遥控维护设备在辐射环境下除锈喷漆的应用

　　摘要：在复杂的深井辐射环境中设备出现掉漆，会导致设备的金属表面暴露于空气之中，此时需要工作人员及时对其处理，防止设备进一步被损坏而导致不可估量的后果。但在辐射环境下，工作人员不适合到达辐射工作室内对设备进行除锈喷漆处理。因此，提出采用机器人代替工作人员进入辐射环境内对故障设备进行除锈喷漆处理的方法，结合运输小车、五轴机械手、除锈喷漆以及控制系统完成设计。

　　关键词：遥控;运输小车;辐射环境;除锈喷漆

　　随着科学技术的发展，人们对核能的利用也日趋多元。但是核辐射给人类生命财产带来的危害也越来越大[1]。在工作室内运行的过程中，设备在复杂恶劣的辐射环境下，设备表面因高温等因素而掉漆。当发现掉漆后，应及时对设备维修。但工作人员进入辐射环境的工作室作业存在安全隐患，因此，采用遥控机器人的作业方式可以使工作人员远离辐射环境下，完成对故障设备的除锈喷漆。针对上述问题，本文提出通过作业过程中工作人员根据返回视频画面信息，遥控机器人代替工作人员进入辐射环境的工作室现场作业的方法，再利用运输小车与五轴机械手配合完成除锈喷漆的工作任务。

　　1 运输小车

　　根据辐射环境下的各项问题及要求，本文设计了一款解决辐射环境下除锈喷漆的机器人，结构示意图如图1所示。运输小车作為机器人的移动方式，实现机器人在辐射环境下自如行走，到达工作人员指定的位置。运输小车采用了麦克纳姆轮作为驱动轮，伺服电机作为驱动方式，带传动作为传动方式。麦克纳姆轮作为驱动轮与橡胶轮相比，麦克纳姆轮驱动方式更灵活、微调能力强、运行占地空间少、精度高、安全性能强，但耐用性低、价格高;而橡胶轮弹性大、耐用性强、价格低，但驱动方式单一、易老化、精度低。考虑到工作室运行空间小，所以采用麦克纳姆轮作为驱动轮。伺服电机作为驱动方式与步进电机相比，伺服电机闭环控制精度高、惯量小、力矩大，但负载不能超载;步进电机则控制简单、成本低，但开环控制精度差、力矩小。考虑到机械手的重量较大，但工作并无增加负载的情况，同时工作任务对精度要求高，所以，选择伺服电机作为驱动方式。带传动作为传动方式，相比链传动有缓和的载荷冲击，传动更平稳、制造费用低;而相比联轴器，有更灵活的安装空间和更高的传动比，能够得到更大的力矩，得以使用足够的牵引力驱动运输小车。

　　2 五轴机械手

　　当机器人达到目标位置，需要一个能够代替工作人员完成除锈喷漆的机构。该功能采用五轴机械手及运输小车共同完成，利用五轴机械手五个方向的自由度与运输小车绕Z轴的旋转自由度，合成了六自由度机械手，而六自由度机械手结构刚度高，位姿调整灵巧[2]，能够完成几乎任何轨迹或角度的工作，提高工作效率，操作非常简便，代替工作人员在辐射环境下有害身体健康的复杂工作。第一关节对四个与麦克纳姆轮连接的电机独立控制，利用麦克纳姆轮的特性，将四个麦克纳姆轮合成的向量绕Z轴旋转。第二、三关节则采用伺服电机+RV减速器驱动，获取更大的力矩，足以驱动其他关节。第四、五关节则采用伺服电机+皮带驱动，获取更紧凑的体积，以便更好地规划工作轨迹。第六关节采用伺服电机+谐波减速器驱动，在最小的体积内获取最大的力矩。运输小车与五个关节之间协作配合完成除锈喷漆的工作。

　　3 除锈装置及喷漆装置

　　工作人员遥控机器人先对故障设备掉漆区域进行除锈处理，再进行喷漆处理。除锈装置安装于五轴机械手第五关节即末端关节的安装板上，与五轴机械手及运输小车连接。常规的除锈方式有高压水射除锈、酸洗除锈、抛丸除锈、超声波除锈。其中，高压水射除锈便捷，但剩余水分容易导致设备再次生锈。酸洗除锈使用化学溶液去除锈迹，但剩余的溶液给工作室造成污染。抛丸除锈只能在室内完成，但除锈不完全，而且对环境存在污染以及会损伤零部件表面。超声波除锈只能在特定的条件下使用，不适合在辐射环境下的工作室。激光除锈能够达到机保车车体涂装清洁度标准，并能满足表面粗糙度的要求，为激光除锈在目标部件表面清洗中的应用提供了有效的工艺参数确定方法[3]。激光除锈不但对零部件的平整表面进行有效除锈，而且不产生污染残留物，非常适合在辐射工作室下除锈。因此，除锈装置采用激光除锈的方法。喷漆装置安装于五轴机械手第五关节即末端关节的另一安装板上，与五轴机械手及运输小车连接。喷漆装置采用喷涂枪的方式喷漆，喷涂枪具有速度快，涂膜光滑均匀，喷涂后部件表面平整的优点。喷漆枪就是喷油漆的一种工具，通过压缩空气使涂料雾化成细小漆滴，在压缩空气带动下喷涂到设备表面，以使设备防锈、耐磨性能的提升。

　　4 控制系统

　　控制系统采用有线通讯的方式，能够保证通讯质量，缩短指令的延时。同时采用伸缩卷管器收缩通讯线缆，防止线缆阻碍机器人前行。控制流程如图2所示，摄像仪器将收集的现场画面信息实时反馈至地面工作站，工作人员根据画面信息对输送小车发送命令，机器人行驶到目标位置。工作人员通过计算机对机器人的控制器发送指令，使其完成除锈喷漆的工作。

　　5 结语

　　本文针对遥控维护设备在辐射环境下除锈喷漆的应用进行研究，运用运输小车作为行走平台，加以五轴机械手完成除锈喷漆动作，运用激光除锈与喷涂枪喷漆以及控制系统完成设计。

　　参考文献：

　　[1]陆思全，郁丹炯，顾燕楠.核辐射对人体生物学危害及其防治策略研究[J].绿色科技，2015( 8)： 244-246.

　　[2]许超，郑艳龙.六自由度机械手结构及运动仿真研究[J1辽宁大学学报(自然科学版)，2016，43 (4)： 331-334.

　　[3]程智勇，李晓娟.机械保温车车体激光除锈机器人的研究[J].机床与液压，2019，47 (4)： 40.46-49.

　　推荐阅读：哪里发表环境工程方面的论文

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 遥控维护设备在辐射环境下除锈喷漆的应用

文章地址： http://www.qikanvip.com/shengtaixue/48472.html