機動性的前提下保護了相機、電機和驅(qū)動器幾大關(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)機械臂前端帶出的熱量散發(fā)到外界。針對本課題機械臂機械機構(gòu)的緊湊特性，冷卻控制

3、系統(tǒng)經(jīng)過重新設(shè)計，改進了原有布置復(fù)雜的溫度測量系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)軟件架構(gòu)構(gòu)建人際交互界面時，集成了實時數(shù)據(jù)監(jiān)控，歷史趨勢回顧，電源控制管理和警報處理等功能，并在軟件層面信息通訊上充分考慮了與內(nèi)窺機械臂上位機總控制系統(tǒng)的交互優(yōu)先級，設(shè)計成為運作正常時界面隱藏、遇到危險警報時彈出的對話框結(jié)構(gòu)。
　　最終系統(tǒng)實驗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，對系統(tǒng)進行三小時以上的長時間實驗，共分三個階段。
　　第一階段，單關(guān)節(jié)雙目相機