核电站机器人技术应用现状及发展趋势

史思通

摘 要：核电站建设是当今世界新型能源发展的一项重点项目，在核电站的建设过程中，对于核电站安全性的提升也是一个重点建设内容，机器人在核电站建设中的运用便是提升核电站安全性的一项有效措施。于是，文章结合核电站机器人技术特点的应用现状，分析探讨了核电站对于机器人功能的需求，总结出核电站机器人技术的未来发展趋势，以期能对行业发展有所帮助。

关键词：核电站机器人;应用;发展

中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2020）10-006-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2020.10.003

1 核電站机器人的应用技术特点现状

1.1 核电站机器人技术具有先进的驱动机构

对于核电站机器人来说，其驱动机构能够满足机器人行走、绕过或者跨过阻挡物、进行水平或垂直方向上运动的驱动要求，除此之外，驱动机构还能实现支撑机器人结构、稳固机器人结构等功能。另外，在不同的工作环境中，现在的核电站机器人也具备了切合于具体环境的驱动机构，如现在的轮式、履带型、四脚型驱动机构被用于爬行机器人，因为通过这些驱动机构能够达到实现机器人跨过障碍、跳跃等动作以及灵活地进行前进、后退、转弯等基本动作。而对于水下核电站机器人来说，通常都是运用仿生鱼式机械机构，因为这样可以使机器人在水下灵活做出各类动作，像游动、上浮、下潜等各种水下动作，以及能够让机器人固定在水下某一个确定的高度，实现水下的悬浮。同时，就目前的核电站机器人驱动机构来说，一般都是通过直流电机驱动来完成整个过程，也有采用液压式驱动方式的[1]。

1.2 核电站机器人技术具有较高的耐辐射能力

由于核电站环境的特殊性，在核电站发电过程中肯定会产生非常大的核辐射，因此核电站机器人肯定要有别于其他类型的机器人，就现代的核电站机器人来说，已经具备了不错的耐辐射能力。而为了进一步提升核电站机器人的耐辐射能力，现阶段的技术研究方向对于机器人的材料选择、结构设计等进行了全面、精细的研究，以确保机器人在投入使用中能够具备更高的抗辐射能力，从而延长机器人的使用寿命。而在现阶段，最具代表性的抗辐射技术就是摄像头抗辐射技术，其中比较先进的就是美国研发出来的摄像头耐辐射技术，到现在基本上能够满足核电站正常工况下或者一般事故工况下对于视频检测的需求，然而要想实现对于高辐射环境中的正常检测，目前的技术手段还是不能够实现。

1.3 核电站机器人具有灵巧的末端执行机构

能够被遥控的机械手从最开始的第一台核电站机器人被研发出来以后，就成为了机器人的末端执行机构，这也是特殊的工作环境对于核电站机器人技术的一个重要需求。而发展到现阶段，也已经出现了各种类型的末端执行机构，不仅有能够抓取物体和开关设备的多关节机械手，而且还有用于实现水下焊接的自动焊接机，同时也有能够打捞核反应堆中异物的真空泵[2]。对于不同的末端执行机构来说，其机构形式不尽相同，但其都拥有精密度强、可靠性足、抗辐射能力高的优点。而伴随着高科技控制技术的发展，核电站机器人的末端执行机构也逐渐能够被运用在各种类型的核电站维修环境中。但是对于大型核事故来说，末端执行机构仍然不能完成相关维修工作，因此进一步提升末端执行机构的运行强度，是以后核电站机器人的一个重点研究方向。

1.4 核电站机器人能够实现远距离实时控制

在现阶段的核电站中，其中的设施、管道布置相当复杂，而且其中的可操作空间极其狭窄。因此，为了确保机器人在核电站投入使用过程中不至于对相关目标设备进行损伤，目前的核电站机器人很少使用人工智能技术下的智能化机器人，一般都是通过远距离线缆操控的方式，通过人为下达工作指令来控制核电站机器人完成相关工作任务。所以，为了实现对于机器人的远距离实时控制，目前都是综合采用实时视频、控制信号技术以及传输技术等，同时对于这些方面的技术也投入了大量的研究工作。另一方面，由于电磁信号传输技术容易受到核辐射环境的干扰，因此现在很多核电站维修机器人基本都是通过线缆方式进行远距离传输控制。到现在，现场总线这种新一代有线传输技术也被全面运用在对机器人的远距离实时控制上。

2 核电站机器人技术应用需求分析

2.1 利用核电站机器人技术实现燃料水池的水下维修

目前，核电站燃料厂房的水池，通常都是通过不锈钢材料焊接完成，一般都会通过相关技术手段来保证水池能够结构完整地投入使用。然而，由于电站燃料水池会产生很多的电子流动，这些电子流动会产生电腐蚀，对水池结构具有非常强的腐蚀作用。这个时候，如果通过维修人员穿上耐腐蚀的防护服来完成对水池的维修工作，就会由于水池空间狭小以及很有可能产生防护服被电腐蚀而造成对维修工作人员的伤害。所以，核电站非常有必要研究能够耐得住较大腐蚀性以及活动灵活的机器人，以实现对燃料水池的水下维修。

2.2 利用核电站机器人技术清理水下异物

对核电站的放射性水池来说，由于水池面积比较大，同时又缺乏有效的异物防范方法，而且在维修过程中参与的人员也比较多，这就造成了时常都有异物落入水池的现象。然而，由于这些异物掉入的水下空间通常都非常狭窄和不可见，因此通过普通的打捞工具就难以实现对于这些异物的成功打捞，而且如果在打捞过程中由于工具的不可控性对反应水池造成损害，就很有可能产生大量核辐射，对打捞人员造成巨大伤害。所以，核电站非常有必要研究出具有多个自由度以及拥有精确探测技术的核电站机器人，以实现对水下异物准确安全的清理工作。

2.3 利用核电站机器人技术在线修复反应堆冷却剂管道

反应堆冷却管道具有包容反应过程中的放射性物质的作用，因此在反应堆冷却管道当中充满了高温高压的放射性流体，这些流体时时刻刻都在对反应堆冷却管道进行腐蚀。在长时间的腐蚀下，会使得反应堆冷却管道的结构被破坏，而一旦反应堆冷却管道被破坏以后，如果不能及时有效地对其进行修复，将会给核电站带来巨大的经济损失。因此，对于核电站来说，还应当加强对反应堆冷却管道在线修复核电站机器人技术的研究工作，从而减少有可能造成经济损失的情况。

2.4 利用核电站机器人技术完成燃料事故处理

在核电站运行过程中，时刻都有可能发生燃料事故，而燃料事故一旦发生，由于核辐射的破坏性极其强大，对于燃料事故的处理是困扰很多核电站的一项工作难点。而一旦对燃料事故的处理不能达到预定效果，将会对核电站造成安全性和经济上的双重打击。所以，通过制定技术应急方案预防事故，并切合有可能出现的燃料事故，进行核电站机器人燃料事故预防处理技术研究，以及利用机器人完成可能出现的严重事故下的救灾工作，对核电站来说有着至关重要的意义。

3 核电站机器人技术发展趋势

3.1 朝着高智能化方向发展

针对核电站工作环境下空间狭窄、辐射性高、工况复杂等特点，核电站机器人技术在未来朝着更加智能化的方向发展成为大势所趋。首先，未来核电站机器人的行动肯定会更加智能，将会通过更加有效的科技手段来完成对机器人活动的远程控制，并会逐步走向核电站机器人人工智能化趋势。再者，未来的核电站机器人将会实现智能避让、自动搜索、自动控制等全面智能化，并且还将会对相关复杂工况环境进行自动判断，从而自动进行和完成相关工作任务。

3.2 向着高可靠性的趋势发展

由于核电站环境比较特殊，未来的核电站机器人将会朝着更高可靠性的趋势发展。首先，未来的机器人将不能够在投入使用过程中出现故障，能够非常可靠地完成相关工作任务;其次，未来的核电站机器人性能必须满足核电站对维修时间、应急事故处理时效和安全性能等可靠性的要求。而要达到这些可靠性要求，关键是对机器人的结构进行设计，以及通过相关科技手段来提升机器人的技术性能等。

3.3 能够越来越适应更加恶劣的环境

核电站一旦出现一丁点纰漏，都有可能造成非常严重的事故，而严重的事故一旦发生，将会造成非常恶劣的环境影响。因此，对于恶劣维修环境更大的适应能力，将会成为核电站机器人未来发展的又一个趋势[3]。提升机器人对恶劣环境的适应能力，通常都是通过对构成机器人元件的强度的研究，以及对机器人传感技术的强化的研究来实现的。

3.4 机器人的功能会越来越多样化

未来核电站的很多工作，基本上都将会脱离人工完成，这也说明核电站机器人将会朝着功能越来越多样化的趋势发展。核电站机器人将能实现在高辐射环境下，针对高放射性机械设备的检查、缺陷维护以及应急处理等各种形式的工作内容，而通过对功能多样化的核电站机器人的开发，也能够实现对维修质量的提升并有效缩短维修时间，减少事故造成的進一步伤害。

参考文献

[1] 刘瑜，仕妍君，虞沛.EPR三代核电站核岛辅助管道焊缝内部打磨机器人应用技术管理[A].电力行业优秀管理论文集——2014年度全国电力企业优秀管理论文大赛获奖论文[C].北京：中国电力企业管理杂志社，2014：2.

[2] 马常友，高海波，丁亮，等.机器人末端执行器自更换机构设计及对接策略[J].吉林大学学报（工学版），2019，49（06）：2027-2037.

[3] 董亚超，秦余新，刘青松，等.福岛核事故后核电站救援机器人研发现状和特征[A].中国核学会核能动力分会.中国核学会核能动力分会2013年学术研讨会论文集[C].北京：中国核学会核能动力分会，2013：4.