CN109676595A - 一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水下复杂空间异物抓取技术领域，具体涉及一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，目的是解决常规异物抓取工具无法全面覆盖堆芯支承板上表面，不能有效将堆芯支承板上表面的异物清除的问题。其特征在于：它包括第一节机械臂、第一销轴、第二节机械臂、第二销轴和第三节机械臂；第二节机械臂位于第一节机械臂的下方，第一节机械臂与第二节机械臂通过第一销轴铰接在一起；第三节机械臂位于第二节机械臂的下方，第二节机械臂与第三节机械臂通过第二销轴铰接在一起。
Description
技术领域
本发明属于水下复杂空间异物抓取技术领域，具体涉及一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构。
背景技术
核电厂在运行或检修的过程中时常会有异物落入水池内；有些异物会掉落在比较狭窄的空间，比如堆芯支承板上方，该区域为一个相对封闭的空间，一旦有异物进入，只能在换料时在上部堆内构件和燃料组件吊出后，将异物抓取工具从下堆芯板上的孔内伸入将异物取出。如果这些异物不能被清除，将给机组安全运行带来很大的风险。及时清除这些异物，对降低水体剂量和保障核电运行安全显得尤其重要。国内核电厂普遍采用常规异物抓取工具来拾取这些异物，但由于受空间的限制，常规工具可达性差、无法准确定位等原因，不能有效将该区域内的异物清除。
本发明一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构可达区域能够有效覆盖堆芯支承板上表面，能够适应该区域的环境，能有效将沉积在堆芯支承板上表面的异物清除。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，可以解决常规异物抓取工具无法全面覆盖堆芯支承板上表面，不能有效将堆芯支承板上表面的异物清除的问题。
本发明是这样实现的：
一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，包括第一节机械臂、第一销轴、第二节机械臂、第二销轴和第三节机械臂；第二节机械臂位于第一节机械臂的下方，第一节机械臂与第二节机械臂通过第一销轴铰接在一起；第三节机械臂位于第二节机械臂的下方，第二节机械臂与第三节机械臂通过第二销轴铰接在一起。
如上所述的第一节机械臂包括驱动电机、螺钉、电机连接座、联轴器、第一节机械臂内轴、第一节机械臂外壳、第一锥齿轮、第一支撑环、密封圈和第一紧定螺钉；驱动电机通过螺钉固定在电机连接座上；第一节机械臂内轴通过联轴器与驱动电机的输出轴连接在一起；电机连接座与第一节机械臂外壳通过螺纹连接；第一节机械臂内轴穿入第一节机械臂外壳内；第一锥齿轮套在第一节机械臂内轴下端，并嵌入第一节机械臂外壳下端的孔中，通过第一紧定螺钉将第一锥齿轮固定在第一节机械臂内轴上；第一锥齿轮和第一节机械臂外壳之间通过第一支撑环减小摩擦力；第一锥齿轮和第一节机械臂外壳之间通过第一密封圈进行密封。
如上所述的第二节机械臂包括第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二紧定螺钉、第二节机械臂外壳、第二节机械臂内轴、第二支撑环、第五锥齿轮、第三支撑环和第三紧定螺钉；第二锥齿轮装在第二节机械臂外壳上端的左边圆孔内，第三锥齿轮装在第二节机械臂外壳上端的右边方孔内；第二节机械臂内轴穿入第二节机械臂外壳内；第四锥齿轮装在第二节机械臂内轴上端，通过第二紧定螺钉将第四锥齿轮固定在第二节机械臂内轴上端；第四锥齿轮同时与第二锥齿轮、第三锥齿轮啮合；第四锥齿轮与第二节机械臂外壳上端的孔之间设有第二支撑环以减小摩擦力；第五锥齿轮装在第二节机械臂内轴的下端，通过第三紧定螺钉将第五锥齿轮固定在第二节机械臂内轴下端；第五锥齿轮与第二节机械臂外壳下端的孔之间设有第三支撑环以减小摩擦力。
如上所述的第三节机械臂包括第六锥齿轮、第三节机械臂外壳、气缸、锁紧螺母、手爪连接套、螺母、手爪推杆、第三销轴、连杆、第四销轴、手爪和第五销轴；第六锥齿轮安装在第三节机械臂外壳上端的方形孔内；气缸固定在第三节机械臂外壳内部；手爪推杆通过螺母固定在气缸的活塞杆上；手爪连接套套在手爪推杆的外面，并通过锁紧螺母固定在第三节机械臂外壳上；连杆通过第三销轴铰接在手爪连接套下端；通过第四销轴将手爪和连杆铰接在一起；通过第五销轴将手爪和手爪推杆下端铰接在一起。
如上所述的第一节机械臂下端和第二节机械臂上端通过第一销轴铰接起来，并保证第一节机械臂下端的第一锥齿轮与第二节机械臂上端的第二锥齿轮和第三锥齿轮啮合。
如上所述的第二节机械臂下端和第三节机械臂上端通过第二销轴铰接起来，并保证第二节机械臂下端的第五锥齿轮和第三节机械臂上端的第六锥齿轮啮合。
如上所述的第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第五锥齿轮和第六锥齿轮的模式、压力角、齿宽均相同，各个齿轮的转动速度和角度大小均相同。
如上所述的螺钉、电机连接座、联轴器、第一节机械臂内轴、第一节机械臂外壳、第一锥齿轮、第一紧定螺钉、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮、第二紧定螺钉、第二节机械臂外壳、第二节机械臂内轴、第五锥齿轮、第三紧定螺钉、第六锥齿轮、第三节机械臂外壳、锁紧螺母、手抓连接套、螺母、手抓推杆、第三销轴、连杆、第四销轴、手爪和第五销轴均采用不锈钢材料制成；所述的第一支撑环、密封圈、第二支撑环和第三支撑环采用橡胶材料制成。
本发明的有益效果是：
通过驱动电机的转动驱动第一节机械臂内轴的转动，从而带动第二节机械臂和第三节机械臂的摆动，在摆动的过程中第三节机械臂始终和第一节机械臂保持平行。
三节机械臂可伸直成直线状态，从而将手爪送入异物所在的狭窄空间内；多关节机械臂的摆动实现了调整手爪和第一节机械臂水平方向的距离，从而将手爪送到异物正上方。
通过气缸驱动手爪的张开、收拢实现抓取异物。
附图说明
图1是本发明的一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构的结构示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是图1的B-B向剖视图；
图4是图1的局部放大图Ι。
其中：1.驱动电机，2.螺钉，3.电机连接座，4.联轴器，5.第一节机械臂内轴，6.第一节机械臂外壳，7.第一锥齿轮，8.第一支撑环，9.密封圈，10.第一紧定螺钉，11.第二锥齿轮，12.第三锥齿轮，13.第一销轴，14.第四锥齿轮，15.第二紧定螺钉，16.第二节机械臂外壳，17.第二节机械臂内轴，18.第二支撑环，19.第五锥齿轮，20.第三支撑环，21.第三紧定螺钉，22.第二销轴，23.第六锥齿轮，24.第三节机械臂外壳，25.气缸，26.锁紧螺母，27.手抓连接套，28.螺母，29.手抓推杆，30.第三销轴，31.连杆，32.第四销轴，33.手爪，34.第五销轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
如图1所示，一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，包括第一节机械臂、第一销轴13、第二节机械臂、第二销轴22和第三节机械臂。第二节机械臂位于第一节机械臂的下方，第一节机械臂与第二节机械臂通过第一销轴13铰接在一起。第三节机械臂位于第二节机械臂的下方，第二节机械臂与第三节机械臂通过第二销轴22铰接在一起。
如图1和图2所示，所述的第一节机械臂包括驱动电机1、螺钉2、电机连接座3、联轴器4、第一节机械臂内轴5、第一节机械臂外壳6、第一锥齿轮7、第一支撑环8、密封圈9和第一紧定螺钉10。驱动电机1通过螺钉2固定在电机连接座上3；第一节机械臂内轴5通过联轴器4与驱动电机1的输出轴连接在一起；电机连接座3与第一节机械臂外壳6通过螺纹连接；第一节机械臂内轴5穿入第一节机械臂外壳6内；第一锥齿轮7套在第一节机械臂内轴5下端，并嵌入第一节机械臂外壳6下端的孔中，通过第一紧定螺钉10将第一锥齿轮7固定在第一节机械臂内轴5上；第一锥齿轮7和第一节机械臂外壳6之间通过第一支撑环8减小摩擦力；第一锥齿轮7和第一节机械臂外壳6之间通过第一密封圈9进行密封。
如图2和图3所示，所述的第二节机械臂包括第二锥齿轮11、第三锥齿轮12、第四锥齿轮14、第二紧定螺钉15、第二节机械臂外壳16、第二节机械臂内轴17、第二支撑环18、第五锥齿轮19、第三支撑环20和第三紧定螺钉21。第二锥齿轮11装在第二节机械臂外壳16上端的左边圆孔内，第三锥齿轮12装在第二节机械臂外壳上端的右边方孔内；第二节机械臂内轴17穿入第二节机械臂外壳16内；第四锥齿轮14装在第二节机械臂内轴17上端，通过第二紧定螺钉15将第四锥齿轮14固定在第二节机械臂内轴17上端；第四锥齿轮14与第二锥齿轮11、第三锥齿轮12啮合；第四锥齿轮14与第二节机械臂外壳16上端的孔之间设有第二支撑环18以减小摩擦力；第五锥齿轮19装在第二节机械臂内轴17的下端，通过第三紧定螺钉21将第五锥齿轮19固定在第二节机械臂内轴17下端；第五锥齿轮19与第二节机械臂外壳16下端的孔之间设有第三支撑环20以减小摩擦力。
如图3和图4所示，所述的第三节机械臂包括第六锥齿轮23、第三节机械臂外壳24、气缸25、锁紧螺母26、手抓连接套27、螺母28、手抓推杆29、第三销轴30、连杆31、第四销轴32、手爪33和第五销轴34。第六锥齿轮23安装在第三节机械臂外壳24上端的方形孔内；气缸25固定在第三节机械臂外壳24内部；手爪推杆29通过螺母28固定在气缸25的活塞杆上；手爪连接套27套在手爪推杆29的外面，并通过锁紧螺母26固定在第三节机械臂外壳24上；连杆31通过第三销轴30铰接在手爪连接套27下端；通过第四销轴32将手爪33和连杆31铰接在一起；通过第五销轴34将手爪33和手爪推杆29下端铰接在一起。
所述的第一节机械臂下端和第二节机械臂上端通过第一销轴13铰接起来，并保证第一节机械臂下端的第一锥齿轮7与第二节机械臂上端的第二锥齿轮11和第三锥齿轮12啮合。
所述的第二节机械臂下端和第三节机械臂上端通过第二销轴22铰接起来，并保证第二节机械臂下端的第五锥齿轮19和第三节机械臂上端的第六锥齿轮23啮合。
本机械臂通过驱动电机1驱动第一节机械臂内轴5的转动，第一节机械臂上的第一锥齿轮7随第一节机械臂内轴5同步转动，带动第二节机械臂上端的第二锥齿轮11和第三锥齿轮12转动；第三锥齿轮12和第二节机械臂外壳16通过方孔连接，从而带动第二节机械臂随第三锥齿轮12一起绕第一销轴13转动，即实现了第二节机械臂摆动；第二锥齿轮11和第三锥齿轮12同时带动第四锥齿轮14转动，第二节机械臂内轴17和第五锥齿轮19一起随第四锥齿轮14同步转动；第五锥齿轮19带动第六锥齿轮23绕第二销轴22转动；第六锥齿轮23通过方孔与第三节机械臂外壳24连接，从而第三节机械臂随第六锥齿轮23一起绕第二销轴22转动，即实现了第三节机械臂的摆动，第三节机械臂的摆动方向与第二节机械臂摆动方向相反。
所述的第一锥齿轮7、第二锥齿轮11、第三锥齿轮12、第四锥齿轮14、第五锥齿轮19和第六锥齿轮23的模式、压力角、齿宽等参数均相同，因此各个齿轮的转动速度和角度大小均相同。第二节机械臂相对于第一节机械臂摆动时，第三节机械臂相对于第二节机械臂向反方向摆动，因此第三节机械臂和第一节机械臂保持平行。
第三节机械臂内部的气缸25活塞杆的伸出带动手爪推杆29一起伸出将手爪33张开，气缸25活塞杆收回带动手爪推杆29一起收回从而将手爪33收拢。
在本实施例中，所述的螺钉2、电机连接座3、联轴器4、第一节机械臂内轴5、第一节机械臂外壳6、第一锥齿轮7、第一紧定螺钉10、第二锥齿轮11、第三锥齿轮12、第四锥齿轮14、第二紧定螺钉15、第二节机械臂外壳16、第二节机械臂内轴17、第五锥齿轮19、第三紧定螺钉21、第六锥齿轮23、第三节机械臂外壳24、锁紧螺母26、手抓连接套27、螺母28、手抓推杆29、第三销轴30、连杆31、第四销轴32、手爪33和第五销轴34均采用不锈钢或铝合金材料制成。所述的第一支撑环8、第二支撑环18和第三支撑环20采用尼龙材料制作，密封圈9采用橡胶材料制成。
本发明的工作原理如下：
第1步，在抓取异物时，将多关节机械臂调整成直线状态，进入狭窄空间内；
第2步，通过驱动电机调整机械臂的摆动角度，使手爪处于异物上方；
第3步，通过气缸将手爪张开，调整多关节机械臂的高度，使手爪罩在异物上；
第4步，通过气缸使手爪收拢抓取异物；
第5步，通过驱动电机将多关节机械臂调整为直线状态，并离开狭窄空间，完成异物抓取。
上面结合实施例对发明的实施方法作了详细说明，但是发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (7)
1.一种适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：它包括第一节机械臂、第一销轴(13)、第二节机械臂、第二销轴(22)和第三节机械臂；第二节机械臂位于第一节机械臂的下方，第一节机械臂与第二节机械臂通过第一销轴(13)铰接在一起；第三节机械臂位于第二节机械臂的下方，第二节机械臂与第三节机械臂通过第二销轴(22)铰接在一起。
2.根据权利要求1所述的适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：所述的第一节机械臂包括驱动电机(1)、螺钉(2)、电机连接座(3)、联轴器(4)、第一节机械臂内轴(5)、第一节机械臂外壳(6)、第一锥齿轮(7)、第一支撑环(8)、密封圈(9)和第一紧定螺钉(10)；驱动电机(1)通过螺钉(2)固定在电机连接座上(3)；第一节机械臂内轴(5)通过联轴器(4)与驱动电机(1)的输出轴连接在一起；电机连接座(3)与第一节机械臂外壳(6)通过螺纹连接；第一节机械臂内轴(5)穿入第一节机械臂外壳(6)内；第一锥齿轮(7)套在第一节机械臂内轴(5)下端，并嵌入第一节机械臂外壳(6)下端的孔中，通过第一紧定螺钉(10)将第一锥齿轮(7)固定在第一节机械臂内轴(5)上；第一锥齿轮(7)和第一节机械臂外壳(6)之间通过第一支撑环(8)减小摩擦力；第一锥齿轮(7)和第一节机械臂外壳(6)之间通过第一密封圈(9)进行密封。
3.根据权利要求2所述的适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：所述的第二节机械臂包括第二锥齿轮(11)、第三锥齿轮(12)、第四锥齿轮(14)、第二紧定螺钉(15)、第二节机械臂外壳(16)、第二节机械臂内轴(17)、第二支撑环(18)、第五锥齿轮(19)、第三支撑环(20)和第三紧定螺钉(21)；第二锥齿轮(11)装在第二节机械臂外壳(16)上端的左边圆孔内，第三锥齿轮(12)装在第二节机械臂外壳上端的右边方孔内；第二节机械臂内轴(17)穿入第二节机械臂外壳(16)内；第四锥齿轮(14)装在第二节机械臂内轴(17)上端，通过第二紧定螺钉(15)将第四锥齿轮(14)固定在第二节机械臂内轴(17)上端；第四锥齿轮(14)与第二锥齿轮(11)、第三锥齿轮(12)啮合；第四锥齿轮(14)与第二节机械臂外壳(16)上端的孔之间设有第二支撑环(18)以减小摩擦力；第五锥齿轮(19)装在第二节机械臂内轴(17)的下端，通过第三紧定螺钉(21)将第五锥齿轮(19)固定在第二节机械臂内轴(17)下端；第五锥齿轮(19)与第二节机械臂外壳(16)下端的孔之间设有第三支撑环(20)以减小摩擦力。
4.根据权利要求3所述的适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：所述的第三节机械臂包括第六锥齿轮(23)、第三节机械臂外壳(24)、气缸(25)、锁紧螺母(26)、手抓连接套(27)、螺母(28)、手抓推杆(29)、第三销轴(30)、连杆(31)、第四销轴(32)、手爪(33)和第五销轴(34)；第六锥齿轮(23)安装在第三节机械臂外壳(24)上端的方形孔内；气缸(25)固定在第三节机械臂外壳(24)内部；手爪推杆(29)通过螺母(28)固定在气缸(25)的活塞杆上；手爪连接套(27)套在手爪推杆(29)的外面，并通过锁紧螺母(26)固定在第三节机械臂外壳(24)上；连杆(31)通过第三销轴(30)铰接在手爪连接套(27)下端；通过第四销轴(32)将手爪(33)和连杆(31)铰接在一起；通过第五销轴(34)将手爪(33)和手爪推杆(29)下端铰接在一起。
5.根据权利要求4所述的适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：所述的第一节机械臂下端和第二节机械臂上端通过第一销轴(13)铰接起来，并保证第一节机械臂下端的第一锥齿轮(7)与第二节机械臂上端的第二锥齿轮(11)和第三锥齿轮(12)啮合。
6.根据权利要求4所述的适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：所述的第二节机械臂下端和第三节机械臂上端通过第二销轴(22)铰接起来，并保证第二节机械臂下端的第五锥齿轮(19)和第三节机械臂上端的第六锥齿轮(23)啮合。
7.根据权利要求4所述的适用于水下狭窄空间作业的多关节机械臂结构，其特征在于：所述的第一锥齿轮(7)、第二锥齿轮(11)、第三锥齿轮(12)、第四锥齿轮(14)、第五锥齿轮(19)和第六锥齿轮(23)的模式、压力角、齿宽均相同，各个齿轮的转动速度和角度大小均相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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