DB34∕T 3186.7-2018 聚变堆遥操作维护系统设计准则第7部分：多功能机械臂系统(安徽省).pdf

ICS 27.120.10 F 61 DB34 安徽省地方标准 DB 34/T 3186.72018 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 7 部分：多功能机械臂系统 Design criteria for remote handling maintenance system in fusion reactor Part 7：Multi-purpose robot system 2018 - 08 - 08 发布 2018 - 09 - 08 实施安徽省质量技术监督局 发 布 DB34/T 3186.72018 I 前 言 DB34/T 3186 聚变堆遥操作维护系统设计准则分为如下 7 个部分： 第 1 部分：整体维护要求及分析； 第 2 部分：遥操作协同控制系统； 第 3 部分：转运车系统； 第 4 部分：偏滤器遥操作维护系统； 第 5 部分：包层遥操作维护系统； 第 6 部分：第一壁部件远程监控及测量系统； 第 7 部分：多功能机械臂系统。 本部分为第 7 部分。 本部分按照 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。 本部分由中国科学院等离子体物理研究所提出。 本部分由安徽省核聚变工程技术及应用标准化技术委员会并归口。 本部分起草单位：中国科学院等离子体物理研究所、安徽省质量和标准化研究院，合肥中科艾帝尔机器人技术有限公司。 本部分主要起草人：宋云涛、潘洪涛、陆坤、程勇、陈洁鹤、张俊、程羊、陈思、李碧、史善爽、赵文龙、唐雨翔、齐敏中。 DB34/T 3186.72018 1 聚变堆遥操作维护系统设计准则 第 7 部分：多功能机械臂系统 1 范围 DB34/T 3186 的本部分规定了聚变堆多功能机械臂系统在设计阶段所需考虑的术语和定义、系统功能及基本组成、系统设计、工程设计、RAMI 要求和安全要求。 本部分适用于聚变堆遥操作维护系统的设计。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 DB34/T 2734.1 托卡马克聚变堆部件 兼容性设计与评估技术指南 第 1 部分：设计 DB34/T 3186.1 聚变堆远程维护系统设计准则 第 1 部分：整体维护要求及分析 DB34/T 3186.3 聚变堆远程维护系统设计准则 第 3 部分：转运车系统 3 术语和定义 DB34/T 3186.1 界定的术语和定义适用于本文件。 4 系统功能及基本组成 4.1 系统功能 4.1.1 应能实现内部部件活化灰和氚存量控制， 应包括面对等离子体部件表面的检测/清洗、 内部部件移除后真空室内表面的清洗、可移除样品的移除/替换、活化灰和氚存量检测工具的远程操作等。 4.1.2 应能在维护期间对内部部件进行检查，包括但不限于对真空室内部管路接头和内部部件支撑进行定期的表面和无损探伤检查。 4.1.3 应能对真空室内部部件泄漏点进行定位，包括但不限于使用检漏工具对包层、偏滤器以及真空室内管道进行检漏。 4.1.4 应能对真空室内部诊断设备进行维护，包括但不限于使用遥操作工具实现真空室内部诊断设备的检测，准直，标定和清洗等维护操作。 4.1.5 应能协助包层遥操作维护系统、偏滤器遥操作维护系统以及窗口插件维护系统，并在遥操作系统设备出现故障时进行救援。 4.1.6 应能对真空室内部线圈进行维护，包括但不限于线圈维护准备工作以及馈线接头连接/脱开操作。 4.2 基本组成 4.2.1 多关节机械臂 应至少包括 1 个移动关节和 6 个转动关节， 多关节机械臂应能将其末端遥操作工具和前端执行器输送至真空室内部可达空间中任意位置，不使用的情况下应储存在转运车内。 DB34/T 3186.72018 2 4.2.2 直线推进基座 作为转运车和多关节机械臂的连接部分，应至少包括导轨机构和导轨驱动系统。 4.2.3 前端执行器 一套前端执行器应至少包括双臂仿生机器人、包层第一壁维护执行器和偏滤器第一壁维护执行器，前端执行器应能借助视觉工具、照明工具和遥操作工具完成拆卸/安装、清洁、切割/焊接、检漏、探伤等维护操作。 4.2.4 辅助设备 应包括但不限于部署推车、存储箱、服务包，均存放在转运车内部： a) 部署推车应能更换多关节机械臂末端的遥操作工具、末端执行器以及内部部件； b) 存储箱应存放遥操作工具，末端执行器以及内部部件； c) 服务包应向真空室内部维护工具提供服务（电力、液体、气体等）。 4.2.5 救援设备 应包括真空室内救援设备和窗口内救援设备， 救援设备应能在多功能机械臂系统发生故障时对其进行救援。 4.2.6 转运车系统 转运车系统组成参见 DB34/T 3186.3。 5 系统设计 5.1 总体要求 5.1.1 多功能维护机械臂在聚变堆单个维护周期内出现故障次数应不超过 5 次，平均每次故障恢复时间应不超过 3 天。 5.1.2 多功能机械臂系统应能在真空室内部或转运车内部发生故障的情况下恢复。 5.1.3 多功能机械臂系统设计应能实现 4.1 中的所有功能。 5.2 多关节机械臂设计要求 5.2.1 多关节机械臂在可达空间内任何一点的有效承载能力应达到待维护内部部件质量的 1.52.0倍。 5.2.2 多关节机械臂末端最大运行速度应小于 100 mm/s，末端可重复定位精度为应优于 10 mm，最大制动距离应小于 300 mm。 5.2.3 机械臂处于水平状态并完全伸直时，末端挠度极限应小于 L/300（L 为机械臂总长）。 5.3 末端执行器设计要求 5.3.1 双臂仿生机器人应具有力反馈功能，每只臂应至少具备 6 个自由度。 5.3.2 其它末端执行器应具备姿态调整功能，并能通过标准接口安装在多关节机械臂末端。 5.4 遥操作工具设计要求 工具设计应轻巧，其兼容性应满足 DB34/T 2734.1 的要求。 DB34/T 3186.72018 3 5.5 转运车系统设计要求 转运车设计要求应参照 DB34/T 3186.3 的规定执行。 5.6 其它设计要求 抗震要求、防火要求、抗辐照要求、接地与绝缘要求、仪器与控制要求、真空与洁净度要求、材料要求、兼容性要求等应按 DB34/T 3186.1 的规定执行。 6 工程设计 6.1 维护任务设计 应确定真空室内部部件维护需求， 确定多功能机械臂系统的维护任务， 包括每个维护任务在真空室内执行的具体位置，确定执行这些任务的遥操作设备和工具。 6.2 维护策略设计 应包括真空室内部部件维护策略设计和多功能机械臂系统自身维护策略设计。 6.3 维护通道设计 多功能机械臂应能从标准转运车通过特定窗口进出真空室进行维护。 6.4 维护系统设计 6.4.1 多关节机械臂设计：包括但不限于运动学构型设计、机电一体化关节设计、标准化接口设计、布线系统设计等。 6.4.2 直线推进基座设计：包括但不限于导轨设计、导轨驱动系统设计以及支撑结构设计。 6.4.3 末端执行器：包括但不限于双臂仿生机器人设计、包层第一壁维护执行器设计、偏滤器第一壁维护执行器设计、窗口插件维护执行器设计、真空室内部线圈维护执行器设计等。 6.4.4 遥操作工具设计：包括但不限于清洁工具设计、管路切割/焊接工具设计、螺栓拆卸工具设计、检漏工具设计、无损探伤工具设计、视觉工具设计、吊装工具设计。 6.4.5 辅助设备设计：包括但不限于部署推车设计、存储箱设计、服务包设计、供给带设计等。 6.4.6 救援系统设计：救援设备应包括多关节救援机械臂和救援拖车。多关节救援机械臂是部署在相邻赤道窗口的另一套多功能机械臂系统， 实现机械臂在真空室内部时的救援； 救援拖车部署在转运车内，实现机械臂在窗口内部时的救援。 6.4.7 转运车系统设计：应参照 DB34/T 3186.3，包括但不限于转运车与其它子系统之间的兼容性设计以及转运车本体的设计等。 6.5 维护流程设计 应根据维护任务和维护策略制定维护流程，包括：多功能机械臂系统在转运车至窗口的部署/移除流程设计、末端执行器在转运车内部的部署/移除流程设计、多关节机械臂携带遥操作工具在真空室内部部署/移除流程设计以及相应的部署时间设计。 6.6 设计评估 多功能机械臂系统设计阶段的评估内容包括但不限于表 1 所述的内容。 DB34/T 3186.72018 4 表1 多功能机械臂系统设计阶段评估内容 评估类型 评估内容 结构静力学与结构动力学 应力 应变 变形 模态振型与固有频率 谐响应 响应谱 瞬态动力学 辐射、电磁、热分析 辐射防护 电磁防护 热防护 运动学及动力学 可达维护空间 负载能力 转运速度 定位精度 重复定位精度 控制系统 稳定性 动态性能 静态性能 救援流程 救援策略 救援路径 仿真模拟 维护周期 单项遥操作维护时间 单个真空室部件模块维护时间 完整真空室部件系统维护时间 兼容性 维护系统与真空室及真空室部件之间物理接口兼容性 维护系统与聚变堆在尺寸、布局方面的兼容性 真空室部件维护流程与其它部件维护流程方面的兼容性 7 RAMI 要求 应按 DB34/T 3186.1 的规定执行。 8 安全要求 应按 DB34/T 3186.1 的规定执行。 _