国际热核聚变实验堆(ITER)的受控核聚变会对托卡马克真空腔室第一壁包块造成损伤,于是提出了内窥机械臂自动检测的任务要求。面对真空腔室内120℃的高温环境,论文研究提出内窥机械臂闭环主动水冷冷却系统的解决方案。论文首先总结了针对托卡马克第一壁内窥任务需求,要求机械臂腔内周向360°可达,并且能够对于D型任意截面进行垂直扫描。于是提出了移动底座、大臂、小臂和末端视觉单元四部分组合的机械臂方案。在此基础上提出了不同关节的高温环境冷却防护结构设计以及整体冷却系统整合方案。冷却防护系统设计方案最终确定为各关节独立铜管紧密缠绕防护部件吸收热量,低温水流水冷冷却回路靠软管串联连接,在确保机械臂机动性的前提下保护了相机、电机和驱动器几大关节电气元件。经过查阅多方资料探讨和理论公式推导分析,闭环水冷循环系统外部回路以隔膜水泵为水流动力源,并由恒温冷却水槽作为冷源吸收水流冷媒从真空室内机械臂前端带出的热量散发到外界。针对本课题机械臂机械机构的紧凑特性,冷却控制系统经过重新设计,改进了原有布置复杂的温度测量系统。控制系统软件架构构建人际交互界面时,集成了实时数据监控,历史趋势回顾,电源控制管理和警报处理等功能,并在软件层面信息通讯上充分考虑了与内窥机械臂上位机总控制系统的交互优先级,设计成为运作正常时界面隐藏、遇到危险警报时弹出的对话框结构。最终系统实验论证在完成冷却系统硬件结构和软件架构搭建之后,对系统进行三小时以上的长时间实验,共分三个阶段。-第一阶段,单关节双目相机冷却回路实验验证铜管回路结构设计合理性和可行性。-第二阶段,小臂关节制造组装完毕之后,在恒温烘烤箱中模拟真空室内高温环境,对所有冷却回路串联进行压力流量模拟温度实验,详细考察细长管路管道特性和各个节点温度的冷却效果。-第三阶段,综合考虑机械小臂内部电子元器件正常运作的发热情况,对比室温环境的工作温度,检测高温环境中各部件冷却防护后实际运作的最终温度。