三菱重工开发用于清除核燃料碎片的机械臂

自核电站建成以来，核电站内部的条件发生了重大变化。由于缺乏有关当前情况的信息，很难制定机械臂的规格。由于设计约束在一开始并不明确，MHI团队需要运行大量的模拟和硬件在环(HIL)测试，以完善和验证控制设计。

无论是机器人的尺寸，还是为手臂设计的液压驱动系统，在三菱重工都是史无前例的。建筑工地的挖掘机吊杆有四个轴(一个旋转，三个弯曲)，而机械臂有六个轴(三个旋转，三个弯曲)，以便能够将刀尖定位到距离目标10毫米以内。该机器人的超大尺寸和液压配置，再加上在此类设备上测试未经充分验证的控制算法所带来的风险，强调了对控制设计进行广泛建模和仿真的必要性。

MHI工程师使用MATLAB进行基于模型的设计^®和Sim万博1manbetxulink进行机械臂控制软件的开发和验证。

在根据需求规范创建设计大纲后，MHI团队对旋转和弯曲轴进行了硬件测试，测量了非线性、响应性和摩擦阻力的影响等因素。为了自动化这些测量，该团队使用MATLAB、Simulink和实时Linux开发了一个测试控制系统万博1manbetx^®平台。

在Simulink中，万博1manbetx该团队基于硬件测试期间收集的测量数据建立了一个单轴模型，包括液压缸和伺服阀。

利用Simu万博1manbetxlink和Control System Toolbox™，该团队开发了一个两自由度PID控制模型。该模型集成了液压控制技术，如差压反馈，以及机器人控制技术，如重力补偿。

他们在Simulink中进行了仿真，以调整控制器增益，确定保万博1manbetx持位置所需的扭矩，并检查重力补偿算法的执行情况。

在这些模拟之后，团队在Gazebo中构建了一个完整的机器人模型，并进行了HIL测试。通过ROS将Gazebo机器人模型与Simulink控万博1manbetx制器模型连接。接下来，他们对机器人进行了全功能测试，验证了机器人的活动范围、定位精度和挖掘能力，并使用MATLAB对测试结果进行了分析。

该项目的目标是按计划在福岛开始燃料提取工作。MHI计划在未来需要高度精确定位和承载重负荷能力的液压机械手上重用这项工作的模型和仿真。

• 开发时间减半。Murata说:“为了满足国家路线图规定的燃料提取最后期限，控制开发时间表被设定为6个月，我们最初认为这个时间框架太短了。”事实上，基于模型的设计能够将开发时间缩短至3个月。”
• 定位精度要求超过。“我们的系统必须具有高度的准确性;要求是在500kg载荷下，将刀尖定位在10mm以内。”Murata说。“我们在Simulink中进行的模拟和测试使我们能够超过这一目标，达到5毫米的精度。”万博1manbetx
• 建立了组织间协作的共享平台。村田说:“在项目期间，我们咨询了大阪大学的一个研究小组，并得到了宝贵的建议。”“在讨论控制设万博1manbetx计时，使用Simulink作为我们的通用语言，使我们所有人都能迅速形成对算法和设计的共同理解。”