Intrafractional motion of patients, such as respiratory motion during radiation treatment, is an important issue in image-guided radiotherapy. The accuracy of the radiation treatment decreases as the motion range increases. We developed a control system for a robotic patient immobilization system that enables to reduce the range of tumor motion by compensating the tumor motion. Fusion technology, combining robotics and mechatronics, was developed and applied in this study. First, a small-sized prototype was established for use with an industrial miniature robot. The patient immobilization system consisted of an optical tracking system, a robotic couch, a robot controller, and a control program for managing the system components. A multi speed and position control mechanism with three degrees of freedom was designed. The parameters for operating the control system, such as the coordinate transformation parameters and calibration parameters, were measured and evaluated for a prototype device. After developing the control system using the prototype device, a feasibility test on a full-scale patient immobilization system was performed, using a large industrial robot and couch. The performances of both the prototype device and the realistic device were evaluated using a respiratory motion phantom, for several patterns of respiratory motion. For all patterns of motion, the root mean squared error of the corresponding detected motion trajectories were reduced by more than 40%. The proposed system improves the accuracy of the radiation dose delivered to the target and reduces the unwanted irradiation of normal tissue.
The CFETR multipurpose overload robot (CMOR) is a critical component of the fusion reactor remote handling system. To accurately calculate and visualize the structural deformation and stress characteristics of the CMOR motion process, this paper first establishes a CMOR kinematic model to analyze the unfolding and working process in the vacuum chamber. Then, the dynamic model of CMOR is established using the Lagrangian method, and the rigid-flexible coupling modeling of CMOR links and joints is achieved using the finite element method and the linear spring damping equivalent model. The co-simulation results of the CMOR rigid-flexible coupled model show that when the end load is 2000 kg, the extreme value of the end-effector position error is more than 0.12 m, and the maximum stress value is 1.85 × 108 Pa. To utilize the stress-strain data of CMOR, this paper designs a CMOR morphology prediction control system based on Unity software. Implanting CMOR finite element analysis data into the Unity environment, researchers can monitor the stress strain generated by different motion trajectories of the CMOR robotic arm in the control system. It provides a platform for subsequent research on CMOR error compensation and extreme operation warnings.
A graphic simulation program is developed to assimilate the remote dismantling process of research nuclear reactors. This program makes extensive use of a commercial robot graphic instruction program. Firstly, a realistic graphic model of research reactors are built along with various dismantling equipments. Using the graphic instruction languages provided by IGRIP, then, a graphic process simulation program is developed that operates interactively with the user. Consequently, it is made possible for a process designer to visualize an arbitrary dismantling sequence and interactively modify the process. It is expected that the developed system will be utilized as an effective operator aid in both design and execution phases of remote dismantling of research reactor.
Telerobot system is being developed for the application to nuclear power plants by Korea Atomic Energy Research Institute. Human-machine interaction and interface are very important elements of telerobotic systems. The main purpose of this study is developing a control system based on 3-D graphic techniques for the easy user interface and realistic visual I information supply. This system possesses the abilities for (1) virtual work, environment modelling and simulation, (2) kinematic animation include redundant behavior (3) interfacing with a real robot system, (4) transformation between real and virtual mode within the same graphics system. This system is especially focused on enhancing the overall efficiency and reliably of nozzle dam installation task inside water chamber of steam generator in nuclear power plant.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.6
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pp.19-33
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2000
In this paper, we propose anew approach to the development of the automatic vision system to examine and repair the steam generator tubes at remote distance. In nuclear power plants, workers are reluctant of works in steam generator because of the high radiation environment and limited working space. It is strongly recommended that the examination and maintenance works be done by an automatic system for the protection of the operator from the radiation exposure. Digital signal processors are used in implementing real time recognition and examination of steam generator tubes in the proposed vision system. Performance of proposed digital vision system is illustrated by simulation and experiment for similar steam generator model.
Nondestructive inspection (NDI) is an integral part of structural integrity analyses of dry storage casks that house spent nuclear fuel. One significant concern for the structural integrity is stress corrosion cracking in the heat-affected zone of welds in the stainless steel canister that confines the spent fuel. In situ NDI methodology for detection of stress corrosion cracking is investigated, where the inspection uses a delivery robot because of the presence of the harsh environment and geometric constrains inside the cask protecting the canister. Shear horizontal (SH) guided waves that are sensitive to cracks oriented either perpendicular or parallel to the wave vector are used to locate welds and to detect cracks. SH waves are excited and received by electromagnetic acoustic transducers (EMATs) using noncontact ultrasonic transduction and pulse-echo mode. A laboratory-scale canister mock-up is fabricated and inspected using the proposed methodology to evaluate the ability of EMATs to excite and receive SH waves and to locate welds. The EMAT's capability to detect notches from various distances is evaluated on a plate containing 25%-through-thickness surface-breaking notches. Based on the results of the distances at which notch reflections are detectable, NDI coverage for spent nuclear fuel storage canisters is determined.
By optimizing the radiation protection the collective dose and individual dose could be reduced during YGN #4 $5^{th}$ outage in 2001. The collective doses for the two high radiation jobs decreased to 85% and 65% of expected doses. The proportion of workers with low dose (below 1mSv) exposure increased 4% while the proportion of workers with over 3mSv and 5mSv exposure are decreased to 2%, 1% respectively. But none is exposed over 8mSv for the annual dose. To aid decision of utilizing the robot, cost- benefit analysis was performed and reasonable point was proposed to use the robot. For the first time job, repeated ALARA meeting and mock up training were implemented to set up working procedure by identifying the trouble. To easily set up standard procedure, mockup process was videotaped and reviewed during ALARA meeting. Monitoring is a good approach to chase radiological working condition such as working time, dose rate. behavior of workers, especially for high radiation work. Those data were estimated and adjusted from the stage of work planning to mock up. At the stage of actual work the monitoring data were compared to the estimation and recorded to database. This database will not only be used as a powerful tool for dose optimization at the following outage but also as a guideline to dose constraint set up for optimization for each specific situation.
Seo, ByungHoon;Shin, Myeongseok;Jeong, Kyungmin;Seo, TaeWon
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.10
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pp.1067-1072
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2014
The ability to overcome obstacles is necessary for field robots for various applications including the ability to climb stairs. While much research has been performed focusing on overcoming obstacles, the resulting robots do not have sufficient ability to overcome obstacles such as stairs. In this research, the purpose is to overcome relatively large obstacles by flipping locomotion through the modification of the stair climbing robotic platform of the previous research. We propose two scenarios to overcome large obstacles: a rear wheel driving system and an elevation system using a ball screw. The research is performed based on static analyses on obstacle-climbing. As the simulation results indicate, we determined the optimal posture of the robot for climbing obstacles for rear wheel driving. Also, an elevation system is analyzed for obstacle climbing. Between the two scenarios an elevation system is determined to reduce the operating torque of the actuator, and the prototype was recently assembled. The climbing ability of the robotic platform is verified. We expect the application area for this robotic platform will be in accident areas of nuclear power plants.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.10
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pp.1063-1066
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2014
The humanoid robot, DRC-HUBO is developed from the KHR (KAIST Humanoid Robot) series to meet the requirements of the DARPA Robotics Challenge. DARPA Robotics Challenge was a competition to develop semi-autonomous humanoid robot so that dispatched in dangerous environments in place of humans like the Fukushima nuclear accident. In this paper, we introduce DRCH-UBO briefly and a methodology to remove debris blocking an entryway. The methodology includes inverse kinematics for DRC-HUBO and stabilization controller based on ZMP. Proposed inverse kinematics is robust, and pelvis-related tasks improve the manipulability and workspace of the arms. The controller improves the damping characteristic of the system and mitigates the instability during removal of debris. For given position and orientation of the debris, DRC-HUBO generates motion to reach the debris and lift up while stabilizing itself. Many experimental results verify our proposed methodology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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