成果简介

核能产业已成为国民经济发展的战略性产业。核能在造福人类的同时，伴随而来的是危害国家生命财产安全的电离辐射和核安全性问题。核电安全已经成为举世瞩目的焦点，开发核电设备检查维护机器人，应用机器人遥操作技术，远程控制机器人代替人类完成危险操作是目前世界各国解决核安全问题的主要技术途径。核电设备定期检修、维护的安全性和作业效率直接关系到核电厂的安全运行和经济效益。核电作业存在作业复杂、任务多样，检查时间紧迫的特点，要求其检修任务具有高可靠性、高安全性、高效率。多机器人遥操作具有远程群体作业的优势，适于完成相对复杂的作业任务，但是其多机器人远程作业的复杂性，也给遥操作作业的安全性、作业精度带来了新的挑战。哈尔滨工业大学充分发挥自身科研优势，面向核岛最重要的设备核反应堆压力容器检查维护作业需求，以提高作业效率、安全为目标，依托国家863计划"基于Internet多操作者多机器人遥操作系统研究"和"基于Internet多操作者多移动机器人协作遥操作系统研究"项目，突破人机交互、安全机制、协调控制、遥操作控制策略、复杂曲面轨迹生成等关键技术及理论，研制核电站反应堆压力容器检查多机器人遥操作控制系统。该系统具有高可靠性、高安全性、适应复杂检查区域等特点，可以实现压力容器远程自动化检查，并且适用于不同堆型结构的压力容器检查任务，通过了英国IVC核反应堆压力容器检查资质认证和国家核安全局验证，取得了进入核电站检测设备资格。取得如下创新：1.打破国外技术垄断，成功将多机器人遥操作技术应用于核电反应堆压力容器检查中，在国内率先研发出核反应堆压力容器检查多机器人遥操作控制系统，具有适于多种反应堆堆型、检查效率高、对超声检查信号干扰低等特点，可以实现压力容器机器人远程自动化检查，国内唯一获得核反应堆压力容器检测资质。2.提出基于虚拟向导辅助人机交互作业方法，以视觉与力觉反馈的方式引导、协调多操作者操作，实现操作者与机器人智能融合，提高操作者交互能力，解决反应堆压力容器检查作业复杂，操作精度高的问题，保证遥操作系统的安全性及作业效率。3.建立了基于Petri网库所不变量的遥操作多机器人协调控制器，提出基于虚拟斥力的机器人避碰控制策略，实现了遥操作系统中远端多个机器人在共享工作空间信息协调与高效碰撞检测，保证了核电环境作业机器人作业安全性，并提高检查作业的效率。4.建立基于压力容器多种构型参数驱动的机器人检查轨迹自动生成规则，解决了现有压力容器全部复杂曲面机器人轨迹生成问题，实现了机器人检查轨迹在线实时控制和离线运动仿真相结合的遥编程控制策略，融合了直接和监控控制，提高了机器人检查的适应能力和可靠性。目前研制设备已经在秦山二期、岭澳、福清等核电站压力容器役前和在役检查中得到成功应用，打破了此类产品被国外公司长期垄断的局面，降低了核电设备检测维修成本，提高了我国核电站运行保障能力到2013年累计创造经济效益近一千万元，保障了核电站安全可靠运行。此项技术的研究与应用实现了核反应堆压力容器的遥操作检测，为操作人员人身安全、社会安全、军事安全、国家安全提供了不可替代的作用，对于实现了自主知识产权的高技术产品，增强我国核工业领域在国际市场中的竞争力，提升我国核制造自动化的整体技术水平，实现核反应堆压力容器检测设备的跨越式发展具有重要的意义。

成果成熟度

孵化或试生产阶段

成果完成单位

哈尔滨工业大学