核電站機器人技術應用現狀及發展趨勢

史思通

摘 要：核電站建設是當今世界新型能源發展的一項重點項目，在核電站的建設過程中，對于核電站安全性的提升也是一個重點建設內容，機器人在核電站建設中的運用便是提升核電站安全性的一項有效措施。于是，文章結合核電站機器人技術特點的應用現狀，分析探討了核電站對于機器人功能的需求，總結出核電站機器人技術的未來發展趨勢，以期能對行業發展有所幫助。

關鍵詞：核電站機器人;應用;發展

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1064（2020）10-006-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.10.003

1 核電站機器人的應用技術特點現狀

1.1 核電站機器人技術具有先進的驅動機構

對于核電站機器人來說，其驅動機構能夠滿足機器人行走、繞過或者跨過阻擋物、進行水平或垂直方向上運動的驅動要求，除此之外，驅動機構還能實現支撐機器人結構、穩固機器人結構等功能。另外，在不同的工作環境中，現在的核電站機器人也具備了切合于具體環境的驅動機構，如現在的輪式、履帶型、四腳型驅動機構被用于爬行機器人，因為通過這些驅動機構能夠達到實現機器人跨過障礙、跳躍等動作以及靈活地進行前進、后退、轉彎等基本動作。而對于水下核電站機器人來說，通常都是運用仿生魚式機械機構，因為這樣可以使機器人在水下靈活做出各類動作，像游動、上浮、下潛等各種水下動作，以及能夠讓機器人固定在水下某一個確定的高度，實現水下的懸浮。同時，就目前的核電站機器人驅動機構來說，一般都是通過直流電機驅動來完成整個過程，也有采用液壓式驅動方式的[1]。

1.2 核電站機器人技術具有較高的耐輻射能力

由于核電站環境的特殊性，在核電站發電過程中肯定會產生非常大的核輻射，因此核電站機器人肯定要有別于其他類型的機器人，就現代的核電站機器人來說，已經具備了不錯的耐輻射能力。而為了進一步提升核電站機器人的耐輻射能力，現階段的技術研究方向對于機器人的材料選擇、結構設計等進行了全面、精細的研究，以確保機器人在投入使用中能夠具備更高的抗輻射能力，從而延長機器人的使用壽命。而在現階段，最具代表性的抗輻射技術就是攝像頭抗輻射技術，其中比較先進的就是美國研發出來的攝像頭耐輻射技術，到現在基本上能夠滿足核電站正常工況下或者一般事故工況下對于視頻檢測的需求，然而要想實現對于高輻射環境中的正常檢測，目前的技術手段還是不能夠實現。

1.3 核電站機器人具有靈巧的末端執行機構

能夠被遙控的機械手從最開始的第一臺核電站機器人被研發出來以后，就成為了機器人的末端執行機構，這也是特殊的工作環境對于核電站機器人技術的一個重要需求。而發展到現階段，也已經出現了各種類型的末端執行機構，不僅有能夠抓取物體和開關設備的多關節機械手，而且還有用于實現水下焊接的自動焊接機，同時也有能夠打撈核反應堆中異物的真空泵[2]。對于不同的末端執行機構來說，其機構形式不盡相同，但其都擁有精密度強、可靠性足、抗輻射能力高的優點。而伴隨著高科技控制技術的發展，核電站機器人的末端執行機構也逐漸能夠被運用在各種類型的核電站維修環境中。但是對于大型核事故來說，末端執行機構仍然不能完成相關維修工作，因此進一步提升末端執行機構的運行強度，是以后核電站機器人的一個重點研究方向。

1.4 核電站機器人能夠實現遠距離實時控制

在現階段的核電站中，其中的設施、管道布置相當復雜，而且其中的可操作空間極其狹窄。因此，為了確保機器人在核電站投入使用過程中不至于對相關目標設備進行損傷，目前的核電站機器人很少使用人工智能技術下的智能化機器人，一般都是通過遠距離線纜操控的方式，通過人為下達工作指令來控制核電站機器人完成相關工作任務。所以，為了實現對于機器人的遠距離實時控制，目前都是綜合采用實時視頻、控制信號技術以及傳輸技術等，同時對于這些方面的技術也投入了大量的研究工作。另一方面，由于電磁信號傳輸技術容易受到核輻射環境的干擾，因此現在很多核電站維修機器人基本都是通過線纜方式進行遠距離傳輸控制。到現在，現場總線這種新一代有線傳輸技術也被全面運用在對機器人的遠距離實時控制上。

2 核電站機器人技術應用需求分析

2.1 利用核電站機器人技術實現燃料水池的水下維修

目前，核電站燃料廠房的水池，通常都是通過不銹鋼材料焊接完成，一般都會通過相關技術手段來保證水池能夠結構完整地投入使用。然而，由于電站燃料水池會產生很多的電子流動，這些電子流動會產生電腐蝕，對水池結構具有非常強的腐蝕作用。這個時候，如果通過維修人員穿上耐腐蝕的防護服來完成對水池的維修工作，就會由于水池空間狹小以及很有可能產生防護服被電腐蝕而造成對維修工作人員的傷害。所以，核電站非常有必要研究能夠耐得住較大腐蝕性以及活動靈活的機器人，以實現對燃料水池的水下維修。

2.2 利用核電站機器人技術清理水下異物

對核電站的放射性水池來說，由于水池面積比較大，同時又缺乏有效的異物防范方法，而且在維修過程中參與的人員也比較多，這就造成了時常都有異物落入水池的現象。然而，由于這些異物掉入的水下空間通常都非常狹窄和不可見，因此通過普通的打撈工具就難以實現對于這些異物的成功打撈，而且如果在打撈過程中由于工具的不可控性對反應水池造成損害，就很有可能產生大量核輻射，對打撈人員造成巨大傷害。所以，核電站非常有必要研究出具有多個自由度以及擁有精確探測技術的核電站機器人，以實現對水下異物準確安全的清理工作。

2.3 利用核電站機器人技術在線修復反應堆冷卻劑管道

反應堆冷卻管道具有包容反應過程中的放射性物質的作用，因此在反應堆冷卻管道當中充滿了高溫高壓的放射性流體，這些流體時時刻刻都在對反應堆冷卻管道進行腐蝕。在長時間的腐蝕下，會使得反應堆冷卻管道的結構被破壞，而一旦反應堆冷卻管道被破壞以后，如果不能及時有效地對其進行修復，將會給核電站帶來巨大的經濟損失。因此，對于核電站來說，還應當加強對反應堆冷卻管道在線修復核電站機器人技術的研究工作，從而減少有可能造成經濟損失的情況。

2.4 利用核電站機器人技術完成燃料事故處理

在核電站運行過程中，時刻都有可能發生燃料事故，而燃料事故一旦發生，由于核輻射的破壞性極其強大，對于燃料事故的處理是困擾很多核電站的一項工作難點。而一旦對燃料事故的處理不能達到預定效果，將會對核電站造成安全性和經濟上的雙重打擊。所以，通過制定技術應急方案預防事故，并切合有可能出現的燃料事故，進行核電站機器人燃料事故預防處理技術研究，以及利用機器人完成可能出現的嚴重事故下的救災工作，對核電站來說有著至關重要的意義。

3 核電站機器人技術發展趨勢

3.1 朝著高智能化方向發展

針對核電站工作環境下空間狹窄、輻射性高、工況復雜等特點，核電站機器人技術在未來朝著更加智能化的方向發展成為大勢所趨。首先，未來核電站機器人的行動肯定會更加智能，將會通過更加有效的科技手段來完成對機器人活動的遠程控制，并會逐步走向核電站機器人人工智能化趨勢。再者，未來的核電站機器人將會實現智能避讓、自動搜索、自動控制等全面智能化，并且還將會對相關復雜工況環境進行自動判斷，從而自動進行和完成相關工作任務。

3.2 向著高可靠性的趨勢發展

由于核電站環境比較特殊，未來的核電站機器人將會朝著更高可靠性的趨勢發展。首先，未來的機器人將不能夠在投入使用過程中出現故障，能夠非?？煽康赝瓿上嚓P工作任務;其次，未來的核電站機器人性能必須滿足核電站對維修時間、應急事故處理時效和安全性能等可靠性的要求。而要達到這些可靠性要求，關鍵是對機器人的結構進行設計，以及通過相關科技手段來提升機器人的技術性能等。

3.3 能夠越來越適應更加惡劣的環境

核電站一旦出現一丁點紕漏，都有可能造成非常嚴重的事故，而嚴重的事故一旦發生，將會造成非常惡劣的環境影響。因此，對于惡劣維修環境更大的適應能力，將會成為核電站機器人未來發展的又一個趨勢[3]。提升機器人對惡劣環境的適應能力，通常都是通過對構成機器人元件的強度的研究，以及對機器人傳感技術的強化的研究來實現的。

3.4 機器人的功能會越來越多樣化

未來核電站的很多工作，基本上都將會脫離人工完成，這也說明核電站機器人將會朝著功能越來越多樣化的趨勢發展。核電站機器人將能實現在高輻射環境下，針對高放射性機械設備的檢查、缺陷維護以及應急處理等各種形式的工作內容，而通過對功能多樣化的核電站機器人的開發，也能夠實現對維修質量的提升并有效縮短維修時間，減少事故造成的進一步傷害。

參考文獻

[1] 劉瑜，仕妍君，虞沛.EPR三代核電站核島輔助管道焊縫內部打磨機器人應用技術管理[A].電力行業優秀管理論文集——2014年度全國電力企業優秀管理論文大賽獲獎論文[C].北京：中國電力企業管理雜志社，2014：2.

[2] 馬常友，高海波，丁亮，等.機器人末端執行器自更換機構設計及對接策略[J].吉林大學學報（工學版），2019，49（06）：2027-2037.

[3] 董亞超，秦余新，劉青松，等.福島核事故后核電站救援機器人研發現狀和特征[A].中國核學會核能動力分會.中國核學會核能動力分會2013年學術研討會論文集[C].北京：中國核學會核能動力分會，2013：4.