核电站热交换器传热管外部检测机器人的研制

doi:10.3969/j.issn.1000-565X.2011.08.009

华南理工大学学报（自然科学版） ›› 2011, Vol. 39 ›› Issue (8): 48-53.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2011.08.009

核电站热交换器传热管外部检测机器人的研制

李旻¹章亚男²龚振邦²

1．华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州 510640; 2．上海大学机电工程与自动化学院，上海 200072

收稿日期:2011-03-01 修回日期:2011-04-10 出版日期:2011-08-25 发布日期:2011-07-06
通信作者: 李旻(1974-) ，男，博士，讲师，主要从事机器人与微机械技术研究． E-mail:limin@scut.edu.cn
作者简介:李旻(1974-) ，男，博士，讲师，主要从事机器人与微机械技术研究．
基金资助:
国家“863”计划项目( 2007AA041502-6) ; 国家自然科学基金重点项目( 69889501) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2011ZM0057)

Development of Robot for Inspecting Exterior of Tubes of Heat Exchangers in Nuclear Power Plants

Li Min¹Zhang Ya-nan²Gong Zhen-bang²

1. School of Mechanical and Automotive Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China; 2. School of Mechatronic Engineering and Automation,Shanghai University,Shanghai 200072,China

Received:2011-03-01 Revised:2011-04-10 Online:2011-08-25 Published:2011-07-06
Contact: 李旻(1974-) ，男，博士，讲师，主要从事机器人与微机械技术研究． E-mail:limin@scut.edu.cn
About author:李旻(1974-) ，男，博士，讲师，主要从事机器人与微机械技术研究．
Supported by:
国家“863”计划项目( 2007AA041502-6) ; 国家自然科学基金重点项目( 69889501) ; 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2011ZM0057)

摘要/Abstract

摘要： 针对核电站热交换器人工检修作业异常困难的现状，提出了利用机器人进行传热管外部自动化检测的方案．采用模块化设计方法设计了由纵向移动模块、旋转模块、定位模块、伸缩模块、小车模块、底座和3 个驱动器等部分组成的机器人本体．小车搭载微型摄像头，可在传热管束的横向间隙中移动，对相关区域进行视频检查．提出了3-CSR 并联机构形式，设计了形状记忆合金弹簧驱动的微型3-CSR 并联机构来调整摄像头位姿，研制了机器人的控制系统，采用模糊控制理论设计了纵向移动模块的升降速曲线，提出了一种灰色评价方法对检测结果进行评估．制作了机器人样机系统进行试验，结果表明，机器人性能满足设计要求，可提高检查质量与效率．

关键词: 管道机器人, 热交换器, 管道检测, 并联机构, 形状记忆合金, 灰色评价方法

Abstract:

As the maintenance of heat exchangers of nuclear power plants is extremely difficult to operate manually,this paper presents a scheme of using a robot to automatically inspect the exterior of heat transfer tubes. In the investigation,the robot is developed by a modular design approach and it mainly consists of a longitudinal mobile module,a rotary module,a locating module,an extending and retracting module,a micro vehicle module,a base,and three electrical motors. The micro vehicle carries a micro camera and can move in the transverse gap of tube bundles to perform video inspection on the target areas. Moreover,the form of 3-CSR parallel mechanism is proposed,and a micro 3-CSR parallel mechanism actuated by shape memory alloy ( SMA) coil springs is designed to adjust the micro camera pose. In addition,the control system is put forward,the acceleration and the deceleration curves of the longitudinal mobile module are designed based on fuzzy control theory,and a grey evaluation method is used to evaluate the inspection results. Experimental results from the prototyping system of the robot indicate that the robot can improve the quality and efficiency of inspection,thus meeting the design requirements.

Key words: pipeline robot, heat exchanger, pipeline inspection, parallel mechanism, shape memory alloy, grey evaluation method

中图分类号:

TP242.3

李旻章亚男龚振邦. 核电站热交换器传热管外部检测机器人的研制[J]. 华南理工大学学报（自然科学版）, 2011, 39(8): 48-53.

Li Min Zhang Ya-nan Gong Zhen-bang. Development of Robot for Inspecting Exterior of Tubes of Heat Exchangers in Nuclear Power Plants[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2011, 39(8): 48-53.

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核电站热交换器传热管外部检测机器人的研制

Development of Robot for Inspecting Exterior of Tubes of Heat Exchangers in Nuclear Power Plants

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