基于RGV 的反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查機(jī)器人系統(tǒng)*

國(guó)核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)公司 趙琛 周路生 陶今 梁國(guó)健 李一蘭

核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋由于其貫穿件數(shù)量多，環(huán)境劑量率高，在役檢查均采用自動(dòng)化裝置進(jìn)行。本文以現(xiàn)場(chǎng)工作經(jīng)驗(yàn)反饋和現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行參考，研究設(shè)計(jì)了一套基于RGV 運(yùn)載平臺(tái)的反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)由RGV 控制器、RGV 運(yùn)載平臺(tái)、掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊和PC 等組成，運(yùn)用直軌和環(huán)軌進(jìn)行定位、行走，采用Dijkstra 算法進(jìn)行軌跡規(guī)劃，通過(guò)雙目視覺(jué)原理進(jìn)行頂蓋貫穿件的管口自動(dòng)對(duì)中，并根據(jù)頂蓋無(wú)損檢測(cè)方法開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制軟件，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的遠(yuǎn)程操控。

核電站反壓力容器頂蓋由于工況特殊性，對(duì)其進(jìn)行在役檢查時(shí)，無(wú)法進(jìn)入頂蓋下方進(jìn)行手動(dòng)操作，同時(shí)處于無(wú)損檢測(cè)穩(wěn)定性和重復(fù)性的需求，一般采用自動(dòng)化設(shè)備來(lái)開(kāi)展反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查工作[1-3]。本文介紹了一種針對(duì)此類應(yīng)用場(chǎng)合設(shè)計(jì)的反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查機(jī)器人系統(tǒng)，通過(guò)人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI）可遠(yuǎn)程控制機(jī)器人，采用與末端攜帶的各類掃查器相互配合，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自主定位定向、路徑規(guī)劃、管口對(duì)中和頂蓋貫穿件的自動(dòng)掃查[4,5]。

1 頂蓋機(jī)器人系統(tǒng)總體方案

1.1 設(shè)計(jì)背景

國(guó)際上針對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的檢查工作沒(méi)有具體、行之有效的方法，也未制定統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，常見(jiàn)的反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查方式是采用具有抗核輻射能力的多軸機(jī)械手搭載各類掃查器來(lái)完成[6]?，F(xiàn)有頂蓋檢查項(xiàng)目中，一般選用五自由度機(jī)械手搭載各類超聲/渦流掃查器的方式進(jìn)行，機(jī)械手完成檢查任務(wù)時(shí)需要攜帶大量的控制設(shè)備導(dǎo)致運(yùn)輸不便、維護(hù)麻煩，其軟件控制系統(tǒng)集成于UNIX 操作系統(tǒng)中，無(wú)法脫離西屋服務(wù)器單獨(dú)應(yīng)用，系統(tǒng)的靈活性和適應(yīng)性較差，功能受限，特別是部分零部件已經(jīng)停產(chǎn)[7]，這對(duì)控制系統(tǒng)設(shè)備維修造成很大障礙，且其使用成本高，控制復(fù)雜，管口對(duì)中速度慢，存在機(jī)械手掉電時(shí)末端的掃查器受重力而翻轉(zhuǎn)刮傷頂蓋內(nèi)壁的風(fēng)險(xiǎn)。

同時(shí)，市面上出現(xiàn)的基于AGV 平臺(tái)的頂蓋檢查機(jī)器人，雖然性價(jià)比較高、組裝運(yùn)輸方便、控制管口對(duì)中時(shí)間相對(duì)縮短、操作簡(jiǎn)單，但由于AGV 激光雷達(dá)定位精度的不足和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響（如地面不平、紅色塑料布遇水后濕滑），故在AGV 進(jìn)行管口自動(dòng)對(duì)中后，需通過(guò)攝像頭來(lái)進(jìn)一步對(duì)中，特別是在遇到水平偏差較大的情況下，對(duì)中時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)[8,9]。同時(shí)，由于基于AGV 平臺(tái)的頂蓋檢查機(jī)器人采用的有線連接，在掃查過(guò)程中需要人工長(zhǎng)桿挑線的方式來(lái)調(diào)整連接線纜的位置，防止出現(xiàn)繞線和妨礙AGV 跨象限運(yùn)動(dòng)行徑的現(xiàn)象。此外，在AGV 將掃查器送出生物屏蔽圈人孔門(mén)進(jìn)行更換的過(guò)程中，由于AGV 不是定軌運(yùn)動(dòng)，所以每次進(jìn)出位置固定，需不斷調(diào)整AGV 的位置，防止機(jī)器人與生物屏蔽圈相撞，考慮到攝像機(jī)視頻監(jiān)控圖像的畸變和視野差，往往需要現(xiàn)場(chǎng)人員來(lái)指揮運(yùn)動(dòng)，這不免增加了工作人員的輻射劑量。

隨著核電站數(shù)量的增加，核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的檢查工作也越來(lái)越頻繁，為全面實(shí)現(xiàn)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化，需要在后續(xù)反應(yīng)堆壓力容器頂蓋役前和在役檢測(cè)項(xiàng)目中，有足夠的操作簡(jiǎn)單、組裝運(yùn)輸方便、性價(jià)比高的自動(dòng)化檢查設(shè)備來(lái)開(kāi)展工作。

1.2 總體方案

頂蓋檢查機(jī)器人實(shí)施檢查工作時(shí)，機(jī)器人布置于反應(yīng)堆壓力容器頂蓋下面的生物屏蔽圈內(nèi)，通過(guò)生物屏蔽圈人孔門(mén)將控制線纜與控制區(qū)域的機(jī)器人系統(tǒng)控制器相連，建立網(wǎng)絡(luò)連接后實(shí)現(xiàn)PC 遠(yuǎn)程控制，總體方案如圖1 所示。

圖1 機(jī)器人整體系統(tǒng)總體方案Fig.1 Overall plan of the robot system

本控制系統(tǒng)主要由檢查機(jī)器人本體、直軌/環(huán)軌、監(jiān)控顯示單元和控制平臺(tái)等組成，檢查機(jī)器人與系統(tǒng)控制器之間以Modbus TCP 通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊[10]。檢查機(jī)器人本體由RGV（Rail Guided Vehicle，有軌制導(dǎo)小輛）運(yùn)載平臺(tái)、掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊和掃查器組成，其中掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊裝載于RGV 運(yùn)載平臺(tái)上方，掃查器安裝于掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊的掃查器支撐臺(tái)上，通過(guò)燕尾槽卡扣方式快速拆裝，其種類包括7160、7170 等掃查器類型，掃查器的上下移動(dòng)采用Z 軸升降控制模塊來(lái)控制。

頂蓋檢查機(jī)器人在生物屏蔽圈內(nèi)分布示意圖如圖2所示。由于頂蓋在役檢查時(shí)扣于生物屏蔽圈上，其0°角和中心位置是固定的，所以CRDM 管和Quickloc 管相對(duì)生物屏蔽圈的地面映射位置也是固定的，在確定頂蓋0°角和中心位置后，即可構(gòu)建相應(yīng)的平面電子地圖。當(dāng)需要將RGV 移動(dòng)至某一指定管口時(shí)，只需通過(guò)主控計(jì)算機(jī)鍵入相應(yīng)的管號(hào)，后臺(tái)算出當(dāng)前位置與指定管口的最短距離后，便可給環(huán)型驅(qū)動(dòng)模塊和直軌驅(qū)動(dòng)模塊運(yùn)動(dòng)指令，通過(guò)直軌在環(huán)軌上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和RGV 在直軌上的直線移動(dòng)快速到達(dá)指定管口下方。

圖2 頂蓋檢查機(jī)器人檢查示意圖Fig.2 Schematic diagram of top cover inspection robot inspection

理論上安裝在軌道上的RGV 處于水平狀態(tài)，若在頂蓋檢測(cè)過(guò)程中需要對(duì)掃查器進(jìn)行水平微調(diào)，可通過(guò)繞X軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊和繞Y 軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于生物屏蔽圈人孔門(mén)的位置是固定的，每次進(jìn)行掃查器更換時(shí)，只需將支撐RGV 的直軌旋轉(zhuǎn)至指定角度，便可在不用現(xiàn)場(chǎng)工作人員的指引下，快速將掃查器移動(dòng)至生物屏蔽圈小門(mén)進(jìn)出口位置進(jìn)行拆裝。

2 頂蓋檢查機(jī)器人系統(tǒng)搭建

2.1 掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊

掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊由掃查器支撐臺(tái)、繞Y 軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊、X 軸驅(qū)動(dòng)控制模塊和Z 軸升降控制模塊組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示。圖3 中RGV 運(yùn)載平臺(tái)以其中心為原點(diǎn)，以垂直于車頭（車尾）平面為X 軸，以平行于車頭（車尾）平面為X 軸建立的全局坐標(biāo)系oxy，掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊在RGV 運(yùn)載平臺(tái)上的安裝保持中心和坐標(biāo)系oxy，且安裝后的掃查器探頭中心與RGV 運(yùn)載平臺(tái)中心一致。繞X 軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊可進(jìn)行-15°～195°的旋轉(zhuǎn)，繞Y 軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊通過(guò)RGV 升降絲杠的高低調(diào)節(jié)，可帶來(lái)RGV 繞Y 軸±15°的角度調(diào)節(jié)，兩者相結(jié)合即可調(diào)節(jié)掃查器的水平狀態(tài)。在檢查機(jī)器人完成走管等定位動(dòng)作后，若需要進(jìn)行位置微調(diào)，則采用X 軸驅(qū)動(dòng)控制模塊和Y 軸方向的直軌驅(qū)動(dòng)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖3 檢查機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of inspection robot structure

2.2 RGV 運(yùn)載平臺(tái)軌道

RGV 運(yùn)載平臺(tái)軌道由環(huán)形軌道和跨越環(huán)軌直徑的直線軌道組成。直軌的旋轉(zhuǎn)通過(guò)環(huán)形導(dǎo)軌驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)完成，RGV 運(yùn)載平臺(tái)在直軌上的移動(dòng)由直軌驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)完成，其中在直軌的中間和環(huán)軌在生物屏蔽圈中的0°位置設(shè)置有位置傳感器，用于RGV 在生物屏蔽圈內(nèi)的位置標(biāo)定。在頂蓋吊裝作業(yè)前，將環(huán)型軌道和直線軌道安裝于生物屏蔽圈中，為讓RGV 運(yùn)載平臺(tái)處于與生物屏蔽圈同心圓的位置和水平狀態(tài)，環(huán)軌安裝時(shí)通過(guò)定位螺栓和環(huán)軌支撐柱的高度調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3 RGV 運(yùn)載平臺(tái)

RGV 運(yùn)載平臺(tái)采用四輪支撐、二輪驅(qū)動(dòng)模式，驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)RGV 運(yùn)載平臺(tái)在直線導(dǎo)軌上的移動(dòng)，RGV 運(yùn)載平臺(tái)輔助輪支撐桿具有繞Y 軸絲杠自動(dòng)升降功能，用于配合掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊的繞X 軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行掃查器水平狀態(tài)調(diào)節(jié)，如圖4 所示。

圖4 RGV 運(yùn)載平臺(tái)繞Y 軸水平調(diào)節(jié)示意圖Fig.4 Schematic diagram of RGV carrier platform horizontal adjustment around the Y-axis

RGV 運(yùn)載平臺(tái)、掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊、環(huán)軌驅(qū)動(dòng)控制模塊和掃查器的線路、水管、氣管引出后，從直軌和環(huán)軌的下方鋪設(shè)，這樣在頂蓋檢查機(jī)器人移動(dòng)作業(yè)時(shí)，不用擔(dān)心地面繞線、漏水、打滑等問(wèn)題。

3 機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 RGV 運(yùn)載平臺(tái)運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃

3.1.1 Dijkstra 算法原理

Dijkstra 算法是解決最短路徑問(wèn)題的經(jīng)典算法之一，以遍歷的形式找到圖中所有節(jié)點(diǎn)的最短路徑，從而確立目標(biāo)點(diǎn)的最短路徑[10,11]。RGV 運(yùn)動(dòng)路徑的搜索與規(guī)劃必須先采集其結(jié)構(gòu)化靜態(tài)環(huán)境信息后進(jìn)行建模，然后在建立的地圖模型上進(jìn)行路徑規(guī)劃，柵格地圖結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間數(shù)據(jù)的重疊和組合容易，易于實(shí)現(xiàn)算法功能[12-14]?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)采用蛛網(wǎng)狀柵格地圖進(jìn)行建模，柵格信息與RGV 的工作環(huán)境相對(duì)應(yīng)，地圖中的主節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)其運(yùn)行過(guò)程中的不同頂蓋貫穿件管口中心位置。采用柵格地圖建立模型，可以最大限度減少不必要的地圖信息，提高計(jì)算機(jī)對(duì)路徑規(guī)劃的處理速度與能力，便于創(chuàng)建與維護(hù)。

3.1.2 基于Dijkstra 算法的RGV 路徑規(guī)劃

在基于Dijkstra 算法的RGV 路徑規(guī)劃中，蛛網(wǎng)狀柵格地圖以生物屏蔽圈圓心位置為中點(diǎn)，以生物屏蔽圈0°角位置為直軌的0°角，節(jié)點(diǎn)的位置用極坐標(biāo)n（ρ，θ）來(lái)表示，其中ρ代表該節(jié)點(diǎn)與生物屏蔽圈圓心位置的距離，θ代表該節(jié)點(diǎn)相對(duì)0°射線的夾角，選擇估算函數(shù)F(n)作為當(dāng)前節(jié)點(diǎn)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的最短路徑[15]。

估計(jì)函數(shù)F(n)表示如式（1）所示：

式（1）中：L(n)為RGV 從初始節(jié)點(diǎn)n1 到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)n2 的移動(dòng)直軌路徑；G(n)為直軌從初始節(jié)點(diǎn)n1 到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)n2 的移動(dòng)環(huán)軌路徑。

由于RGV 在直軌上的移動(dòng)有前后兩個(gè)方向，直軌在環(huán)軌上的移動(dòng)有逆時(shí)針、順時(shí)針兩個(gè)方向，故L(n)和G(n)均存在兩種解，即：L(n)=ρ1+ρ2或L(n)=|ρ1-ρ2|，或其中r為環(huán)軌半徑。若初始節(jié)點(diǎn)n1 到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)n2 的路徑處于運(yùn)動(dòng)奇異點(diǎn)上（初始節(jié)點(diǎn)n1位于環(huán)軌圓心，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)n2與直軌呈90°），則以環(huán)軌逆時(shí)針運(yùn)行優(yōu)先計(jì)算，即

基于Dijkstra 算法的RGV 路徑規(guī)劃如圖5 所示。Dijkstra 算法在路徑搜索的過(guò)程中把初始節(jié)點(diǎn)n1 加入open-list，通過(guò)式（1）分別計(jì)算到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的估計(jì)值F，當(dāng)選定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)（及管號(hào)、掃查器拆裝固定位置）后，便從當(dāng)前的open-list 選取最小的F 值作為最優(yōu)路徑，并加入close-list。如果發(fā)生暫停，則以當(dāng)前節(jié)點(diǎn)為初始節(jié)點(diǎn)；如果選定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)后修改目標(biāo)節(jié)點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)過(guò)程中修改目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，則更新parent 節(jié)點(diǎn)的同時(shí)，更新目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，并接著遍歷初始節(jié)點(diǎn)n1 到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)n2 的最短距離，直到找到最優(yōu)規(guī)劃路徑并確認(rèn)。

如果選擇多CRDM 管連續(xù)檢查，系統(tǒng)將遍歷選中的所有檢查節(jié)點(diǎn)，并規(guī)劃出最優(yōu)路徑。頂蓋檢查過(guò)程中只需發(fā)出連續(xù)走管的指令確認(rèn)，即可自動(dòng)按規(guī)劃路徑進(jìn)行連續(xù)走管，無(wú)需再次輸入管號(hào)。

3.2 機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制策略

整個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制流程圖如圖6 所示，啟動(dòng)電源后，機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行初始化處理并自檢，自檢內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)、識(shí)別已經(jīng)建圖完畢的電子地圖、RGV 運(yùn)載平臺(tái)在生物屏蔽圈內(nèi)的極坐標(biāo)位置、掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊位姿等。若機(jī)器人控制系統(tǒng)自檢通過(guò)，機(jī)器人則可根據(jù)運(yùn)動(dòng)指令啟動(dòng)檢查機(jī)器人和直軌運(yùn)動(dòng)。若存在設(shè)備過(guò)電壓過(guò)電流、電池欠壓、急停按下、上位機(jī)通訊異常、定位失敗、姿態(tài)偏離、電量低等異常，則機(jī)器人RGV 運(yùn)載平臺(tái)報(bào)警燈進(jìn)行蜂鳴燈閃報(bào)警，同時(shí)上位機(jī)控制界面提示相應(yīng)報(bào)警信號(hào)，此時(shí)運(yùn)動(dòng)中的機(jī)器人將停止或減速（鄰近障礙物時(shí)）；當(dāng)目標(biāo)位置選定后，機(jī)器人系統(tǒng)將通過(guò)Dijkstra 算法規(guī)劃的路徑完成RGV 沿直軌前（或后）運(yùn)動(dòng)、直軌在環(huán)軌上進(jìn)行順時(shí)針（或逆時(shí)針）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直至到達(dá)目標(biāo)位置。

3.3 管口自動(dòng)對(duì)中策略

由于掃查器超聲探頭與控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Control Rod Drive Mechanism, CRDM)的內(nèi)徑間隙只有1mm，與堆內(nèi)核測(cè)儀表接管（QUICKLOC）的內(nèi)徑間隙甚至更小，為避免出現(xiàn)掃查器刮傷管口內(nèi)壁、掃查信號(hào)不佳的問(wèn)題，則當(dāng)頂蓋掃查機(jī)器人的RGV 運(yùn)載平臺(tái)根據(jù)規(guī)劃路徑到達(dá)指定管口下方后，進(jìn)行管口二次定位。頂蓋檢查機(jī)器人存在兩個(gè)坐標(biāo)系，一個(gè)是RGV 在生物屏蔽圈的極坐標(biāo)系；另一個(gè)是掃查器相對(duì)于RGV 的直角坐標(biāo)系。在調(diào)整好掃查器水平狀態(tài)后，上升掃查器至管口下邊沿附近，以RGV 中心為原點(diǎn)，在掃查器X、Y 方向安裝的兩個(gè)攝像頭實(shí)時(shí)獲取被測(cè)管口圖像，管口圖像壓縮變換后利用上位機(jī)對(duì)原始圖像進(jìn)行圖像增強(qiáng)、去噪、邊緣分割等分析處理來(lái)消除干擾、淡化圖像中的非目標(biāo)信息和增強(qiáng)目標(biāo)特征信息，以此獲取掃查器探頭與管口中心偏差數(shù)據(jù)（測(cè)量相對(duì)單位：px），再將偏差數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制器可以執(zhí)行的控制指令，通過(guò)控制RGV 的X 軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和RGV 在直軌上（即Y 軸）的前后移動(dòng)，讓掃查器探頭處于管口正中間，其管口自動(dòng)對(duì)中策略如圖7 所示。

圖7 CRDM 管口自動(dòng)對(duì)中策略框圖Fig.7 CRDM nozzle automatic alignment strategy diagram

3.4 上位機(jī)控制軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)控制軟件采用Visual C++及其類庫(kù)MFC 來(lái)開(kāi)發(fā)，通過(guò)軟件部署，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和機(jī)器人控制器之間的Modbus/TCP 協(xié)議交互，實(shí)現(xiàn)向機(jī)器人控制器發(fā)送控制指令以及獲取機(jī)器人、掃查器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的目的[15]。

上位機(jī)控制軟件啟動(dòng)后選擇所檢查的核電站堆型，進(jìn)行地圖選擇后，即進(jìn)入相應(yīng)的主控界面。如圖8 所示為選擇AP1000 堆型后所顯示的頂蓋檢查機(jī)器人控制系統(tǒng)HMI 界面。通過(guò)主控界面可以進(jìn)行掃查設(shè)置、回零、復(fù)位、急停、管口對(duì)中和RGV 運(yùn)載云臺(tái)與掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊各控制軸手動(dòng)/自動(dòng)運(yùn)行等操作，并實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)提醒滾動(dòng)詞條、掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊各控制軸的位置、速度及負(fù)載和機(jī)器人RGV 運(yùn)載平臺(tái)位置，且在監(jiān)測(cè)狀態(tài)顯示區(qū)可呈現(xiàn)掃查狀態(tài)平面模型、管口自動(dòng)對(duì)中參數(shù)和掃查器水平調(diào)節(jié)參數(shù)。

圖8 機(jī)器人控制系統(tǒng)的HMI 界面Fig.8 HMI interface of robot control system

4 可行性分析

基于AGV 的反應(yīng)堆壓力容器頂蓋檢查機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了青浦AP1000 頂蓋模擬體的試驗(yàn)測(cè)試、“國(guó)和一號(hào)”CAP1400 頂蓋出廠檢查和HY201/202 AP1000 頂蓋在役檢查，通過(guò)幾次現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)結(jié)果可以看出該機(jī)器人系統(tǒng)操作順暢靈敏，運(yùn)行平穩(wěn)，可以滿足CRDM 管J 焊縫和對(duì)接焊縫的掃查，但對(duì)Quickloc 管的掃查由于管口斜面，掃查器探頭較大，且AGV 需貼近生物屏蔽圈的邊緣，在役檢查有一定難度。

基于RGV 的有軌頂蓋檢查機(jī)器人與現(xiàn)有基于AGV頂蓋檢查機(jī)器人的控制模式相當(dāng)，但相比之下有很大的改進(jìn)與提升：（1）機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕以及模塊化組裝設(shè)計(jì)等優(yōu)勢(shì)，可在大修期間無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間等待島內(nèi)航吊進(jìn)行吊裝，通過(guò)人工即可進(jìn)行設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)；（2）環(huán)軌在安裝時(shí)已進(jìn)行水平和與生物屏蔽圈同心圓調(diào)整，理論上RGV 運(yùn)行期間均保持水平狀態(tài)，節(jié)省了大量水平調(diào)節(jié)時(shí)間，即便是需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)掃查器水平，通過(guò)RGV 上的繞Y 軸旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)模塊和掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊上的繞X 軸驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)模塊即可完成；（3）地圖搭建簡(jiǎn)單，無(wú)需在反光柱的輔助下進(jìn)行電子地圖搭建，而且在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中也無(wú)需采用激光導(dǎo)航雷達(dá)實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)器人當(dāng)前位置，通過(guò)直軌和環(huán)軌上的位置傳感器、RGV 的X 軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)編碼器以及直軌驅(qū)動(dòng)電機(jī)編碼器的反饋即可精確讀取RGV 當(dāng)前的位置，且運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不受地面平整度、紅色塑料布打滑、水漬等環(huán)境因素影響，定位重復(fù)度和定位精度都相對(duì)較高；（4）原有AGV 由于存在繞線風(fēng)險(xiǎn)，管口定位時(shí)只能選擇在車尾對(duì)準(zhǔn)生物屏蔽圈圓心的姿態(tài)，基于RGV 的頂蓋檢查機(jī)器人線纜全部從軌道下方布置，不存在繞線風(fēng)險(xiǎn)，且由于RGV 具有明確軌道，不會(huì)出現(xiàn)像AGV 那樣碰撞地面攝像頭和生物屏蔽圈內(nèi)壁的問(wèn)題；（5）在掃查器二次標(biāo)定或更換操作時(shí)，由于攝像頭的圖像不足以多方位觀察掃查器進(jìn)出生物屏蔽圈人孔門(mén)的過(guò)程，為避免撞壁風(fēng)險(xiǎn)，原AGV 需在機(jī)械人員的輔助下進(jìn)行操作，而RGV 由于軌道的存在，只要知曉人孔門(mén)的角度，每次操作只需一鍵即可到位，節(jié)省了大量時(shí)間的同時(shí)，減少了紅區(qū)操作人員的輻射劑量；（6）由于頂蓋在役檢查過(guò)程中生物屏蔽圈內(nèi)部劑量率較高，以往需要佩戴專用測(cè)量設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而基于RGV 頂蓋檢查機(jī)器人具備的輻射探測(cè)模塊可讓附近操作人員在人機(jī)界面上便可清楚內(nèi)部輻射劑量率；（7）控制界面更加便捷，簡(jiǎn)單，且功能明確。

5 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)的機(jī)器人系統(tǒng)以RGV 運(yùn)載平臺(tái)為控制核心，以Modbus/TCP 協(xié)議作為通信媒介實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制，配合軌道組件，實(shí)時(shí)獲取機(jī)器人的姿態(tài)、坐標(biāo)位置，采用Dijkstra 算法的路徑規(guī)劃策略提高了機(jī)器人的走管效率和控制便利性，通過(guò)搭載掃查器驅(qū)動(dòng)控制模塊和豐富的交互式HMI 精確控制掃查器運(yùn)動(dòng)，安全高效地對(duì)核反應(yīng)堆壓力容器頂蓋的自動(dòng)化檢查，該機(jī)器人系統(tǒng)可兼容AP1000、CAP1400 及CPR 等堆型，并保證在AP1000 及CAP1400 堆的運(yùn)行中，最外圍QUICKLOC孔的可達(dá)性和掃查的安全性。