CN108044599B - 一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置，包括基座、万向脚轮、钢丝绳、机架、滑轮、液压马达、转台轴承、七个节臂、L形架、扩展台、抓手机构、摄像头，四个万向脚轮安装于基座下侧，机架上设有两条导轨，滑轮转动安装于油缸推杆的顶端，第一节臂与机架构成移动副，油缸伸缩控制第一节臂上下移动，每个节臂和与之相连的节臂均构成转动副，第六节臂与L形架构成转动副，第七节臂与L形架紧固连接，第七节臂与扩展台构成转动副，安装于第七节臂内的液压马达驱动扩展台转动，抓手机构安装于扩展台上，抓手机构上设有两个摄像头，供操作者观察机械臂周围的作业环境，根据实际作业类型，扩展台也可以连接其他的夹持机构、焊接机构。

Description

一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置
技术领域
本发明涉及一种应用于强磁场、强辐射等不适合人工作业的环境中的检修机械臂装置，具体涉及的是一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置。
背景技术
托卡马克装置内外表面积和体积较大，内壁一般采用分块制造再装配工艺设计方法。以EAST 为例，组成其内壁的单元块大小一般为0.25 m2 (50cm×50cm) 左右，重达数十公斤。为防止辐射和发生泄漏事故，要求焊接和装配精度最低为±2mm。ITER运转起来之后，内壁温度高达120-200℃，热能密度启动时可达5MW/m2，关机时亦可达0.5MW/m2，真空度为10-6Pa，磁场强度可达6.2T，γ辐射最高达10Gy/h。这种高温、高真空、高磁场和高辐射的工况极端恶劣危险。即使因维护检修作业处于停机状态时，其内壁位置处仍残存较大的高能辐射和电磁辐射以及约3.5T的较强磁场，人类无法直接进入其中进行作业。
因此，面向在托卡马克腔等强磁场、强辐射的工况中，设备的检修、装配、拆卸、焊接、搬运等作业必须采用机械臂装置完成。现有的机械臂中，其关节的转动多由电机驱动，在强磁场、强辐射的工况中，电机极有可能出现信号丢失或干扰出错的情况，这对于昂贵的被检修设备和负重的机械臂都是非常危险的，因此急需开发出抗干扰能力强，能够应用于强磁场、强辐射工况的机械臂装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置，自动化程度高，自由度高，其关节的转动通过液压马达驱动，运行稳定，抗干扰能力强，能够适应于强磁场、强辐射的工作环境。
本发明采取的技术方案为：一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置，包括基座、万向脚轮、钢丝绳、机架、导轨、油缸、滑轮、液压马达、转台轴承、大锥齿轮、小锥齿轮、密封盖、滑块、第一节臂、第二节臂、第三节臂、第四节臂、第五节臂、第六节臂、L形架、第七节臂、齿圈、小齿轮、马达支架、扩展台、抓手机构、左摄像头、右摄像头，其特征在于：万向脚轮具有自锁功能，四个万向脚轮安装于基座下侧，使基座能够实现全向移动，操作扶手和配重块安装于基座上侧后端，机架固定安装于基座上侧前端，机架后侧下端设有钢丝绳连接座，机架前侧竖直方向设有两条导轨，油缸安装于机架中心位置，滑轮转动安装于油缸推杆的顶端，第一节臂后端设有四个滑块，所述四个滑块两两安装于两条导轨上，使第一节臂与机架构成移动副，钢丝绳一端连接于钢丝绳连接座，另一端通过滑轮，与第一节臂上端连接。
进一步的，如图2所示，所述的第一节臂前端设有空腔，第一节臂与第二节臂之间安装有转台轴承，使前两者构成转动副，一个大锥齿轮通过螺钉与第二节臂紧固连接，一个液压马达通过螺钉紧固安装于第一节臂内部，其输出轴与一个小锥齿轮紧固连接，该小锥齿轮与大锥齿轮啮合传动，构成轮齿啮合关系，一个密封盖安装于第一节臂前端下侧，将第一节臂前端的空腔与外部空气隔绝，防止粉尘污染。
进一步的，如图2所示，所述的第二节臂前端竖直向设有圆柱空腔，第二节臂与第三节臂之间安装有转台轴承，使前两者构成转动副，一个大锥齿轮通过螺钉与第三节臂紧固连接，一个液压马达通过螺钉紧固安装于第二节臂内部，其输出轴与一个小锥齿轮紧固连接，该小锥齿轮与大锥齿轮啮合传动，构成轮齿啮合关系，一个密封盖安装于第二节臂前端下侧，第二节臂、第三节臂、第四节臂、第五节臂结构完全相同，第三节臂和第四节臂之间的连接结构、第四节臂和第五节臂之间的连接结构、第六节臂与第五节臂之间的连接结构均与第二节臂和第三节臂之间的连接结构相同，因此不再赘述。
进一步的，如图3所示，所述的第六节臂前端水平向设有圆柱空腔，第六节臂与L形架之间安装有转台轴承，使前两者构成转动副，一个大锥齿轮通过螺钉与L形架紧固连接，一个液压马达通过螺钉紧固安装于第六节臂内部，其输出轴与一个小锥齿轮紧固连接，该小锥齿轮与大锥齿轮啮合传动，构成轮齿啮合关系，一个密封盖安装于第六节臂前端空腔开口处。
进一步的，如图3所示，所述的第七节臂与L形架通过螺钉紧固连接，第七节臂内部设有圆柱形空腔，侧面设有供液压油管通过的天窗，第七节臂前端与扩展台之间安装有一个转台轴承，使前两者构成转动副，齿圈通过螺钉与扩展台紧固连接，马达支架通过螺钉与第七节臂内腔侧壁紧固连接，一个液压马达通过螺钉与马达支架紧固连接，该液压马达输出轴与小齿轮紧固连接，小齿轮与齿圈构成轮齿啮合关系。
进一步的，所述的抓手机构通过螺钉与扩展台紧固连接，抓手机构上安装有两个摄像头，供操作者观察机械臂周围的作业环境。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明竖直中心面内的局部剖面结构示意图。
图3为本发明水平面内的局部剖面结构示意图。
图4为本发明任一姿态示意图。
附图标号：1基座、1.1万向脚轮、1.2配重块、1.3操作扶手、2钢丝绳、3机架、3.1钢丝绳连接座、3.2导轨、4油缸、4.1滑轮、5 第一节臂、5.1液压马达、5.2转台轴承、5.3大锥齿轮、5.4小锥齿轮、5.5密封盖、5.6 滑块、6第二节臂、6.1液压马达、6.2转台轴承、6.3大锥齿轮、6.4小锥齿轮、6.5密封盖、7第三节臂、7.1液压马达、7.2转台轴承、7.3大锥齿轮、7.4小锥齿轮、7.5密封盖、8第四节臂、9第五节臂、10 第六节臂、10.1液压马达、10.2转台轴承、10.3大锥齿轮、10.4小锥齿轮、10.5密封盖、11 L形架、12第七节臂、12.1液压马达、12.2转台轴承、12.3齿圈、12.4小齿轮、12.5天窗、12.6马达支架、13扩展台、14抓手机构、15.1左摄像头、15.2右摄像头。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置，包括基座1、万向脚轮1.1、钢丝绳2、机架3、导轨3.2、油缸4、滑轮4.1、液压马达（5.1、6.1、7.1、10.1、12.1）、转台轴承（5.2、6.2、7.2、10.2、12.2）、大锥齿轮（5.3、6.3、7.3、10.3）、小锥齿轮（5.4、6.4、7.4、10.4）、密封盖（5.5、6.5、7.5、10.5）、滑块5.6、第一节臂5、第二节臂6、第三节臂7、第四节臂8、第五节臂9、第六节臂10、L形架11、第七节臂12、齿圈12.3、小齿轮12.4、马达支架12.6、扩展台13、抓手机构14、左摄像头15.1、右摄像头15.2，其特征在于：万向脚轮1.1具有自锁功能，四个万向脚轮1.1安装于基座1下侧，使基座1能够实现全向移动，操作扶手1.3和配重块1.2安装于基座1上侧后端，机架3固定安装于基座1上侧前端，机架3后侧下端设有钢丝绳连接座3.1，机架3前侧竖直方向设有两条导轨3.2，油缸4安装于机架中心位置，滑轮4.1转动安装于油缸4推杆的顶端，第一节臂5后端设有四个滑块5.6，所述四个滑块5.6两两安装于两条导轨3.2上，使第一节臂5与机架3构成移动副，钢丝绳2一端连接于钢丝绳连接座3.1，另一端通过滑轮4.1，与第一节臂5上端连接。
如图2所示，所述的第一节臂5前端设有空腔，第一节臂5与第二节臂6之间安装有转台轴承5.2，使前两者构成转动副，一个大锥齿轮5.3通过螺钉与第二节臂6紧固连接，一个液压马达5.1通过螺钉紧固安装于第一节臂5内部，其输出轴与一个小锥齿轮5.4紧固连接，该小锥齿轮5.4与大锥齿轮5.3啮合传动，构成轮齿啮合关系，一个密封盖5.5安装于第一节臂5前端下侧，将第一节臂5前端的空腔与外部空气隔绝，防止粉尘污染。
如图2所示，所述的第二节臂6前端竖直方向设有圆柱空腔，第二节臂6与第三节臂7之间安装有转台轴承6.2，使前两者构成转动副，一个大锥齿轮6.3通过螺钉与第三节臂7紧固连接，一个液压马达6.1通过螺钉紧固安装于第二节臂6内部，其输出轴与一个小锥齿轮6.4紧固连接，该小锥齿轮6.4与大锥齿轮6.3啮合传动，构成轮齿啮合关系，一个密封盖6.5安装于第二节臂6前端下侧，第二节臂6、第三节臂7、第四节臂8、第五节臂9结构完全相同，第三节臂7和第四节臂8之间的连接结构、第四节臂8和第五节臂9之间的连接结构、第六节臂10与第五节臂9之间的连接结构均与第二节臂6和第三节臂7之间的连接结构相同，因此不再赘述。
如图3所示，所述的第六节臂10前端水平方向设有圆柱空腔，第六节臂10与L形架11之间安装有转台轴承10.2，使前两者构成转动副，一个大锥齿轮10.3通过螺钉与L形架11紧固连接，一个液压马达10.1通过螺钉紧固安装于第六节臂10内部，其输出轴与一个小锥齿轮10.4紧固连接，该小锥齿轮10.4与大锥齿轮10.3啮合传动，构成轮齿啮合关系，一个密封盖10.5安装于第六节臂10前端空腔开口处。
如图3所示，所述的第七节臂12与L形架11通过螺钉紧固连接，第七节臂12内部设有圆柱形空腔，侧面设有供液压油管通过的天窗12.5，第七节臂12前端与扩展台13之间安装有一个转台轴承12.2，使前两者构成转动副，齿圈12.3通过螺钉与扩展台13紧固连接，马达支架12.6通过螺钉与第七节臂12内腔侧壁紧固连接，一个液压马达12.1通过螺钉与马达支架12.6紧固连接，该液压马达12.1输出轴与小齿轮12.4紧固连接，小齿轮12.4与齿圈12.3构成轮齿啮合关系。
所述的抓手机构14通过螺钉与扩展台13紧固连接，抓手机构14上安装有两个摄像头（15.1、15.2），供操作者观察机械臂周围的作业环境。
本发明的实施例：
如图4所示，操作扶手1.3可以操控检修机械臂装置（本发明）在地面上随意移动和旋转，油缸4的伸缩，可以实现各节臂的上升和下降，抓手机构14上所设的两个摄像头（15.1、15.2）能将拍摄到的画面及时反馈给操作者，在油缸4和各液压马达的配合驱动下，扩展台13可实现六个自由度，从而使安装于扩展台13上的抓手机构14能在恶劣的工况环境中，灵活地完成检修任务。
根据实际工况，检修机械臂装置（本发明）也可以增大或减少节臂数量，以增加或减小检修机械臂装置（本发明）的工作空间。

Claims (1)

1.一种应用于强磁场强辐射工况的检修机械臂装置，包括基座（1）、万向脚轮（1.1）、钢丝绳（2）、机架（3）、导轨（3.2）、油缸（4）、滑轮（4.1）、液压马达（5.1、6.1、7.1、10.1、12.1）、转台轴承（5.2、6.2、7.2、10.2、12.2）、大锥齿轮（5.3、6.3、7.3、10.3）、小锥齿轮（5.4、6.4、7.4、10.4）、密封盖（5.5、6.5、7.5、10.5）、滑块（5.6）、第一节臂（5）、第二节臂（6）、第三节臂（7）、第四节臂（8）、第五节臂（9）、第六节臂（10）、L形架（11）、第七节臂（12）、齿圈（12.3）、小齿轮（12.4）、马达支架（12.6）、扩展台（13）、抓手机构（14）、左摄像头（15.1）、右摄像头（15.2），其特征在于：四个万向脚轮（1.1）安装于基座（1）下侧，使基座（1）能够实现全向移动，操作扶手（1.3）和配重块（1.2）安装于基座（1）上侧后端，机架（3）固定安装于基座（1）上侧前端，机架（3）后侧下端设有钢丝绳连接座（3.1），机架（3）前侧竖直方向设有两条导轨（3.2），油缸（4）安装于机架中心位置，滑轮（4.1）转动安装于油缸（4）推杆的顶端，第一节臂（5）后端设有四个滑块（5.6），所述四个滑块（5.6）两两安装于两条导轨（3.2）上，使第一节臂（5）与机架（3）构成移动副，钢丝绳（2）一端连接于钢丝绳连接座（3.1），另一端通过滑轮（4.1），与第一节臂（5）上端连接；
第一节臂（5）与第二节臂（6）之间安装有转台轴承（5.2），一个大锥齿轮（5.3）与第二节臂（6）紧固连接，一个液压马达（5.1）紧固安装于第一节臂（5）内部，其输出轴与一个小锥齿轮（5.4）紧固连接，小锥齿轮（5.4）与大锥齿轮（5.3）啮合传动，密封盖（5.5）将第一节臂（5）前端的空腔与外部空气隔绝，防止粉尘污染；
第二节臂（6）与第三节臂（7）之间安装有转台轴承（6.2），使前两者构成转动副，大锥齿轮（6.3）与第三节臂（7）紧固连接，液压马达（6.1）紧固安装于第二节臂（6）内部，其输出轴与小锥齿轮（6.4）紧固连接，小锥齿轮（6.4）与大锥齿轮（6.3）啮合传动，一个密封盖（6.5）安装于第二节臂（6）前端下侧；
第二节臂（6）、第三节臂（7）、第四节臂（8）、第五节臂（9）结构完全相同，第三节臂（7）和第四节臂（8）之间的连接结构、第四节臂（8）和第五节臂（9）之间的连接结构、第六节臂（10）与第五节臂（9）之间的连接结构均与第二节臂（6）和第三节臂（7）之间的连接结构相同；
第六节臂（10）前端水平方向设有圆柱空腔，第六节臂（10）与L形架（11）之间安装有转台轴承（10.2），一个大锥齿轮（10.3）通过螺钉与L形架（11）紧固连接，一个液压马达（10.1）通过螺钉紧固安装于第六节臂（10）内部，其输出轴与一个小锥齿轮（10.4）紧固连接，该小锥齿轮（10.4）与大锥齿轮（10.3）啮合传动，一个密封盖（10.5）安装于第六节臂（10）前端空腔开口处；
第七节臂（12）与L形架（11）通过螺钉紧固连接，第七节臂（12）内部设有圆柱形空腔，空腔侧壁设有供液压油管通过的天窗（12.5），第七节臂（12）前端与扩展台（13）之间安装有一个转台轴承（12.2），齿圈（12.3）与扩展台（13）紧固连接，马达支架（12.6）通过螺钉与第七节臂（12）内腔侧壁紧固连接，液压马达（12.1）通过螺钉与马达支架（12.6）紧固连接，液压马达（12.1）输出轴与小齿轮（12.4）紧固连接，小齿轮（12.4）与齿圈（12.3）构成轮齿啮合关系；
抓手机构（14）通过螺钉与扩展台（13）紧固连接，抓手机构（14）上安装有两个摄像头（15.1、15.2），供操作者观察机械臂周围的作业环境。
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