RU2691352C1 - Sword manipulator - Google Patents

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to mechanical manipulators intended for operation in isolated chambers with radioactive substances and excluding direct contact with a person with these substances. Sword manipulator comprises actuating element formed by movable bar and grip, ball bearing, driving installed in wall of chamber, sealing bellows and control handle. At that, movable rod is passed through ball bearing and is connected to control handle. Ball bearing is made in the form of two hemispherical elements installed in sockets on inner and outer sides of sinking and built into inner race of bearings. At the same time outer race of bearings are connected with driving by means of elastic tie-rods, and grip is connected to movable bar by multiple-link hinged parallelogram. Elastic elements are made in form of springs.EFFECT: invention provides higher degree of biological protection due to increased tightness.1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к механическим манипуляторам, предназначенным для работы в изолированных камерах с радиоактивными веществами и исключающим непосредственный контакт человека с этими веществами.The invention relates to mechanical manipulators designed to work in isolated chambers with radioactive substances and excluding direct human contact with these substances.

Известен шпатовый манипулятор, содержащий проходку, шаровую опору, смонтированную в ней трубу, в которой размещена с возможностью поступательного движения штанга, имеющая на одном конце исполнительный орган, а другим концом кинематически связанная с рукояткой управления. (А.с. СССР №137594 G21J 7/06, 1961 г.).Known spar manipulator containing a drift, a ball bearing, a tube mounted in it, in which a rod is placed with the possibility of translational movement, having an actuator at one end and a kinematically connected with the control handle at the other end. (AS USSR №137594 G21J 7/06, 1961).

Недостатком этого манипулятора является то, что он имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. его конструкция не позволяет исполнительному органу совершать качательные движения.The disadvantage of this manipulator is that it has limited functionality, because its design does not allow the executive body to make swinging movements.

Этот недостаток устранен в выбранном в качестве прототипа шпатовом манипуляторе, содержащем проходку, шаровую опору, смонтированную в ней трубу, в которой размещена с возможностью поступательного перемещения штанга, имеющая на одном конце замковый орган для крепления сменных инструментов, а на другом герметичный привод штанги манипулятора. Шаровая опора выполнена из трех сферических элементов, концентрично расположенных друг относительно друга. Внутренний сферический элемент через герметичный сильфон связан с трубой. Наружный сферический элемент жестко связан с проходкой. Внутренний и наружный сферически элементы образуют полость, в которой расположен средний сферический элемент, посредством сильфона связанный с трубой. Средний сферический элемент выполнен с конической поверхностью. Полость, образованная внутренним и средним сферическими элементами, заполнена экранирующим веществом, поглощающим ионизирующие излучения. (А.С. СССР №117241, Мкл. F27D 23/00, 1982 г.).This disadvantage is eliminated in a sparted manipulator selected as a prototype, containing a drift, a ball bearing, a tube mounted in it, in which a rod is mounted with the possibility of translational movement, having a locking body at one end for attaching interchangeable tools, and a pressure-tight drive of the manipulator rod at one end. The ball bearing is made of three spherical elements concentrically located relative to each other. The internal spherical element through a sealed bellows is connected to the pipe. The outer spherical element is rigidly connected with the penetration. The inner and outer spherical elements form a cavity in which the middle spherical element is located, which is connected with a pipe by means of a bellows. The middle spherical element is made with a conical surface. The cavity formed by the inner and middle spherical elements is filled with a shielding substance that absorbs ionizing radiation. (A.S. USSR №117241, Mkl. F27D 23/00, 1982).

Недостатком этого манипулятора является то, что при работе с высокоактивными изотопами ядерного производства радиоактивных веществ с комбинированным (бета и гамма) излучением, он обладает низкой степенью биологической защиты из-за недостаточной толщины экранирующих стенок сферических элементов. Хотя полость, образованная внутренним и среднем сферическими элементами заполнена экранирующим веществом, толщина экранирующего слоя меньше толщины проходки. Поэтому данная конструкция шаровой опоры не исключает проникновения высокоактивных изотопов в операторское помещение. Это может создать при эксплуатации такого манипулятора опасную радиационную обстановку в операторском помещении.The disadvantage of this manipulator is that when working with highly active isotopes of nuclear production of radioactive substances with combined (beta and gamma) radiation, it has a low degree of biological protection due to the insufficient thickness of the shielding walls of spherical elements. Although the cavity formed by the inner and middle spherical elements is filled with a shielding substance, the thickness of the shielding layer is less than the thickness of the penetration. Therefore, this design of the ball bearing does not exclude the penetration of highly active isotopes into the operator's room. This can create a dangerous radiation environment in the operator's room when operating such a manipulator.

Кроме того большой шаг хода продольного перемещения штанги манипулятора затрудняет надежную герметизацию.In addition, the large stroke of the longitudinal movement of the rod of the manipulator makes it difficult reliable sealing.

Целью изобретения является повышение степени биологической защиты за счет повышения герметичности.The aim of the invention is to increase the degree of biological protection by increasing the tightness.

Поставленная цель достигается тем, что в шпатовом манипуляторе, содержащем образованный подвижной штангой и захватом исполнительный орган, шаровую опору, установленную в стенке камеры проходку, герметизирующие сильфоны и рукоятку управления, в котором подвижная штанга пропущена через шаровую опору и связана с рукояткой управления, согласно изобретению шаровая опора выполнена в виде двух полусферических элементов, установленных в гнездах на внутренней и наружной сторонах проходки и связанных с ней упругими тягами, а захват соединен с подвижной штангой многократным шарнирным параллелограммом.This goal is achieved by the fact that in a spar-type manipulator containing an actuator formed by a movable rod and a gripper, a ball bearing, a penetration installed in the chamber wall, sealing bellows and a control stick in which the movable rod is passed through the ball bearing and connected to the control handle, according to the invention the ball bearing is made in the form of two hemispherical elements mounted in slots on the inner and outer sides of the penetration and associated with it by elastic rods, and the grip is connected to odvizhnoy barbell multiple hinged parallelogram.

Кроме того, предложено полусферические элементы выполнять вмонтированными во внутренние обоймы подшипников, а упругими тягами связывать с проходкой внешней обоймы этих подшипников.In addition, it is proposed to carry out hemispherical elements mounted in the inner race of bearings, and the elastic rods to associate with the penetration of the outer race of these bearings.

Новизна предложения заключается также в том, что упругие элементы выполнены в виде пружин.The novelty of the proposal also lies in the fact that the elastic elements are made in the form of springs.

Выполнение шаровой опоры в виде двух полусферических элементов, установленных в гнездах на внутренней и наружной сторонах проходки повышает герметичность благодаря тому, что исключается необходимость выполнения в проходке отверстия для установки в нем шаровой опоры. Соединение полусферических элементов с проходкой упругими тягами также способствует повышению герметичности за счет постоянного прижатия полусферических элементов к сферическим поверхностям гнезд. Установка многократного шарнирного параллелограмма между подвижной штангой и захватом позволяет существенно уменьшить величину продольных перемещений подвижной штанги, что облегчает ее герметизацию.The implementation of the ball bearing in the form of two hemispherical elements installed in the sockets on the inner and outer sides of the penetration increases tightness due to the fact that the need for making an orifice in the penetration hole is eliminated. The connection of hemispherical elements with penetration by elastic rods also contributes to the improvement of tightness due to the constant pressing of hemispherical elements to the spherical surfaces of the sockets. Installing a multiple articulated parallelogram between the movable rod and the gripper can significantly reduce the magnitude of the longitudinal movement of the movable rod, which facilitates its sealing.

Установка полусферических элементов во внутренних обоймах подшипников и присоединение упругих тяг к внешним обоймам подшипников необходимы для обеспечения тех же функциональных возможностей, что и у прототипа, т.е. передачу исполнительному органу качательного, вращательного и поступательного движения. Таким образом, отличительные от прототипа признаки являются существенными.The installation of hemispherical elements in the inner bearing cages and the attachment of elastic strings to the external bearing cages are necessary to provide the same functionality as the prototype, i.e. transfer to the executive body rocking, rotational and translational motion. Thus, the distinctive features of the prototype are essential.

Из отличительных от прототипа признаков в исследованных аналогах обнаружено выполнение исполнительного органа манипулятора в виде многократного шарнирного параллелограмма с захватом (а.с. СССр №963847). Остальные же отличительные признаки в аналогах отсутствуют. Следовательно заявляемый манипулятор отвечает критерию «существенные отличия».From the distinctive features of the prototype of the signs in the investigated analogues, the execution of the executive body of the manipulator in the form of a multiple articulated parallelogram with a grip (A.S. SSR No. 963847) was found. The rest of the distinctive features in the analogues are absent. Therefore, the claimed manipulator meets the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез шпатового манипулятора, на фиг. 2 - поперечный разрез А-А.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of a spar manipulator; FIG. 2 is a transverse section AA.

Шпатовый манипулятор содержит проходку 1, закрепленную посредством болтового соединения в стенке 2 вакуумной камеры. Между опорными плоскостями проходки и стенки вакуумной камеры установлено уплотнительное кольцо 3. На внутренней и наружной поверхностях проходки расточены гнезда 4, 5, переходящие соответственно в конические полости 6 и 7, вершинами соединенные между собой. В гнездах 4 и 5 установлены полусферические элементы: внутренний 8 и наружный 9, запрессованные во внутренние обоймы подшипников 10, 11. Наружные обоймы этих подшипников соединены с проходкой 1 пружинами 12. Конические полости 6 и 7 заполнены пористой резиной. По оси полусферических элементов 8 и 9 просверлены отверстия 13 и 14, через которые пропущена подвижная штанга 15. На одном конце подвижной штанги закреплен внутренний шарнир многократного шарнирного параллелограмма 16, а на другом - рукоятка управления 17. Подвижная штанга 15, многократный шарнирный параллелограмм 16 и захват 18 образуют исполнительный орган. На выходе подвижной штанги 15 из отверстий 13 и 14 установлены герметизирующие сильфоны 19 и 20.The spar manipulator contains a penetration 1, fixed by means of a bolted connection in the wall 2 of the vacuum chamber. A sealing ring 3 is installed between the supporting planes of the penetration and the wall of the vacuum chamber. On the inner and outer surfaces of the penetration slots 4, 5 are bored, passing into conical cavities 6 and 7, respectively, connected by vertices. In slots 4 and 5, hemispherical elements are installed: inner 8 and outer 9, pressed into the inner race of bearings 10, 11. The outer sleeves of these bearings are connected to penetration 1 by springs 12. The conical cavities 6 and 7 are filled with porous rubber. Along the axis of the hemispherical elements 8 and 9, holes 13 and 14 are drilled through which the movable rod 15 is passed. At one end of the movable rod there is an internal hinge of the multiple articulated parallelogram 16, and on the other - the control handle 17. The movable bar 15, the multiple hinge parallelogram 16 grip 18 form the executive body. At the exit of the movable rod 15 of the holes 13 and 14 are installed sealing bellows 19 and 20.

Манипулятор работает следующим образом. При необходимости совершения качательного движения захвата 18 оператор отклоняет рукоятку управления 17 в нужном направлении. Вместе с рукояткой управления перемещается связанный с ней конец подвижной штанги 15, которая являясь двуплечим рычагом, совершает поворот относительно упора, образованного переходом конических полостей 6 и 7 одна в другую.The manipulator works as follows. If necessary, make a swinging movement of the grip 18, the operator rejects the control handle 17 in the desired direction. Together with the control handle, the associated end of the movable rod 15 is moved, which being a two-arm lever, makes a turn relative to the stop formed by the transition of the conical cavities 6 and 7 into one another.

Вместе с подвижной штангой 15 совершает качательные движения полусферические элементы 8 и 9 шаровой опоры. Полусферические элементы постоянно прижимаются к сферическим поверхностям гнезд 4 и 5 пружинами 12 благодаря этому герметизируется отверстие в проходке 1, образованное коническими полостями 6 и 7.Together with the movable rod 15 makes heaving movements hemispherical elements 8 and 9 of the ball joint. The hemispherical elements are constantly pressed against the spherical surfaces of the sockets 4 and 5 by the springs 12, thereby sealing the opening in the penetration 1 formed by the conical cavities 6 and 7.

При вращательном движении оператор рукояткой управления 17 поворачивает подвижную штангу 15 вокруг ее оси. Поскольку подвижная штанга 15 сильфоном 19 и ведущим звеном многократного шарнирного параллелограмма 16 связана с внутренним полусферическим элементом 8, а сильфоном 20 - с наружным сферическим элементом 9, то при ее вращении полусферические элементы тоже вращаются в месте с внутренними обоймами подшипников 10 и 11. Наружные обоймы этих подшипников стоят на месте, т.к. связаны пружинами 12 с проходкой 1. Вращательное движение подвижной штанги 15 через многократный шарнирный параллелограмм 16 передается захвату 18.When the rotational movement of the operator control knob 17 rotates the movable rod 15 around its axis. Since the movable rod 15 with the bellows 19 and the leading link of the multiple articulated parallelogram 16 is connected with the inner hemispherical element 8, and the bellows 20 with the outer spherical element 9, as it rotates, the hemispherical elements also rotate in the place with the inner race of bearings 10 and 11. These bearings are in place, because connected by springs 12 with penetration 1. The rotational movement of the movable rod 15 through multiple articulated parallelogram 16 is transmitted to the gripper 18.

При поступательном движении рукоятки управления 17 вместе с ней движется подвижная штанга 15, перемещая внутренний шарнир, разграничивающий ведущее и ведомое звенья многократного шарнирного параллелограмма 16. Одновременно на такую же величину перемещается каждый внутренний шарнир ведомого звена. Поскольку ведомое звено имеет в n раз больше шарнирных параллелограммов по сравнению с ведущим звеном, то величина перемещения захвата 18 в n раз больше величины перемещения рукоятки управления 17.During the forward movement of the control handle 17, the movable rod 15 moves along with it, moving the inner hinge delimiting the driving and driven members of the multiple hinge parallelogram 16. At the same time, each inner hinge of the driven link moves by the same amount. Since the slave link has n times the number of articulated parallelograms compared to the leading link, the amount of movement of the gripper 18 is n times the amount of movement of the control handle 17.

При работе шпатового манипулятора отверстия 13 и 14 в полусферических элементах загерметизированы сильфонами 19 и 20.When the spatula arm is operated, the holes 13 and 14 in the hemispherical elements are sealed with bellows 19 and 20.

По сравнению с прототипом заявляемый шпатовый манипулятор обладает более высокой степенью биологической защиты, т.к. сечение отверстия для подвижной штанги в проходке заявляемого манипулятора значительно меньше сечения отверстия для установки шаровой опоры из тонкостенных элементов в прототипе. Именно благодаря этому обеспечивается надежная защита оператора от воздействия на него мощного ионизирующего излучения. Это позволяет нормализовать радиационную обстановку в операторских помещениях, что положительно скажется на технике безопасности работающего персонала, сократит общие затраты на дезактивацию рабочих помещений и организацию лечебно-профилактических мероприятий. Кроме того, исполнение шаровой опоры в заявляемом манипуляторе гораздо проще, чем в прототипе.Compared with the prototype of the invented spar manipulator has a higher degree of biological protection, because the cross section of the hole for the movable rod in the penetration of the claimed manipulator is much smaller than the cross section of the hole for installing a ball bearing of thin-walled elements in the prototype. It is thanks to this that the operator is reliably protected from exposure to powerful ionizing radiation. This makes it possible to normalize the radiation situation in the operator's premises, which will have a positive impact on the safety measures of the working personnel, reduce the total costs of decontamination of working premises and the organization of therapeutic and preventive measures. In addition, the execution of the ball in the inventive manipulator is much easier than in the prototype.

Claims (2)

1. Шпаговый манипулятор, содержащий образованный подвижной штангой и захватом исполнительный орган, шаровую опору, проходку, установленную в стенке камеры, герметизирующие сильфоны и рукоятку управления, причем подвижная штанга пропущена через шаровую опору и связана с рукояткой управления, отличающийся тем, что шаровая опора выполнена в виде двух полусферических элементов, установленных в гнездах на внутренней и наружной сторонах проходки и вмонтированных во внутренние обоймы подшипников, при этом внешние обоймы подшипников связаны с проходкой упругими тягами, а захват соединен с подвижной штангой многозвенным шарнирным параллелограммом.1. A stepper manipulator containing an actuator formed by a movable barbell and a gripper, a ball bearing, a penetration installed in the chamber wall, sealing bellows and a control handle, the movable rod being passed through the ball bearing and connected to the control handle, characterized in that the ball support is made in the form of two hemispherical elements installed in slots on the inner and outer sides of the penetration and mounted in the inner race of the bearings, while the outer bearing sleeves are connected sinking of the elastic rods, and connected with the movable grip rod multilink hinge parallelogram. 2. Шпаговый манипулятор по п. 1, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены в виде пружин.2. Stepper manipulator under item 1, characterized in that the elastic elements are made in the form of springs.

Images