萃取试验是核工业中常用的重要试验之一,该试验中会用到一些具有一定放射性或腐蚀性的试剂。为了避免这些试剂对环境的污染和对人体的伤害,通常将其置于手套箱内进行。萃取试验操作繁杂,重复性强,持续时间长,且具有连续性要求。如果完全由人工完成这一系列复杂连续的试验操作,一方面手套箱内作业强度较大,另一方面长时间试验会导致注意力下降,误操作率会增加,当试验级数较多时,人工试验几乎是不可能的。因此,本课题面向手套箱内作业的自动化需求,开展相关技术攻关。研制一套可在手套箱内进行萃取试验的自动化装备,以代替繁重的人工试验作业。本论文的主要研究内容如下:(1)逆流萃取串级试验自动化操作模式的研究。自动化操作模式是整个系统设计的重要组成部分,它决定了实验操作的效率和可行性。首先对手工作业进行深入了解,分析试验工艺流程,然后对手工作业任务进行分解规划,把作业流程分解成几个独立的操作,并对各个操作部分进行深入研究,制定可行性方案,并进行合理地布局,设计各个子系统,使之可以进行自动化操作,实现手工作业向自动化作业的转化,提高操作效率。(2)双机协调直角坐标机器人运动建模与轨迹规划研究。双直角坐标机器人在整个系统中占据重要地位,两个机械手需要单独完成试管的取放、平移等操作,还要配合完成试管的旋盖、轴向对准等动作。基于这些需求,需要对直角坐标机器人进行运动学建模,分析机器人的运动学方程,并利用遗传算法进行轨迹规划,然后运用ADAMS进行运动仿真,并运用ANSYS对横梁进行有限元分析。(3)试验工艺流程的建模研究。逆流萃取串级试验操作过程复杂,在实际操作时容易出现错误操作,影响试验进程。所以需要对试验工艺流程进行深入分析,结合实际的操作技术,建立一个数学模型,通过对实际的操作步骤进行参数化描述,转化成计算机可以识别的模型,实现自动控制的目的。(4)自动化作业装置样机设计研究。基于上述研究工作,对样机机械系统、控制系统和视觉系统进行初步设计,基本实现逆流萃取串级试验自动化作业。