近日，為期一周的第二屆國(guó)際科學(xué)藝術(shù)周在合肥圓滿落下帷幕。本屆藝術(shù)周以“來(lái)合肥 追光吧”為主題，向公眾開(kāi)放了全超導(dǎo)托卡馬克、穩(wěn)態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)、聚變堆園區(qū)等一系列大科學(xué)裝置，讓參觀者得以近距離領(lǐng)略科技前沿的無(wú)限奧秘，深切感受科技創(chuàng)新的磅礴力量與非凡魅力。值得一提的是，由我院信息所與合肥中科院等離子體物理研究所（簡(jiǎn)稱等離子所）聯(lián)合研制的重量級(jí)“華科造”裝備——世界首臺(tái)面向磁約束核聚變堆真空室維護(hù)的串聯(lián)型重載機(jī)械臂實(shí)物驗(yàn)證樣機(jī)，也在本屆藝術(shù)周上精彩亮相，吸引了無(wú)數(shù)關(guān)注的目光。遙操作重載機(jī)械臂是聚變堆正常運(yùn)行維護(hù)的必需裝置，負(fù)責(zé)內(nèi)部清掃、大型零件更換等維護(hù)任務(wù)，重載臂長(zhǎng)10米，末端負(fù)載2.5噸，此重載機(jī)械臂及其核心部件為國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、世界首臺(tái)。這一突破性科技成果，不僅彰顯了我國(guó)在核聚變工程技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先實(shí)力，更為推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)及構(gòu)建清潔低碳、安全無(wú)限的能源體系奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“華科造“聚變堆維護(hù)串聯(lián)型重載機(jī)械臂實(shí)物樣機(jī)亮相本屆國(guó)際科學(xué)藝術(shù)周

   作為新質(zhì)生產(chǎn)力的重要一環(huán)，可控核聚變是一種顛覆性的能源技術(shù)，被視為人類能源的“終極答案”。作為我國(guó)核能發(fā)展戰(zhàn)略的“三部曲”（壓水堆-快堆-聚變堆）的最后一步，聚變堆的研發(fā)與建設(shè)對(duì)于推動(dòng)全球能源革命具有重大意義。目前，我國(guó)在核聚變領(lǐng)域的研究已走在世界前列，特別是在物理實(shí)驗(yàn)研究和聚變工程設(shè)計(jì)方面取得了顯著成就。為加速聚變工程的商業(yè)化進(jìn)程，在吸收消化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，我國(guó)于2017年自主設(shè)計(jì)了中國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆CFETR（Chinese Fusion Engineering Testing Reactor），開(kāi)展我國(guó)聚變工程實(shí)驗(yàn)堆的集成設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，旨在全面掌握下一代聚變堆的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)。為保障CFETR在2035年前順利建成，合肥中科院等離子所于“十三五”期間牽頭研發(fā)了聚變堆主機(jī)關(guān)鍵系統(tǒng)綜合研究設(shè)施（CRAFT），旨在構(gòu)建國(guó)際核聚變領(lǐng)域參數(shù)最高、功能最完備的綜合性研究及測(cè)試平臺(tái)，用于支持超導(dǎo)磁體、聚變堆真空室、遙操作系統(tǒng)等核心技術(shù)攻關(guān)和關(guān)鍵設(shè)備研發(fā)。

中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）總體集成工程設(shè)計(jì)

   由于聚變裝置運(yùn)行過(guò)程中需承受極端的高熱負(fù)荷、強(qiáng)電磁場(chǎng)、粉塵侵蝕和中子輻照等極端工況，且聚變堆的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間必須超過(guò)停機(jī)時(shí)間的50%。因此，研發(fā)一套精準(zhǔn)、高效且高度自動(dòng)化的遠(yuǎn)程遙操作（RH）維護(hù)系統(tǒng)是聚變堆裝置可持續(xù)安全運(yùn)行的必要保障，是推進(jìn)核聚變裝置成功并實(shí)現(xiàn)高效商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的必須步驟。然而，遙操作機(jī)器人面臨高輻照環(huán)境、關(guān)節(jié)數(shù)量多、末端負(fù)載大、可達(dá)區(qū)域大、空間約束多、定位精度高等難題與挑戰(zhàn)，當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)尚無(wú)法滿足這些需求。

聚變堆偏濾器等堆芯部件遙操作維護(hù)

   信息所承擔(dān)了遙操作重載臂研制的攻關(guān)任務(wù)，在總結(jié)前期聚變環(huán)節(jié)作業(yè)機(jī)器人經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，廣泛借鑒國(guó)際同領(lǐng)域的先進(jìn)研究成果，攜手合肥等離子所遙操作團(tuán)隊(duì)，設(shè)計(jì)了面向磁約束核聚變堆真空室遙操作維護(hù)的多功能重載機(jī)器人——CMOR（CFETR Multipurpose Overload Robot），具備搬運(yùn)、切割、焊接、檢查、打磨等多種功能，分別設(shè)計(jì)了9自由度和7自由度兩款構(gòu)型，其末端最大負(fù)載分別達(dá)到1.05噸和2.5噸，重復(fù)定位精度為10毫米，相關(guān)性能參數(shù)行業(yè)領(lǐng)先。進(jìn)一步，為保障重載臂CMOR的安全、可靠、高效運(yùn)行，團(tuán)隊(duì)還率先開(kāi)展了基于數(shù)字孿生的重載臂健康狀態(tài)管理技術(shù)研究，通過(guò)構(gòu)建的數(shù)字底座優(yōu)化重載臂的運(yùn)動(dòng)控制、振動(dòng)抑制以及精度補(bǔ)償，以實(shí)現(xiàn)虛實(shí)共生的遙操作系統(tǒng)智能運(yùn)維，支持CMOR保持技術(shù)領(lǐng)先地位。

CMOR重載臂實(shí)物樣機(jī)已部署于CFETR八分之一樣機(jī)平臺(tái)上

   自2020年7月項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)三年多的不懈努力，完成了包括單關(guān)節(jié)認(rèn)證件、關(guān)節(jié)測(cè)試平臺(tái)、重載關(guān)節(jié)精密驅(qū)動(dòng)減速器、殼體、關(guān)節(jié)組件以及控制系統(tǒng)等零部件的設(shè)計(jì)與制造工作，并完成了各個(gè)關(guān)節(jié)單獨(dú)綜合測(cè)試。今年9月，在合肥聚變堆園區(qū)現(xiàn)場(chǎng)圓滿完成整臂的總裝工作，將其部署于CFETR八分之一樣機(jī)平臺(tái)上，研制進(jìn)展行業(yè)領(lǐng)跑。這一成果得到了歐盟國(guó)際核聚變堆ITER等外方專家的高度贊賞與肯定，成為本屆國(guó)際科學(xué)藝術(shù)周活動(dòng)的亮點(diǎn)之一，吸引了超過(guò)4萬(wàn)名訪客前來(lái)參觀。

單關(guān)節(jié)認(rèn)證件及測(cè)試平臺(tái)（一期）與重載機(jī)械臂設(shè)計(jì)與制造（二期）順利通過(guò)評(píng)審

   長(zhǎng)期以來(lái)，信息所在非標(biāo)機(jī)電裝備、工程測(cè)試與設(shè)備狀態(tài)故障診斷等領(lǐng)域積累了豐富經(jīng)驗(yàn)，是國(guó)內(nèi)最早從事故障診斷的團(tuán)隊(duì)之一。團(tuán)隊(duì)累計(jì)承擔(dān)了數(shù)十項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等重要科研項(xiàng)目，響應(yīng)國(guó)家有組織科研號(hào)召，建立了一支專業(yè)的研究團(tuán)隊(duì)，為中國(guó)未來(lái)聚變堆建設(shè)貢獻(xiàn)了華中大的智慧和力量。此次重載機(jī)械臂實(shí)物樣機(jī)的亮相，不僅標(biāo)志著我國(guó)在聚變堆遙操作領(lǐng)域躍升至行業(yè)領(lǐng)跑地位，更為我國(guó)聚變堆的順利建成與商業(yè)化運(yùn)營(yíng)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。未來(lái)，隨著聚變堆技術(shù)的不斷突破與發(fā)展，我國(guó)將在全球能源轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展中扮演更加重要的角色。