三菱重工开发出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。由于缺乏有关当前条件的信息，很难制定出机械臂的规格。由于设计约束在一开始并不清楚，MHI团队需要运行大量的模拟和硬件在环(HIL)测试来改进和验证控制设计。

机器人的尺寸和为手臂设计的液压驱动系统在三菱重工都是前所未有的。建筑工地挖掘机的臂架有四个轴(一个旋转和三个弯曲)，而机械臂有六个轴(三个旋转和三个弯曲)，可以将刀尖定位到距离目标10毫米以内。机器人的巨大尺寸和液压配置，加上在这种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。

三菱重工工程师使用MATLAB进行基于模型的设计^®和Sim万博1manbetxulink来开发和验证机械臂的控制软件。

在创建了基于需求规范的设计大纲之后，MHI团队对旋转轴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该团队根据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™，该团队开发了一个二自由度PID控制模型。该模型结合了液压控制技术，如压差反馈，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实现。

在这些模拟之后，该团队在Gazebo中构建了一个完整的机器人模型，并进行了HIL测试。利用ROS连接Gazebo机器人模型和Simulink万博1manbetx控制器模型。接下来，他们对机器人进行了全功能测试，以验证其移动范围、定位精度和挖掘能力，并使用MATLAB对测试结果进行分析。

该项目正在按计划开始福岛的燃料提取工作。三菱重工计划在未来的液压机械臂上重复使用这项工作的模型和模拟，这些液压机械臂既需要高精度定位，又需要承载重物的能力。

• 开发时间减半。Murata说:“为了满足国家路线图规定的燃料开采的最后期限，控制开发计划被设定为6个月，我们最初认为这个时间框架太短了。”“事实上，通过基于模型的设计，我们能够将开发时间缩短到三个月。”
• 超过定位精度要求。“我们的系统必须具有高度的准确性;要求是在载荷为500kg的情况下，将工具尖端定位在10mm以内。”Murata说。“我们在Simulink中进行的模拟和测试使我们超越了这一目标，实现了5毫米的精度。”万博1manbetx
• 建立组织间协作的共享平台。村田说:“在这个项目中，我们咨询了大阪大学的一个研究小组，并获得了宝贵的建议。”“在讨论控制设万博1manbetx计时，使用Simulink作为我们的共同语言，使我们所有人都能迅速形成对算法和设计的共同理解。”