CN111347395A - 一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核设施退役与放射性废物处置以及核应急领域，具体涉及一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手。应急状况下，核岛内部核辐射较高人员进入困难，智能定位更换等装置受到核辐射的影响无法正常工作。本发明包括：机械手腕部、机械手末端执行机构、末端执行机构快换接头。末端执行机构快换接头包括：运动销子固定接头、运动销子、弹簧、传动组件、固定外壳B、以及驱动机构组件。机械手腕部包括：空心旋转轴、实心旋转轴、空心旋转轴驱动组件、实心旋转轴驱动组件、腕部固定端面以及固定外壳A。本发明克服了核应急环境下机器人更换末端工具困难、流程复杂繁琐的特点。

Description

一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手

技术领域

本发明涉及核设施退役与放射性废物处置以及核应急领域，具体涉及一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手。

背景技术

在核电站应急环境下，核岛内部结构关键热点处置爬行机器人需要在环境复杂、具备较多障碍物且高核辐射环境下通过远程遥控的方式独自进入应急核岛内执行开关防火门、开关管道阀门以及抓取转移异物等任务。由于应急状况下核岛内部环境复杂，机器人需执行任务较多，设计单一末端执行机构满足多种处置任务需求难度较大，并且应急状况下，核岛内部核辐射较高人员进入困难，智能定位更换等装置受到核辐射的影响无法正常工作等特点，从而导致多个末端执行机构进行换装时较为困难。因此，十分有必要设计一款应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，使得机器人在核岛内部可以自行快速更换不同的末端执行机构，从而快速准确的进行应急处置，阻止核事故的扩大，维护和保障核设施的安全。

研制的核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，克服了核应急环境下机器人更换末端工具困难、流程复杂繁琐的特点，在保证应急处置机器人多种任务快速高效完成的基础上，满足了设备结构简单、快速安装等特点。

发明内容

1.目的：

本发明要解决的技术问题是：针对核应急处置机器人具备多个末端执行机构的特点，设计出一种抗核辐射的多末端执行机构快换机械手，解决现有核辐射环境下机器人执行工具更换复杂且耗时长等特点。

2.技术方案：

一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，包括：机械手腕部、机械手末端执行机构、末端执行机构快换接头。机械手腕部前端与机械手末端执行机构通过旋转轴连接、末端执行机构快换接头与机械手腕部固定连接。

末端执行机构快换接头包括：运动销子固定接头、运动销子、弹簧、传动组件、固定外壳B、以及驱动机构组件；运动销子固定接头通过螺纹面与空心旋转轴的螺纹面固定连接，固定外壳B通过螺栓固定连接在腕部固定端面上，驱动机构组件安装在机械手腕部固定端面上，传动组件通过固定外壳B固定安装在机械手腕部固定端面上，分别与运动销子和驱动机构组件相连，在驱动机构组件的带动下驱动快换接头运动销子的移动；传动组件底部为L型弯杆，运动销子固定接头顶部为带方形槽的直杆，L型弯杆限位在方形槽内；运动销子为斜面圆柱，下部在运动销子固定接头中，高度高于运动销子固定接头。

机械手腕部包括：空心旋转轴、实心旋转轴、空心旋转轴驱动组件、实心旋转轴驱动组件、腕部固定端面以及固定外壳A；空心旋转轴驱动组件通过齿轮传动，驱动空心旋转轴转动；实心旋转轴驱动组件驱动实心旋转轴转动。空心旋转轴为圆环形，圆环上开有一个带螺纹孔；空心旋转轴内径等于机械手末端执行机构连接头的外径。

腕部固定端面固定安装在固定外壳A的端面；空心旋转轴驱动组件、实心旋转轴驱动组件以及快换接头驱动机构组件都固定安装在固定外壳A的内部。

机械手末端执行机构包括末端张合手指、手指张合传动机构以及旋转外壳；旋转外壳与空心旋转轴连接，随空心旋转机构一起旋转；手指张合传动机构与实心旋转轴相连。

所述的运动销子固定接头的上部的内径与运动销子的外径相同，相互配合；运动销子固定接头的下部的内径大于运动销子的外径；运动销子固定接头下部形成一个环状空腔，弹簧在环状空腔内，自然状态下，弹簧处于压缩状态，在弹簧的压力下使得运动销子向上伸出，从而锁紧末端工具，当快换接头传动组件驱动运动销子向下运动时，弹簧继续压缩，当运动销子向下运动至上部与固定接头上部平行时，末端工具处于松开状态。

所述的手指张合传动机构为一个蜗杆与两个蜗轮配合传动机构，两个蜗轮分别和两个末端张合手指相连，蜗杆与机械手腕部实心旋转轴相连接。

所述的空心旋转轴与实心旋转轴均进行周向运动，分别带动末端执行机构周向旋转和手指张合运动。

3.效果

1)本快换机械手避免了电、磁等快换***在核辐射下不能正常工作的问题；

2)本快换接头前端采用机械式结构，提高了核环境下快换接头的可靠性和灵活性；

3)该机械手可为末端执行机构提供两个驱动自由度，大大提高了末端执行机构的功能；

4)多末端执行机构快换机械手自身多个机构的运动可实现核应急环境下处置机器人多种末端执行机构的远程遥控自动快速更换，提升了核应急处置机器人的多功能性、灵活性以及智能性。

附图说明

图1多末端执行机构快换机械手结构图

图2多末端执行机构快换机械手腕部结构图

图3末端执行机构结构图

图4末端执行机构快换接头结构图

图5弹簧结构图

图中：1、机械手腕部；2、机械手末端执行机构；3、末端执行机构快换接头；4、固定外壳A；5、空心旋转轴；6、实心旋转轴；7、空心旋转轴驱动组件；8、实心旋转轴驱动组件；9、腕部固定端面；10、末端张合手指；11、手指张合传动机构；12、旋转外壳；13、运动销子固定接头；14、运动销子；15、弹簧；16、传动组件；17、固定外壳B；18、驱动机构组件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本专利进行详细描述：

如图1所示，核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手结构，主要包括机械手腕部1、机械手末端执行机构2、末端执行机构快换接头3三个部分。机械手腕部末端与机械臂腕关节相连，使得快换机械手在机械臂带动下完成多种应急处置工作，机械手腕部前段与末端执行机构连接，并通过快换接头自动锁紧与松开，实现多种末端执行机构的远程遥控自动快速更换。

如图2所示，机械手腕部1包括：固定外壳A4、空心旋转轴5、实心旋转轴6、空心旋转轴驱动组件7、实心旋转轴驱动组件8以及腕部固定端面9；所述的空心旋转轴驱动组件7通过齿轮传动，驱动空心旋转轴5转动；实心旋转轴驱动组件8驱动实心旋转轴6转动。腕部固定端面9固定安装在固定外壳A4的端面；空心旋转轴驱动组件7、实心旋转轴驱动组件8以及快换接头驱动机构组件(18)都固定安装在固定外壳A4的内部。空心旋转轴5为圆环形，圆环上开有一个带螺纹孔；空心旋转轴5内径等于机械手末端执行机构2连接头的外径。

如图3所示，机械手末端执行机构2包括末端张合手指10、手指张合传动机构11以及旋转外壳12；旋转外壳12与空心旋转轴5连接，随空心旋转机构一起旋转；手指张合传动机构11与实心旋转轴6相连。手指张合传动机构11内带有2个齿轮，传动轴上带有齿纹，并和末端张合手指10相连。旋转外壳与机械手腕部空心旋转轴连接，并通过末端执行机构快换接头固定，随空心旋转机构一起旋转；手指张合传动机构与机械手腕部实心旋转轴相连，随着实心旋转轴的转动带动末端张合手指完成机械手的张合动作。

如图4所示，末端执行机构快换接头由运动销子固定接头13、运动销子14、弹簧15、传动组件16、固定外壳B17、以及驱动机构组件18组成；运动销子固定接头13通过螺纹面与空心旋转轴5的螺纹面固定连接，固定外壳B17通过螺栓固定连接在腕部固定端面9上，驱动机构组件18安装在机械手腕部固定端面9上，传动组件16通过固定外壳B17固定安装在机械手腕部固定端面9上，分别与运动销子14和驱动机构组件18相连，在驱动机构组件18的带动下驱动快换接头运动销子14的移动；传动组件16底部为L型弯杆，运动销子固定接头13顶部为带方形槽的直杆，L型弯杆限位在方形槽内；运动销子14为斜面圆柱，下部在运动销子固定接头13中，高度高于运动销子固定接头13。

如图5所示，运动销子固定接头13的上部的内径与运动销子14的外径相同，相互配合；运动销子固定接头13的下部的内径大于运动销子14的外径；运动销子固定接头13下部形成一个环状空腔，弹簧15在环状空腔内，与自然状态下，弹簧(15)处于压缩状态，在弹簧的压力下使得运动销子(14)向上伸出，从而锁紧末端工具，当快换接头传动组件(16)驱动运动销子(14)向下运动时，弹簧继续压缩，当运动销子(14)向下运动至上部与固定接头(13)上部平行时，末端工具处于松开状态。

核应急处置机器人在进入核辐射环境下的核岛执行多种任务时，机器人机械手上携带一种常用末端执行机构，同时机器人本体对应的工具库中携带多种其它功能的末端执行机构。当需要更换其它末端执行机构时，通过远程遥控机械臂的移动下将该末端执行机构移动至工具库，在机械手末端执行机构快换接头驱动机构组件的带动下，快换接头的运动销子移动使得末端执行机构与机械手腕部连接处处于松开状态，在末端执行机构的重力作用于机械臂的运动下，末端执行机构自动卸下至机器人本体工具库中；同时机械臂带动机械手至需安装末端执行工具处，并将更换的另一末端执行机构与机械手腕部处于连接待锁紧状态，然后在机械手末端执行机构快换接头驱动机构组件的带动下，快换接头的运动销子移动使得末端执行机构与机械手腕部连接处处于锁紧状态，该机械手可为末端执行机构提供两个驱动自由度，大大提高了末端执行机构的功能。从而避免了核应急环境下的机器人末端执行机构人工换装流程繁琐以及耗时较长和核辐射的问题，保证了核应急处置机器人多末端执行机构的远程遥控自动快速换装。

Claims (8)

1.一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，包括：机械手腕部(1)、机械手末端执行机构(2)、末端执行机构快换接头(3)，其特征在于：所述的机械手腕部(1)前端与机械手末端执行机构(2)通过旋转轴连接、末端执行机构快换接头(3)与机械手腕部(1)固定连接；

所述的末端执行机构快换接头(3)包括：运动销子固定接头(13)、运动销子(14)、弹簧(15)、传动组件(16)、固定外壳B(17)、以及驱动机构组件(18)；运动销子固定接头(13)通过螺纹面与空心旋转轴(5)的螺纹面固定连接，固定外壳B(17)通过螺栓固定连接在腕部固定端面(9)上，驱动机构组件(18)安装在机械手腕部固定端面(9)上，传动组件(16)通过固定外壳B(17)固定安装在机械手腕部固定端面(9)上，分别与运动销子(14)和驱动机构组件(18)相连，在驱动机构组件(18)的带动下驱动快换接头运动销子(14)的移动；传动组件(16)底部为L型弯杆，运动销子固定接头(13)顶部为带方形槽的直杆，L型弯杆限位在方形槽内；运动销子(14)为斜面圆柱，下部在运动销子固定接头(13)中，高度高于运动销子固定接头(13)。

2.如权利要求1所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的机械手腕部(1)包括：空心旋转轴(5)、实心旋转轴(6)、空心旋转轴驱动组件(7)、实心旋转轴驱动组件(8)以及腕部固定端面(9)；所述的空心旋转轴驱动组件(7)通过齿轮传动，驱动空心旋转轴(5)转动；实心旋转轴驱动组件(8)驱动实心旋转轴(6)转动。

3.如权利要求2所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的腕部固定端面(9)固定安装在固定外壳A(4)的端面；空心旋转轴驱动组件(7)、实心旋转轴驱动组件(8)以及快换接头驱动机构组件(18)都固定安装在固定外壳A(4)的内部。

4.如权利要求2所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的空心旋转轴(5)为圆环形，圆环上开有一个带螺纹孔；空心旋转轴(5)内径等于机械手末端执行机构(2)连接头的外径。

5.如权利要求1所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的机械手末端执行机构(2)包括末端张合手指(10)、手指张合传动机构(11)以及旋转外壳(12)；旋转外壳(12)与空心旋转轴(5)连接，随空心旋转机构一起旋转；手指张合传动机构(11)与实心旋转轴(6)相连。

6.如权利要求1所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的运动销子固定接头(13)的上部的内径与运动销子(14)的外径相同，相互配合；运动销子固定接头(13)的下部的内径大于运动销子(14)的外径；运动销子固定接头(13)下部形成一个环状空腔，弹簧(15)在环状空腔内，自然状态下，弹簧(15)处于压缩状态，在弹簧的压力下使得运动销子(14)向上伸出，从而锁紧末端工具，当快换接头传动组件(16)驱动运动销子(14)向下运动时，弹簧继续压缩，当运动销子(14)向下运动至上部与固定接头(13)上部平行时，末端工具处于松开状态。

7.如权利要求5所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的手指张合传动机构(11)为为一个蜗杆与两个蜗轮配合传动机构，两个蜗轮分别和两个末端张合手指(10)相连，蜗杆与机械手腕部实心旋转轴(6)相连接。

8.如权利要求1所述的一种核应急处置机器人多末端执行机构快换机械手，其特征在于：所述的空心旋转轴(5)与实心旋转轴(6)均进行周向运动，分别带动末端执行机构周向旋转和手指张合运动。

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