钩爪式四足爬壁机器人控制系统设计

首先对钩爪式四足爬壁机器人脚爪在各运动阶段的运动合理性与可行性进行分析,完成了机器人的步态规划;然后根据步态规划方案,选择中央控制器与电机等硬件,完成了机器人控制系统的设计,同时完成了机器人样机的制作;最后对所设计的爬壁机器人的爬升性能进行实验测试,结果表明,机器人能够在粗糙壁面上自主稳定地爬行,验证了机器人控制系统设计的合理性。

新型自重构机器人钩爪式连接机构

分析了自重构机器人重构和运动过程中连接机构的功能和作用,设计了一种新型钩爪式连接机构。该机构在机器人运动过程中为相邻模块提供可靠的连接,在重构过程中可迅速完成相邻模块的连接/断开。连接机构由微型直流电机、主动钩爪连杆结构和被动连接基板组成,具有模块连接对中功能,连接后机构自锁,无需电机力矩保持,节省能量。分析了该连接机构的工作原理、对接条件和力学特性,并进行了实验研究。结果证明:该连接机构具有较好的性能,并且在一定的几何误差下仍能完成连接。

控制棒驱动机构动钩爪组件动作时间影响因素分析

针对磁力提升型控制棒驱动机构冷热态性能试验中钩爪组件动作响应时间波动较大的问题,对控制棒驱动机构步进运动过程中钩爪组件的运动特性进行了研究,并以缓冲轴动作状态为例。分析了驱动机构在提升和下插运动过程中缓冲轴的不同动作状态;建立了缓冲轴依靠弹簧力和重力下插运动时间的数值计算模型;通过MATLAB软件编程计算获得了不同运动状态下间隙、弹簧刚度、负载与缓冲轴下插运动时间的关系曲线,分析了相关结构参数对动作时间的影响,找到了引起钩爪组件运动时间大幅度波动的关键因素。

钩爪式爬壁机器人研究进展

钩爪式爬壁机器人是爬壁机器人的分支之一,对粗糙壁面有良好的适应性。介绍了钩爪式爬壁机器人的3种附着方式——勾附、抓附及密集刺抓附,分析了各种设计方案的创新点与存在的不足。讨论了钩爪式机器人设计时需要解决的关键问题,以及爬壁机器人移动机构的发展趋势。最后介绍了钩爪式爬壁机器人的发展趋势。

基于TRIZ理论的钩爪循环式自动化水果采摘装置设计研究

文章介绍了钩爪循环式自动化水果采摘装置的设计原理及方法,以TRIZ理论为依据,总结了水果采摘装置的技术进化路线,采用三维建模优化设计,解决了高挂水果高低不一的采摘难题,提高了水果采摘效率。此外,采用的钩爪循环式采摘装置,具有简易便携化、经济化、轻量化的优势,是一种智能自动化采摘装置。

控制棒驱动机构钩爪组件运动可靠性分析方法

控制棒驱动机构工作过程中钩爪组件需反复运动,且需承受驱动杆的冲击载荷,易引起组件中零件受载变形以及运动副配合间隙变化,影响钩爪的运动精度,进而影响钩爪组件的运动可靠性。以控制棒驱动机构钩爪组件为研究对象,研究了受载变形对钩爪组件运动可靠性的影响。根据钩爪组件的运动过程和功能原理,以钩爪伸出量为钩爪组件运动可靠性表征参数,根据有效杆长理论,建立了受载变形影响下钩爪伸出量的计算模型;在此基础上,进一步考虑受载变形量的不确定性,提出了一种考虑受载变形影响的钩爪组件运动可靠性分析方法。

控制棒驱动机构钩爪Stellite6合金熔模铸件的制造工艺研究

在三代非能动压水堆核电设备控制棒驱动机构中,首次使用了Stellite6合金作为钩爪铸件材料。该材料是一种可耐各类腐蚀以及高温氧化的硬质合金,具有很好的耐磨损性能。由于钴基合金铸件在浇注冷却过程中极易开裂,因此在冷却过程中应采用缓冷的工艺,以减少铸件的内应力。考虑到Stellite6合金的这些特性和及其使用条件,选取了两种工艺方案进行研制。通过对两种工艺方案结果的分析,获得了较好的Stellite6合金铸件的制造工艺。

控制棒驱动机构钩爪齿复合冲击磨损可靠性分析

文中基于改进后的Lewis复合冲击磨损模型,利用蒙特卡洛仿真方法获得在不同步跃运动步数下的控制棒驱动机构钩爪齿磨损量分布,进而应用广义应力-强度干涉理论和有限差分法分别进行了钩爪复合冲击磨损的可靠性分析与灵敏度分析。采用某型号控制棒驱动机构的相关数据进行案例分析后,发现现有的钩爪能够满足600万步的步跃运动的设计寿命要求,但是运行至1 800万步时可靠度有明显下降。此外依据灵敏度分析结果,发现钩爪齿面硬度和钩爪齿面相对滑移距离对复合冲击磨损可靠度的灵敏度较高。

控制棒驱动机构钩爪摩擦副试验

在三代非能动压水堆核电设备控制棒驱动机构中,钩爪材料Stellite 6合金铸件与销轴材料HS25合金、驱动杆材料12Cr13不锈钢在运行时会互相磨损,为了验证钩爪材料的磨损性能,需要对钩爪材料进行摩擦副试验。试验模拟了钩爪实际工作时的磨损情况,设计了磨损试验,通过测定磨损试块的质量损失,对钩爪材料的磨损情况进行了分析,寻找出了两种材料间的最佳摩擦副。结果表明：钩爪材料Stellite 6合金铸件与销轴材料HS25合金相匹配,且HS25合金比Stellite 6合金更适宜作为转动件;钩爪材料Stellite 6合金铸件的硬度控制在40～42HRC较为合适。

CRDM钩爪不同工艺钴基合金堆焊层组织表征及性能研究

控制棒驱动机构(Control Rod Drive Mechanism,简称CRDM)钩爪部件形状复杂精密,是压水堆一回路的运动执行部件,其销轴孔与齿部钴基合金堆焊层组织与性能要求极高。通过激光熔敷、氧乙炔焊两种工艺试验,获得了满足设计要求的工艺参数。对两种工艺获得的钴基合金堆焊熔敷层进行组织表征与分析,比较两种工艺熔敷层的宏观与微观形貌差异,测试与对比分析熔敷层显微硬度,对熔敷层界面处的Co、Cr、Fe等元素进行了线扫描,通过Fe元素的分布分析两种不同熔敷层稀释率与硬度差异的关系。两种堆焊层均未观察到微裂纹、夹杂、气孔、未熔合等缺陷,激光熔敷钴基堆焊层晶粒最细,因细晶强化作用,其显微硬度也最高。

控制棒驱动机构钩爪及连杆自动氩弧堆焊关键技术及装置研发

以控制棒驱动机构钩爪和连杆的自动氩弧堆焊技术为主要对象,在对钩爪及连杆的功能和性能要求以及成型工艺分析的基础上,通过研制专用的自动氩弧堆焊装置及配套堆焊制造工艺,采用自动氩弧堆焊技术制造钩爪,样件通过1000万次的耐磨性能试验,验证了堆焊钩爪及连杆满足性能要求,从而确保控制棒驱动机构安全可靠运行。该研究开发了小孔、齿面弧形多层自动化堆焊工艺技术和适用于钩爪及连杆堆焊的专用自动化焊接装置,实现自动化堆焊,焊接质量稳定、效率高、经济性好。

控制棒驱动机构钩爪组件的静力学仿真及可靠性分析

控制棒驱动机构钩爪组件是核反应堆中重要的运动部件,其可靠性直接影响反应堆的正常运行。基于ANSYS workbench软件,对承载工况下的钩爪组件进行了静力学仿真,在仿真的基础上,赋予了输入变量的分散性,对钩爪的应力应变进行不确定性分析,并对其进行可靠性分析。分析计算结果显示,承载工况下的钩爪组件应力最大值出现在钩爪齿,3根销轴中钩爪轴所受应力最大;当前钩爪齿的强度可靠性较高,可以安全可靠的工作,后期需要重点关注钩爪齿的疲劳失效状态。

压水堆驱动机构钩爪激光与GTAW钴基合金堆焊层组织分析及性能表征

控制棒驱动机构( Control rod drive mechanism,CRDM)是压水堆反应堆本体中唯一的能动设备,是集结构力学、电磁学、流体力学、传热学、自动控制等于一体的设备。钩爪部件形状复杂、结构精密,是压水堆( PWR)一回路的运动执行部件,其销轴孔与齿部钴基合金堆焊层组织与性能要求极高。本工作通过氩弧焊( GTAW)、激光焊( LBW)两种工艺试验,获得了满足设计要求的工艺参数。对两种工艺获得的钴基合金堆焊熔敷层进行了组织表征与分析,比较了两种工艺熔敷层的宏观与微观形貌差异,对熔敷层显微硬度进行了测试与对比分析,对熔敷层界面处的Co、Cr、Fe 等元素进行了线扫描,通过Fe 元素的分布分析了两种不同熔敷层稀释率与硬度差异的关系。两种堆焊层均未观察到微裂纹、夹杂、气孔、未熔合等缺陷,激光熔敷钴基堆焊层晶粒最细,因细晶强化作用,其显微硬度也最高。

核电站控制棒驱动机构(CRDM)钩爪国产化研究

控制棒驱动机构(CRDM)是核电厂反应堆冷却剂系统压力边界的重要组成部分。其中钩爪作为CRDM的核心零件,在较长一段时间内因技术要求严苛、研发成本较高、制造困难等因素未能实现国产制造。试验基于我国华龙一号核电项目,通过对CRDM钩爪结构、原材料、焊接工艺的研究和改进,使用国产022Cr19Ni10N材料,并结合氧乙炔火焰焊的方法,在华龙一号堆型上成功研制出CRDM钩爪样件,为我国自主研发的三代核电站CRDM钩爪制造提供支撑。

三代核电控制棒驱动机构钩爪钴基堆焊工艺研究

对三代核电驱动机构钩爪钴基堆焊焊接工艺进行研究,从材料可焊性、氧乙炔焊接方法、焊接火焰类型、焊接喷嘴尺寸、焊前预热等方面研究钩爪钴基堆焊焊接工艺,对堆焊层进行化学成分、金相组织、表面硬度等分析。结果显示:钴基堆焊采用氧乙炔堆焊,不同喷嘴直径和预热温度对堆焊层化学成分、硬度、金相组织均有影响;堆焊层组织主要是树枝晶,喷嘴直径越大,树枝晶越多,形成二次枝晶的几率越大;增加预热温度,堆焊层晶粒变粗,晶粒内析出相增加。

基于SMA驱动的仿尺蠖钩爪式软体末端夹持器研究

为适应软体攀爬机器人操作任务及环境的多样性,受尺蠖钩爪启发,提出一种基于形状记忆合金(SMA)弹簧驱动的钩爪式软体末端夹持器。介绍了夹持器设计理念及制造过程,并通过实验验证了其突出的适应能力。实验结果表明:该夹持器能产生9.1N的夹持力,相当于其自身重力的10倍,能稳定附着于不同的物体表面,能保证软体攀爬机器人在不同姿态下的作业。

飞爬机器人被动式弹性钩爪建模分析

自界中能够实现在倒置或竖直表面爬行的生物,多用钩爪的抓附方式来通过不规则的粗糙表面。这种工作方式也被爬壁机器人领域所广泛应用,以提高机器人在竖直表面的停留和爬行能力。但是当爬壁机器人在竖直方向或者倾角较大斜面爬行时,机器人足端钩爪产生的切向分力较小,难以抵消重力,使爬壁机器人无法实现在竖直墙面稳定的抓附。本文结合钩爪的附着机理和附着方式,通过ABAQUS仿真钩爪在抓附时的受力。

控制棒驱动机构耐压壳钩爪段用马氏体不锈钢研究

本研究以设计规范为基础,参考国际相关制造经验,并结合工程实际,制定了控制棒驱动机构(CRDM)耐压壳钩爪段用X3CrNiMo13-4马氏体不锈钢的制造工艺和关键参数,成功制备出了满足设计要求的耐压壳用马氏体不锈钢。试验结果表明,材料的综合性能(如屈强比和磁性能)有所提升,相关指标达到国际领先水平。EPR CRDM耐压壳钩爪段用马氏体钢的成功研制为国内外核电项目建设提供有力的技术保障。

基于“雨流法”的控制棒驱动机构钩爪疲劳分析

应用ANSYS软件采用"雨流法"对控制棒驱动机构单齿钩爪进行疲劳分析。通过静态分析确定危险部位在钩爪齿根部,以加载和空载状态下的齿根部位的应力作为疲劳循环的应力对,运用雨流法,结合主流机型钩爪的试验次数进行疲劳分析,得出安全系数,确定钩爪设计的寿期步数满足疲劳要求。

钩爪组件小孔钴基合金堆焊技术研制

本文以核反应堆控制棒驱动系统中钩爪组件为研究对象,提出了一种建立在小孔钴基合金基础之上的堆焊技术,首先针对钩爪组件小孔钴基合金堆焊技术在研制过程中所涉及到的主要内容进行了详细分析,在此基础之上提出了整个堆焊技术在研制过程中所涉及到的技术创新点,旨在于为今后相关研究与实践工作的开展提供一定的参考与帮助。