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核电站应急机器人应急机器人研发现状

2022/07/15121 作者:佚名
导读:一直以来,各国的研发人员都在根据新的设计需求研发核电站事故应急用机器人,以满足现场的各种具体需求。下面结合切尔诺贝利、日本JCO、福岛核事故之后的研发机器人进行描述 。 (1)切尔诺贝利核事故 在1986年发生的切尔诺贝利事故中,投入了一批机器人用于清理高放射性现场的垃圾。一个德国机器人只持续了7分钟,辐射就摧毁了机器人机载的电子部件,使其丧失了工作能力。后续投入的Mobot-ChHV 装备有电机

一直以来,各国的研发人员都在根据新的设计需求研发核电站事故应急用机器人,以满足现场的各种具体需求。下面结合切尔诺贝利、日本JCO、福岛核事故之后的研发机器人进行描述 。

(1)切尔诺贝利核事故

在1986年发生的切尔诺贝利事故中,投入了一批机器人用于清理高放射性现场的垃圾。一个德国机器人只持续了7分钟,辐射就摧毁了机器人机载的电子部件,使其丧失了工作能力。后续投入的Mobot-ChHV 装备有电机组件,不配备电子部件,用于清除屋顶上的放射性垃圾。切尔诺贝利事件激励一些研发人员更多地投入到远程操作机器人技术上来。其中,卡耐基梅隆大学的一些研究人员成立了RedZone机器人公司,用于研发危险环境下的远程机器人技术,并成功完成了ROSIE、Pioneer等机器人系统。以Pioneer为例,该机器人为全电控的履带车辆,采用模块化设计,用于核事故后处理操作,主要针对切尔诺贝利核电站4号机组内部状态进行记录。Pioneer机器人由拖动车辆和中心升降杆(1.4m高)构成,携带有远程视频系统、取样工具、机械手臂、传感器(γ/中子剂量传感器、温湿度传感器)等,机械手臂为6自由度机械手,在最大臂展1.68m时提供45kg的负荷能力。控制电路采用屏蔽盒进行防护,每个摄像头采用1.25cm 的铅板。机器人系统可在剂量率5-10Sv/h的场合下承受高达10kSv的剂量。

(2)JCO临界核事故

1999年9月日本发生JCO核临界事故,由于人员在高辐射水平下操作受限,过了一定时间才得到事故信息,然后终止临界反应。为此,日立、东芝、三菱重工、日本原子能研究院JAERI等研制了各种紧急救援用的机器人系统。JAERI研发的RaBOT耐辐照机器人,是一款带有双手臂的移动机器人,基本配置为4个独立控制的履带、7个CCD相机(布置在顶端云台、两侧、后侧和机械手末端)、2个机械手臂,总重量约430kg。RaBOT 通过移动集装箱进行有线或无线控制,无线操作采用2.4GHz无线通信系统,使用中继器提供通信区域。RaBOT 可以在γ辐射达105Sv、剂量率10Sv/h的现场下工作,爬行40度斜坡,完成开关阀门、开关门、样品收集等操作。该机器人的电子部件如CCD相机、控制设备等采用模块化,可以在事故现场进行远程更换。东芝公司研发了两种移动机器人SMERT-M 和SMERT-K,用于迅速到达紧急区域收集信息。SMERT-M 是双履带机构的移动机器人系统,装备有传感器单元、伸缩杆机构、多轴机械手臂和运载SMERT-K 的斜坡。传感器包括有辐射监测(γ射线、中子)、温湿度传感器、氧气/氢气浓度、CCD/红外相机和耐辐射相机。SMERT-K 为小型的轮式机器人,可以在狭窄空间内迅速灵活移动。三菱重工同样采用履带机构研发了MARS-A/T机器人。主要指标为:最大斜坡角度40度,行走速度2km/h;环境条件:最高温度50度,最高湿度100%,在10Sv/h环境下可运行数小时,根据累计剂量可以更换控制单元;控制信号和供电连接通过10mm直径的线缆传输,带有自动卷收线缆系统。核安全技术中心研发了环境监控机器人,用于收集事故点的信息,辅助确定辐照防护措施。机器人由集装箱卡车运输到现场,集装箱内配备有发电机、操作室(机器人控制单元、摇杆手柄、通信单元、视频显示等)。日立公司的SWAN 机器人尺寸为620mm×960mm×1700mm,重量约330kg,可以攀爬0.2m高的楼梯,执行开关门操作、开关阀门操作、气体取样、水取样等操作。机器人配备6自由度机械手及气动操作工具,臂展0.9m,最大负荷100N。远程操作台提供摇杆方式的操作,和机械手操作界面。同时提供2套多视频监视器和头戴式立体视频,用于监控远端操作。

(3)福岛核事故

日本2011年3月11日发生了东部地震,随之即来的就是福岛核电站事故。由于现场为高放射性区域,人员无法进入,美国、瑞典和日本均先后派遣机器人抵达核电站实施救援工作。美国iRobot公司的packBot机器人主要用于监测1、2、3号机组室内室外的状态监测,可以拍摄图像、记录辐射剂量、温湿度、氧气浓度等物理量。PackBot外形尺寸约为700mm×530mm×180mm,重约35kg,最大速度9.3km/h,最大不间断续航时间为4h。此外,PackBot可以提供倾翻自调整、通信自恢复、GPS定位等功能。

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