随着人类对核能的利用不断深入,各国对可应用于“核安全”及“核安保”领域的核电站应急事故处理机器人及核设施退役机器人要求日益提高。结合核用机器人的工作环境条件,以本实验室自主研发设计“葫芦娃Ⅲ”号机器人目标需求为例进行分析可知,为使其在远程操控的工况下完成工具头自主换装以及铲、剪、破碎、抓等多种动作,需要对换装及工作过程中机械臂关节角度变化进行测量。但鉴于核辐射极易对机器人控制系统及其子系统造成辐射损伤,而控制系统中传感器等电子元器件的耐辐照性能又最为薄弱。因此了解关键传感器在放射性环境中耐辐照能力、辐照损伤机理及相应的加固方式尤为重要。本文通过理论分析和实验研究,证明了利用倾角传感器在高剂量γ射线辐射环境中对机器人关节转角进行测量的可行性。通过辐照实验测量倾角传感器耐辐射总剂量;研究了在γ射线辐照条件下,以辐射剂量率、总剂量及关节转速为参数,外界关联因素对倾角传感器耐辐照性能的影响;并综合分析、设计了传感器屏蔽装置。分析了对MOS构件的辐照损伤机理以及其辐照后损伤效应及外在关联因素,从实际应用角度出发研究了辐射剂量率、总剂量等因素对传感器工作性能的影响;总结了现行的辐射屏蔽加固方法。综合分析工业机器人常用测量传感器工作参数,建立机器人关节转角与液压缸长度关系,最终确定倾角传感器为测量单元。在此基础上,设计辐照实验,获取所选两款倾角传感器平均耐辐射总剂量分别为565Gy、429Gy;分析一定样本量被测试件数据得出,同型号器件损伤剂量具有离散性,验证了倾角传感器辐照损伤分为四个阶段并以总剂量效应为主。对比分析两种倾角传感器耐辐照性能得出,分辨率较低的传感器在总剂量较大时改变转角变换速度对传感器工作性能影响最大。在γ射线辐射条件下,利用控制变量法分析了辐射剂量率、总剂量及关节转速对传感器耐辐照性能的影响。结果表明,剂量率对倾角传感器耐辐照性能影响较小;在辐照总剂量较大时,倾角传感器采集信号输出波形的幅值及频率均有较大的变化,最高缩减量可达正常环境中幅值的50%;且在相同辐照总剂量下增大关节转速,波形的幅值将进一步缩小,其中SDA126T倾角传感器在关节转速为5r/min时,测量幅值变为正常环境中的三分之一。经过退火工艺处理后,传感器的工作性能有所恢复,且退火温度越高消除效果越好、速度越快。根据实际工作需求对传感器进行了加固设计。综合分析γ射线常用屏蔽材料的半值层厚度及质量,最终选取铅作为屏蔽材料,结合对机器人工作影响最小化的准则设计了传感器屏蔽加固结构;利用MCNP仿真软件模拟了粒子输运,进一步优化、设计了屏蔽结构;根据实际要求计算出屏蔽体尺寸为92mm×80mm×49mm,并利用仿真实验,验证了辐射衰减与距离之间的关系。