图：机器人进驻福岛核电站工作

国内外核电机器人发展历史

国外核电机器人的发展历史较长，美国、法国、德国、日本等发达国家早在上世纪40年代就已经展开了核环境下机器人技术的研究工作，并研制成功了多种样机。比较具有代表性的包括：美国阿贡实验室开发的世界上最早用于核工业，名为M1的遥控式机械手，它可用于放射性物质的操作，有效降低了人员的受照剂量。之后，美国又相继开发出Odex系列机器人。1997年，日本早稻田大学开发出世界上第一台双足行走机器人，用于核电站设备的检查工作。

现在欧美等国家又研制出功能更强、可靠性更高，并且可以真正适应高辐射环境、实现远距离操作的核电站机器人，例如德国的EMSM系列、法国SRA公司的FOSAR系列、美国的SAMSIN系列，以及此次在日本福岛核电站投用的美国iRobot公司的两台机器人Packbot和Warrior。但从目前新闻报道来看，由于日本福岛核电站的极端特殊性，美国此次投入使用的作业机器人现场的应用效果不是很理想。从行业发展趋势来看，工业发达国家，如美国、法国、日本、瑞典等都投入了大量的人力、物力进行了核电智能机器人的研发。

国内核电站机器人起步较晚，相关产品还主要依赖进口。究其原因，是由于过去我国核电规模较小，核电机器人市场需求小，同时技术研发难度大，前期国内只有极少数的科研单位展开了相关研究，部分研制产品可靠性不高，前期曾研制出的移动式作业机器人及壁面爬行机器人也未得到大面积行业推广。随着我国核电产业步伐的加快，多家核电运营的业主公司都纷纷采购一些国外的机器人设备，但采购的国外核电站机器人往往价格昂贵，且核心技术仍掌握在国外大公司手上，维护困难。随着我国核电站的相继建设，国内核电行业对机器人的需求日渐迫切，国内多家单位已经展开核电站机器人技术的研究及应用，例如，中国广东核电集团已经联合国内机器人行业的优势高校和科研机构，针对高辐射环境水下机器人、无损在役检查设备、检修机器人技术展开研究，并已开始建设核电站机器人研发实验室等。

核电站机器人技术现状

核电站机器人发展至今天，已经由早期较简单的遥控式机械手，发展成为融合了先进的传感技术、视觉处理技术、驱动技术和远程控制技术的自动化、智能化产品。代表核电站机器人技术发展现状和发展水平的主要表现在以下几个方面。

(1)先进的驱动机构

驱动机构不仅是实现核电站机器人行走、翻越障碍物、水下运动所必不可少的系统，而且它往往还起到支撑机器人机身和末端执行机构的作用，所以驱动机构设计的合理性和控制系统的性能直接决定着核电站机器人的运动速度、灵活性、定位精度、跨越障碍能力、路径搜索效率等关键性能指标。

针对不同的工作环境，核电站机器人在设计过程中也采取了不同的驱动机构。例如爬行机器人一般采用轮式、履带式、吸盘式或四足式驱动机构，不仅可以灵活地前进、后退、转弯，而且有些还可以跳跃、爬梯、跨越障碍物等。水下核电站机器人驱动机构多采用螺旋桨式和仿生鱼结构，可以实现在水中自由前进、后退、上浮、下潜、转弯和在水中任意位置的悬浮，有些水下视频检查机器人驱动机构的定位精度可达2mm左右。而用于空中辐射环境侦测和异物搜索的核电站机器人驱动机构则大多是旋翼式，能够获得较短的着陆滑跑距离和较高的飞行稳定性。

就驱动技术而言，为减小驱动机构体积，使其结构尽量紧凑，核电站机器人多采用直流电机驱动，对于大负载核电机器人，则一般采用高密度液压驱动技术。

(2)较高耐辐射能力

核电站专用机器人区别于其它工业机器人的最大特征就是适应核辐射特殊服役环境，这就要求核电站机器人，特别是其视频检查系统、传感系统和信号传输系统能够在较高的辐射环境下保持正常工作。

为提高核电站机器人的耐辐射能力，在材料选择、结构设计、辐射防护加固和控制算法等方面进行了大量的研究工作。其中最具代表性的是对摄像头耐辐射技术的研究，目前美国Mirion公司专门针对核电站开发的IST系列摄像头，其耐辐射能力可达106rad/h，能够满足核电站正常工况和一般事故工况下视频检查的需要，但若想适应某些严重事故下特殊的高辐射环境，还有一定差距。国内所研发摄像头的耐辐射能力可达104rad/h，部分科研院所已经展开更高耐辐射能力摄像头的研发，以期达到国际先进水平。

(3)灵巧的末端执行机构

世界上第一台用于核工业的简单机器人便是可遥控的机械手，由此可见末端执行机构对于核电站机器人完成特定任务的重要性。现在，核电站机器人末端执行机构已经发展的多种多样，例如，有用于抓取物体、开关设备的多关节机械手，有用于反应堆水池、乏燃料水池异物打捞的微型真空泵、打捞网，有用于水下焊接的自动焊接机等。虽然这些末端执行机构的结构形式各不相同，但都具备定位精度高、可靠性高、专用性强、并且具备一定耐辐射能力等特点。例如，核电站水下自动焊接机器人的末端执行机构已具备自动进丝、引弧、再启动，自动解除粘丝、自动控制焊接轨迹、调整焊枪姿态、控制焊接参数的功能。

总之，随着制造业和控制技术的发展，核电站机器人末端执行机构已能满足越来越多正常检修场合的需要。但由于核事故发生后情况的不确定性，各国针对核事故后应急维修所开发的末端执行机构还较少，这也直接导致本次日本福岛核电站事故后，很多机器人不能直接用于紧急抢修。所以，根据核事故的经验反馈，对末端执行机构进行适应性研究，是今后核电站机器人研究的一个重要内容。

（4）远距离实时控制

由于核电站中设备、管道布置复杂，操作空间狭小，为保证核电站机器人在运动、操作过程中不损伤目标设备，提高其工作的可靠性，核电站还很少采用自主决策的智能化机器人，而多采用远程线缆操控的方式，控制机器人完成指定任务。所以基于嵌入式控制技术的实时视频、控制信号传输技术在核电站机器人的研究中得到大量应用。

此外，核电站电磁环境较为复杂，且某些场合不允许进行无线信号传输，除部分巡检、视频检查机器人外，核心设备检修机器人一般采用有缆控制的方式。为了使人员尽量远离高辐射区域，现场总线等新一代有线传输技术在核电站机器人产品中也得到了广泛的应用。