Design of a six degree of freedom water hydraulic arm for remote handling

Abstract

In this thesis a six degrees of freedom (DOF) water hydraulic manipulator arm prototype is designed and constructed. The manipulator will be used in a development and research of demanding remote handling tasks at the Divertor Test Platform 2 (DTP2) site. Second objective of this thesis is to develop a failsafe and fault tolerant manipulator arm for the reliable maintenance of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Also the benefits of using water hydraulically driven manipulator are addressed. The main focus in this thesis is at the mechanical design of the manipulator. The mechanical design includes the design of the water hydraulic vane actuators and the mechanical design of the manipulator arm. The wrist part of the manipulator was designed and constructed earlier. Finite element method was used in the structural validation of the design. The development and the construction of water hydraulic manipulator arm were successfully carried out. The designed vane actuators have shown decreased friction and internal leakages compared to the earlier designs. The manipulator arm prototype will provide valuable data from the remote handling tasks for further developments.

Työ on osa monikansallista International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) -projektia. Diplomityön tarkoituksena on suunnitella ja toteuttaa manipulaattori, jota hyödynnetään reaktorin huoltotoimissa. Suunniteltua manipulaattoria tullaan käyttämään etähuoltotöiden tutkimisessa ja kehittämisessä reaktorin huoltotunnelia vastaavassa testiympäristössä. Työ keskittyy WHMAN:in (Water hydraulic manipulator) rakenneratkaisuihin ja mekaaniseen mitoittamiseen. Työssä huomioidaan myös turvallisuus ja luotettavuus näkökohdat. Lisäksi käydään läpi manipulaattorin tehtävät sekä manipulaattorilla asetetut toiminnalliset vaatimukset ja reunaehdot, esitetään manipulaattorin mekaaniset rakenneratkaisut ja todennetaan mekaanisen suunnittelun luotettavuus elementtimenetelmällä. Lopuksi tarkastellaan manipulaattorin suorituskykyä ja esitetään ehdotuksia jatkokehitykselle. /Kir09