遙控維護(hù)設(shè)備在輻射環(huán)境下除銹噴漆的應(yīng)用

湯泓 賈學(xué)軍 吳音華

摘要：在復(fù)雜的深井輻射環(huán)境中設(shè)備出現(xiàn)掉漆，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的金屬表面暴露于空氣之中，此時(shí)需要工作人員及時(shí)對(duì)其處理，防止設(shè)備進(jìn)一步被損壞而導(dǎo)致不可估量的后果。但在輻射環(huán)境下，工作人員不適合到達(dá)輻射工作室內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行除銹噴漆處理。因此，提出采用機(jī)器人代替工作人員進(jìn)入輻射環(huán)境內(nèi)對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行除銹噴漆處理的方法，結(jié)合運(yùn)輸小車(chē)、五軸機(jī)械手、除銹噴漆以及控制系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：遙控;運(yùn)輸小車(chē);輻射環(huán)境;除銹噴漆

中圖分類(lèi)號(hào)：TD406

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI： 10.15913/j.cnki.kjycx.2019.09.062

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)核能的利用也日趨多元。但是核輻射給人類(lèi)生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)的危害也越來(lái)越大[1]。在工作室內(nèi)運(yùn)行的過(guò)程中，設(shè)備在復(fù)雜惡劣的輻射環(huán)境下，設(shè)備表面因高溫等因素而掉漆。當(dāng)發(fā)現(xiàn)掉漆后，應(yīng)及時(shí)對(duì)設(shè)備維修。但工作人員進(jìn)入輻射環(huán)境的工作室作業(yè)存在安全隱患，因此，采用遙控機(jī)器人的作業(yè)方式可以使工作人員遠(yuǎn)離輻射環(huán)境下，完成對(duì)故障設(shè)備的除銹噴漆。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出通過(guò)作業(yè)過(guò)程中工作人員根據(jù)返回視頻畫(huà)面信息，遙控機(jī)器人代替工作人員進(jìn)入輻射環(huán)境的工作室現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的方法，再利用運(yùn)輸小車(chē)與五軸機(jī)械手配合完成除銹噴漆的工作任務(wù)。

1 運(yùn)輸小車(chē)

根據(jù)輻射環(huán)境下的各項(xiàng)問(wèn)題及要求，本文設(shè)計(jì)了一款解決輻射環(huán)境下除銹噴漆的機(jī)器人，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。運(yùn)輸小車(chē)作為機(jī)器人的移動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在輻射環(huán)境下自如行走，到達(dá)工作人員指定的位置。運(yùn)輸小車(chē)采用了麥克納姆輪作為驅(qū)動(dòng)輪，伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式，帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式。麥克納姆輪作為驅(qū)動(dòng)輪與橡膠輪相比，麥克納姆輪驅(qū)動(dòng)方式更靈活、微調(diào)能力強(qiáng)、運(yùn)行占地空間少、精度高、安全性能強(qiáng)，但耐用性低、價(jià)格高;而橡膠輪彈性大、耐用性強(qiáng)、價(jià)格低，但驅(qū)動(dòng)方式單一、易老化、精度低?？紤]到工作室運(yùn)行空間小，所以采用麥克納姆輪作為驅(qū)動(dòng)輪。伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式與步進(jìn)電機(jī)相比，伺服電機(jī)閉環(huán)控制精度高、慣量小、力矩大，但負(fù)載不能超載;步進(jìn)電機(jī)則控制簡(jiǎn)單、成本低，但開(kāi)環(huán)控制精度差、力矩小?？紤]到機(jī)械手的重量較大，但工作并無(wú)增加負(fù)載的情況，同時(shí)工作任務(wù)對(duì)精度要求高，所以，選擇伺服電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)方式。帶傳動(dòng)作為傳動(dòng)方式，相比鏈傳動(dòng)有緩和的載荷沖擊，傳動(dòng)更平穩(wěn)、制造費(fèi)用低;而相比聯(lián)軸器，有更靈活的安裝空間和更高的傳動(dòng)比，能夠得到更大的力矩，得以使用足夠的牽引力驅(qū)動(dòng)運(yùn)輸小車(chē)。

2 五軸機(jī)械手

當(dāng)機(jī)器人達(dá)到目標(biāo)位置，需要一個(gè)能夠代替工作人員完成除銹噴漆的機(jī)構(gòu)。該功能采用五軸機(jī)械手及運(yùn)輸小車(chē)共同完成，利用五軸機(jī)械手五個(gè)方向的自由度與運(yùn)輸小車(chē)?yán)@Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度，合成了六自由度機(jī)械手，而六自由度機(jī)械手結(jié)構(gòu)剛度高，位姿調(diào)整靈巧[2]，能夠完成幾乎任何軌跡或角度的工作，提高工作效率，操作非常簡(jiǎn)便，代替工作人員在輻射環(huán)境下有害身體健康的復(fù)雜工作。第一關(guān)節(jié)對(duì)四個(gè)與麥克納姆輪連接的電機(jī)獨(dú)立控制，利用麥克納姆輪的特性，將四個(gè)麥克納姆輪合成的向量繞Z軸旋轉(zhuǎn)。第二、三關(guān)節(jié)則采用伺服電機(jī)+RV減速器驅(qū)動(dòng)，獲取更大的力矩，足以驅(qū)動(dòng)其他關(guān)節(jié)。第四、五關(guān)節(jié)則采用伺服電機(jī)+皮帶驅(qū)動(dòng)，獲取更緊湊的體積，以便更好地規(guī)劃工作軌跡。第六關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)+諧波減速器驅(qū)動(dòng)，在最小的體積內(nèi)獲取最大的力矩。運(yùn)輸小車(chē)與五個(gè)關(guān)節(jié)之間協(xié)作配合完成除銹噴漆的工作。

3 除銹裝置及噴漆裝置

工作人員遙控機(jī)器人先對(duì)故障設(shè)備掉漆區(qū)域進(jìn)行除銹處理，再進(jìn)行噴漆處理。除銹裝置安裝于五軸機(jī)械手第五關(guān)節(jié)即末端關(guān)節(jié)的安裝板上，與五軸機(jī)械手及運(yùn)輸小車(chē)連接。常規(guī)的除銹方式有高壓水射除銹、酸洗除銹、拋丸除銹、超聲波除銹。其中，高壓水射除銹便捷，但剩余水分容易導(dǎo)致設(shè)備再次生銹。酸洗除銹使用化學(xué)溶液去除銹跡，但剩余的溶液給工作室造成污染。拋丸除銹只能在室內(nèi)完成，但除銹不完全，而且對(duì)環(huán)境存在污染以及會(huì)損傷零部件表面。超聲波除銹只能在特定的條件下使用，不適合在輻射環(huán)境下的工作室。激光除銹能夠達(dá)到機(jī)保車(chē)車(chē)體涂裝清潔度標(biāo)準(zhǔn)，并能滿足表面粗糙度的要求，為激光除銹在目標(biāo)部件表面清洗中的應(yīng)用提供了有效的工藝參數(shù)確定方法[3]。激光除銹不但對(duì)零部件的平整表面進(jìn)行有效除銹，而且不產(chǎn)生污染殘留物，非常適合在輻射工作室下除銹。因此，除銹裝置采用激光除銹的方法。噴漆裝置安裝于五軸機(jī)械手第五關(guān)節(jié)即末端關(guān)節(jié)的另一安裝板上，與五軸機(jī)械手及運(yùn)輸小車(chē)連接。噴漆裝置采用噴涂槍的方式噴漆，噴涂槍具有速度快，涂膜光滑均勻，噴涂后部件表面平整的優(yōu)點(diǎn)。噴漆槍就是噴油漆的一種工具，通過(guò)壓縮空氣使涂料霧化成細(xì)小漆滴，在壓縮空氣帶動(dòng)下噴涂到設(shè)備表面，以使設(shè)備防銹、耐磨性能的提升。

4 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)采用有線通訊的方式，能夠保證通訊質(zhì)量，縮短指令的延時(shí)。同時(shí)采用伸縮卷管器收縮通訊線纜，防止線纜阻礙機(jī)器人前行?？刂屏鞒倘鐖D2所示，攝像儀器將收集的現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面信息實(shí)時(shí)反饋至地面工作站，工作人員根據(jù)畫(huà)面信息對(duì)輸送小車(chē)發(fā)送命令，機(jī)器人行駛到目標(biāo)位置。工作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)機(jī)器人的控制器發(fā)送指令，使其完成除銹噴漆的工作。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)遙控維護(hù)設(shè)備在輻射環(huán)境下除銹噴漆的應(yīng)用進(jìn)行研究，運(yùn)用運(yùn)輸小車(chē)作為行走平臺(tái)，加以五軸機(jī)械手完成除銹噴漆動(dòng)作，運(yùn)用激光除銹與噴涂槍噴漆以及控制系統(tǒng)完成設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

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