CN112225148A - 一种取封盖夹具及核工业废料桶处置装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种取封盖夹具及核工业废料桶处置装置，涉及核废料处置设备领域，包括圆盘和安装在圆盘上的至少三个定位爪、至少三个拆装机构、至少三个夹钳；所有定位爪绕圆盘轴线中心对称布置且分别与圆盘转动配合，定位爪相对于圆盘转动以同步改变定位爪与圆盘轴线的间距；拆装机构对应桶盖所配合连接件的位置布置在圆盘上，拆装机构末端设有用于配合连接件的配合部；所有夹钳绕圆盘轴线中心对称布置且分别通过连杆机构铰接同一伸缩机构，伸缩机构通过伸缩使连杆机构带动夹钳沿圆盘径向同步运动；配置专用的取封盖夹具能够快速定位且精准可靠的与废料桶配合，达到提高整体处置速度的效果，满足目前加工生产线的需求。

Description

一种取封盖夹具及核工业废料桶处置装置

技术领域

本公开涉及核废料处置设备领域，特别涉及一种取封盖夹具及核工业废料桶处置装置。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

核能的开发和利用处于高速发展的阶段，此同时，核废料的妥善处理成为了核电发展道路上急需解决的难题。水泥固化线是核废料处理的作业流水线，自动开封盖装置是水泥固化线的核心组成部分。

发明人发现，目前的全自动开封盖设备维护较为困难，维修成本高，而多采用的半自动化加工线虽然能够降低部分维护成本，但是，无法脱离人工实现真正的无人化操作，操作人员需要进入固化车间进行近距离操作；一方面辐射会对操作人员的身体产生难以避免的损害，另一方面，由于操作过程中需要进行手动调节，而操作熟练度直接影响了开封盖速度，而低效率的人工操作会拉低整个加工线效率，目前的生产加工线来处理核废料难以满足实际需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种取封盖夹具及核工业废料桶处置装置，提高固化加工线的加工效率，实现自动取封盖过程，降低工人身体伤害与生产成本，配置专用的取封盖夹具能够快速定位且精准可靠的与废料桶配合，达到提高整体处置速度的效果，满足目前加工生产线的需求。

本公开的第一目的是提供一种取封盖夹具，采用以下技术方案：

包括圆盘和安装在圆盘上的至少三个定位爪、至少三个拆装机构、至少三个夹钳；所有定位爪绕圆盘轴线中心对称布置且分别与圆盘转动配合，定位爪相对于圆盘转动以同步改变定位爪与圆盘轴线的间距；拆装机构对应桶盖所配合连接件的位置布置在圆盘上，拆装机构末端设有用于配合连接件的配合部；所有夹钳绕圆盘轴线中心对称布置且分别通过连杆机构铰接同一伸缩机构，伸缩机构通过伸缩使连杆机构带动夹钳沿圆盘径向同步运动。

进一步地，所述定位爪偏心安装在圆盘上，所有定位爪分别配合有从动齿轮，所有从动齿轮共同配合一传动齿轮，旋转驱动机构输出端配合传动齿轮，旋转驱动机构通过传动齿轮同步驱动定位爪相对于圆盘转动。

进一步地，所述定位爪一端与圆盘转动配合，另一端配合有与圆盘轴线平行定位杆，定位杆用于接触并抵压筒体，并在定位爪转动作用下改变与圆盘轴线的间距。

进一步地，所述拆装机构包括连杆和传感器支架，传感器支架与连杆配合，配合部位于连杆末端，传感器支架末端安装有朝向配合部的定位传感器。

进一步地，所述配合部通过连杆配合有拆装驱动机构，拆装驱动机构带动配合部动作，用于带动配合部对连接件进行拆装。

进一步地，所述伸缩机构输出端配合有连接板，连杆机构为四连杆机构，四连杆机构一侧铰接连接板，另一侧铰接夹钳。

进一步地，所述夹钳末端设有沿圆盘径向凸起于夹钳表面的凸起部，凸起部配合夹钳本体形成用于配合桶盖的勾爪。

本公开的第二目的是提供一种核工业废料桶处置装置，利用如上所述的取封盖夹具。

进一步地，还包括三轴机械臂、输送机构和存放架，输送机构包括滑轨和布置在滑轨上的运输小车，三轴机械臂通过支撑框架架设在滑轨上方，三轴机械臂末端转动配合所述取封盖夹具，存放架布置在支撑框架下方、滑轨的一侧。

进一步地，所述三轴机械臂末端安装有位置驱动机构，位置驱动机构通过对应的传动机构配合取封盖夹具，用于带动取封盖夹具整体转动。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)提高固化加工线的加工效率，实现自动取封盖过程，降低工人身体伤害与生产成本，配置专用的取封盖夹具能够快速定位且精准可靠的与废料桶配合，达到提高整体处置速度的效果，满足目前加工生产线的需求；

(2)利用气缸驱动导杆，利用连杆来控制夹钳的夹紧和松开。连杆夹紧机构应用在螺栓定位后对桶盖的夹紧抓取工作，在螺栓拧紧机对正螺栓之后，升降机构下降，当着箱传感器触发后，机构开始工作，杆在气缸的推动下回收，夹钳夹在桶盖内缘上，由此完成夹紧工作，提高夹钳与废料桶的配合效率和夹紧度；

(3)通过旋转驱动机构带动多个定位爪动作，定位爪在同步移动过程中，推动所配合的废料桶逐渐趋于中心位置，实现对废料桶的自动定心，使得废料桶能够逐渐随定位爪达到卡钳的配合位置，减少了对废料桶和夹具的多次调整过程。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开实施例1、2、3中处置装置的整体结构示意图；

图2为本公开实施例1、2、3中升降机构的结构示意图；

图3为本公开实施例1、2、3中平动机构的结构示意图；

图4是本公开实施例1、2、3中旋转机构的结构示意图；

图5是本公开实施例1、2、3中取封盖夹具的整体结构；

图6是本公开实施例1、2、3中同步旋转装置的结构示意图；

图7是本公开实施例1、2、3中螺栓定位的示意图；

图8是本公开实施例1、2、3中螺栓孔定位的示意图；

图9是本公开实施例1、2、3中夹钳配合桶盖的结构示意图；

图10是本公开实施例1、2、3中平动机构动力同步控制流程图；

图11是本公开实施例1、2、3中双机热备动力设计示意图；

图12是本公开实施例1、2、3中定位爪的配合示意图；

图13是本公开实施例1、2、3中单线路闭环串联控制流程图；

图14是本公开实施例1、2、3中多线路并联闭环控制流程图；

图15是本公开实施例1、2、3中封盖工作流程示意图；

图16是本公开实施例1、2、3中定位爪的工作示意图。

图中，1、升降机构，2、平动机构，3、旋转机构，4、抓取机，5、支撑框架，6、金属桶盖，7、桶盖存放架，8、金属桶身，9、运输小车，10、交流伺服电机，11、减速器，12、联轴器，13、升降机构主体，14、承重板，15、升降丝杠，16、升降导轨，17、升降滑块，18、升降滑块固定板，19、升降丝杠副，20、平动伺服电机，21、平动丝杠支架，22、限位开关，23、平动导轨，24、平动丝杠，25、平动丝杠副，26、平动滑块固定板，27、平动滑块，28、联轴器，29、减速器，30、交流伺服电机，31连接螺栓，32、大齿轮安装轴，33、小齿轮轴，34、联轴器，35、减速器，36、步进伺服电机，37、旋转大齿轮，38、上安装圆筒，39、下安装圆筒，40、螺栓拧紧机，41、同步旋转装置，42、安装圆盘，43、定位爪，44、夹紧气缸，45、激光传感器安装板，46、夹钳，47、螺栓定位激光传感器，48、螺栓孔定位激光传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中采用的半自动化加工线虽然能够降低部分维护成本，无法脱离人工实现真正的无人化操作，操作人员需要进入固化车间进行近距离操作；针对上述问题，本公开提出了一种取封盖夹具及核工业废料桶处置装置。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图16所示，提出了一种取封盖夹具。

如图5所示，主要包括安装圆盘42、定位爪43、拆装机构和夹钳46，根据三点定圆原则，配置至少三个定位爪、至少三个拆装机构和至少三个夹钳；

所有定位爪绕圆盘轴线中心对称布置且分别与圆盘转动配合，定位爪相对于圆盘转动以同步改变定位爪与圆盘轴线的间距，从而改变定位爪所确定圆的直径，定位爪能够接触并抵压废料桶，推动废料桶逐渐趋于与圆盘同轴的位置，逐渐定位废料桶至与拆装机构、夹钳对应配合的位置；

对于拆装机构，对应桶盖所配合连接件的位置布置在圆盘上，拆装机构末端设有用于配合连接件的配合部；

配合部能够与桶盖上的连接件进行配合，并将连接件拆除或将连接件安装到桶盖上以连接废料桶桶身；

对于夹钳，所有夹钳绕圆盘轴线中心对称布置且分别通过连杆机构铰接同一伸缩机构，伸缩机构通过伸缩使连杆机构带动夹钳沿圆盘径向同步运动，通过推动圆盘沿径向运动，能够改变夹钳距离圆盘轴线的距离，扩张或回缩实现配合夹持桶盖或解除与桶盖的配合。

具体的，取封盖夹具作为抓取机构，主要实现对桶盖进行抓取以及螺栓的定位拧紧；

在对桶盖与桶身中心定位的过程中，使用同步旋转机构来控制三只抱桶定位爪同步旋转收缩使其同心；桶盖定位的过程中，使用气缸推动曲柄滑块机构来控制三只夹钳同步张开达到桶盖中心与抓取机构中心重合的目的；

定位爪偏心安装在圆盘上，所有定位爪分别配合有从动齿轮，所有从动齿轮共同配合一传动齿轮，旋转驱动机构输出端配合传动齿轮，旋转驱动机构通过传动齿轮同步驱动定位爪相对于圆盘转动；

所述定位爪一端与圆盘转动配合，另一端配合有与圆盘轴线平行定位杆，定位杆用于接触并抵压筒体，并在定位爪转动作用下改变与圆盘轴线的间距。

在外部驱动机构带动夹具移动的过程中，容易出现定位爪机构中心与固化桶盖中心出现偏离的情况，为使拆装机构能够准确的进行螺栓及螺栓孔配合的工作，通过定位爪对定位爪机构中心与固化桶盖中心的偏差进行纠正；

通过旋转驱动机构带动多个定位爪动作，定位爪在同步移动过程中，推动所配合的废料桶逐渐趋于中心位置，实现对废料桶的自动定心，使得废料桶能够逐渐随定位爪达到卡钳的配合位置，减少了对废料桶和夹具的多次调整过程。

如图6所示，在分析现有设计激光传感器及抱桶定位爪的基础上，为了尽量减少核辐射对电子元器件的影响并提高抓取机构卡紧的精确性及可靠性，方案选择以齿轮传动的同步旋转机构代来增加机械部分定位的精确度以达到装置要求精度增加装置的持续工作能力。定位爪形成的同步旋转收紧机构主要由主传动轴、副传动轴、主传动齿轮、副传动齿轮和抱桶定位爪构成。旋转力矩由步进电机通过主传动轴输入，通过齿轮传动带动三个抱桶定位爪进行同步旋转来实现对定位装置对固化桶桶盖和桶体的中心定位。由于机构采用齿轮的传动形式，运动精确且可靠性较强；抱桶定位爪同步同向旋转还具有自动纠偏功能，降低了平动机构各部位的精度要求，节约了制造成本。

以桶盖的法兰直径为772mm为例，抱桶定位爪要想将桶盖抱住，其展开的直径需要大于桶盖的法兰盘直径772mm；

由于抱桶定位爪展开的尺寸半径越大，同步抱桶定位爪越容易将桶盖抱住，装置对平动机构的运行精度要求也越低，但是随着定位机构半径的增大，抱桶定位爪容易与螺栓拧紧机发生干涉，所以应当选取一个合适的主传动轴和副传动轴的中心偏移d，使得在定位机构与螺栓拧紧机不干涉的情况下最大限度地完成纠偏工作；

在抱桶定位爪不干涉螺栓拧紧机的情况下，对机构进行了设计，除掉抱桶定位抓轴承的半径14mm，其中心与固化桶盖中心存在最大可以容忍的距离偏差d＝60mm。当定位机构与固化桶中心偏差距离大于d，定位机构便无法抱住桶盖及桶体。通过定位爪同步旋转结构来实现抓取机构的自动纠偏功能，其功能原理如图16所示.当定位机构与固化桶盖有一定偏差时，此时定位爪同步旋转，定位爪伸开的最大轮廓外圆始终为一个与抓取机构同心圆，其半径由大到小变化。

依据：

由于定位机构完全展开的轮廓圆直径大于固化桶盖法兰盘的直径，且定位机构完全收缩时最大轮廓圆直径小于固化桶法兰盘直径。因此，在定位机构由完全展开状态开始向完全收缩状态转变时，抱桶定位爪肯定会与固化桶盖法兰盘外壁接触。当定位机构和固化桶盖存在偏心时，在抱桶定位爪收缩过程中总会有一至两个定位爪先与固化桶法兰盘接触，由于力的反作用，桶盖会在定位爪的作用之下向另一定位爪方向运动，直至最后一个定位爪也与法兰盘接触，此时，三个定位爪形成的轮廓圆与法兰盘重合，定位机构卡死同时实现装置与桶盖的同心对正。因此，只要定位机构与固化桶之间距离偏差小于主传动轴和副传动轴的中心的最大可容忍偏差d＝60mm，定位机构就可以纠正固化桶与抓取机构之间的偏差。

对于拆装机构，所述拆装机构包括连杆和传感器支架，传感器支架与连杆配合，配合部位于连杆末端，传感器支架末端安装有朝向配合部的定位传感器；

所述配合部通过连杆配合有拆装驱动机构，拆装驱动机构带动配合部动作，用于带动配合部对连接件进行拆装。

在本实施例中，其为螺栓拧紧机构配合定位传感器形成的连接件拆装机构，在定位爪对桶中心进行初步定位后，夹具整体旋转带动螺栓拧紧机构转动，改变与桶盖上螺栓的相对位置，并配合定位传感器对螺栓或螺栓孔进行定位；

取盖时，由于螺栓激光定位传感器和抱桶定位爪都固定在抓取部上，所以他们同时旋转或停止，当螺栓激光定位传感器检测到螺栓传出信号，系统将信号传输到旋转机构使其停止旋转；螺栓拧紧机正对螺栓进行组合。

螺栓孔定位同样通过激光传感器实现，其与螺栓定位的区别在于：螺栓定位时激光传感器是垂直于桶身安装，而螺栓孔定位时激光传感器是与桶身有一定角度安装的，当激光传感器扫描到螺栓孔时信号的变化时，旋转装置停止工作，停下之后螺栓正对螺栓孔，升降机构下降将螺栓与螺栓孔对正。

在固化加工线上，自动开封盖装置抓取机构主要工作为抓紧和松开固化桶盖，因此固化桶盖的结构形式在一定程度上决定了抓取机构的结构形式。目前常用的抓取装置有吸盘、伸缩气缸等机构。吸盘有真空吸盘和电磁吸盘两类，真空吸盘是利用大气压差进行夹紧，而电磁吸盘是利用电磁铁的吸引力对金属固化桶进行吸取。由于固化桶表面光滑，所以吸盘类工具非常适合用作该装置的抓取部件，但是由于真空吸盘长期使用易磨损和老化，易出现漏气造成事故；电磁吸盘也容易出现突然断电或电磁失灵的状况，在核工业上使用非常危险。因此，吸盘式的抓取机构很难满足固化桶转运安全性的要求。由于固化桶结构比较特殊，法兰盘外圆比较光滑，难以进行抓紧。

而在本实施中，所述伸缩机构输出端配合有连接板，连杆机构为四连杆机构，四连杆机构一侧铰接连接板，另一侧铰接夹钳；

所述夹钳末端设有沿圆盘径向凸起于夹钳表面的凸起部，凸起部配合夹钳本体形成用于配合桶盖的勾爪；

具体的，相比较而言大部分固化桶盖内部设计有内法兰盘，利用该结构进行卡紧比较符合核工业安全可靠的要求，所以在本装置中采用内扣式夹紧的形式。该结构利用气缸驱动导杆，利用连杆来控制夹钳的夹紧和松开。连杆夹紧机构应用在螺栓定位后对桶盖的夹紧抓取工作，在螺栓拧紧机对正螺栓之后，升降机构下降，当着箱传感器触发后，机构开始工作。此时，导杆在气缸的推动下回收，夹钳夹在桶盖内缘上，由此完成夹紧工作。

利用气缸驱动导杆，利用连杆来控制夹钳的夹紧和松开。连杆夹紧机构应用在螺栓定位后对桶盖的夹紧抓取工作，在螺栓拧紧机对正螺栓之后，升降机构下降，当着箱传感器触发后，机构开始工作，杆在气缸的推动下回收，夹钳夹在桶盖内缘上，由此完成夹紧工作，提高夹钳与废料桶的配合效率和夹紧度。

实施例2

本公开的另一典型实施方式中，如图1-图16所示，提出了一种核工业废料桶处置装置。

主要包括三轴机械臂、输送机构、存放架和实施例1中所述的取封盖夹具，输送机构包括滑轨和布置在滑轨上的运输小车，三轴机械臂通过支撑框架架设在滑轨上方，三轴机械臂末端转动配合所述取封盖夹具，存放架布置在支撑框架下方、滑轨的一侧；

所述三轴机械臂末端安装有位置驱动机构，位置驱动机构通过对应的传动机构配合取封盖夹具，用于带动取封盖夹具整体转动。

具体的，对于三轴机械臂，其包括平动机构、升降机构和旋转机构，其整体安装在支撑框架上，取封盖夹具作为机械臂末端的抓取机构，对固化桶盖进行取下或封装；

平动机构主要由平动丝杠支架、限位开关、平动导轨、平动丝杠、平动丝杠副、平动滑块固定板、平动滑块、联轴器、减速器、交流伺服电机等构成。平动机构两端的丝杠支架固定在支撑框架上，同时平动导轨也通过螺栓固定在上边。传动方式为丝杠传动，通过平动电机旋转经过减速器、联轴器带动丝杠旋转实现平动机构的水平运动；

平动机构利用同一个控制信号对双边的交流伺服电机进行控制，使其驱动分别对应的滚珠丝杠使装置可以在导轨上水平运动，双边同时运动或者停止。这样结构对称，受力平衡，对丝杠间隙误差的消除有一定帮助，并且平动机构采用闭环控制，利用绝对值编码器进行位移测量，同时采用精度很高的直线导轨减小滑动摩擦，有利于实现装置的精准定位。

升降机构主要由交流伺服电机、减速器、联轴器、升降机构主体、承重板、升降丝杠、升降导轨、升降滑块、升降滑块固定板、升降丝杠副和推力调心滚子轴承等构成。该机构主要是控制装置在竖直方向的运动，当停止供电系统会自我锁定，避免意外事故。升降机构同水平机构一样采用双丝杠传动，通过升降电机旋转经过减速器、联轴器带动丝杠旋转实现升降机构的升降运动。

旋转机构主要由连接螺栓、大齿轮安装轴、小齿轮轴、联轴器、减速器、步进伺服电机、旋转大齿轮、上安装圆筒、下安装圆筒和推力调心滚子轴承等构成。该机构由步进电机直接驱动，传动方式采用齿轮传动，通过与承重板固定在一起的大齿轮与下方抓取机构固定在一起的小齿轮的相对运动来实现带动抓取机构旋转，完成拧紧机对正螺栓以及螺栓对正螺栓孔的工作。

在制造自动开封盖装置时，首先要对零部件的材料进行选择，在所使用的材料中，电子元件对辐射最为敏感，而金属材料抵抗力很强，所以应当尽量采取金属部件，减少有机材料和电子元件的使用，对于无法避免使用的易损零部件，应采取以下措施进行防护。

核辐射屏蔽材料可以通过减缓一次粒子的能量、产生并吸收次级辐射来削弱核辐射强度来达到保护装置元件的目的。尽管在易损元件周围增加屏蔽有较好的抗辐射效果，但是在生产实际中不能无限度的增加屏蔽的厚度，否则就会使装置自动迅速增加，造成装置的“死重”问题，使装置负载能力大幅度下降。所以可以考虑局部屏蔽方法，即在重要电子元件等的表面增加屏蔽材料，在增强其抗辐射能力的同时尽量减少装置的负重。

除掉在重要元件加装局部屏蔽之外，还在需要屏蔽的机构的外围加装整体屏蔽，整体屏蔽材料由纯钨制成，内部空间在原有机构的基础上前后左右均留有余量，为机构引线等留出空间。

系统的冗余设计也是自动开封盖装置实现完全自动化的关键设计之一。根据国家《特种设备安全技术规范TSG QO002.2007》标准规定，核工业特种设备需要设有动力备份。因为相比较普通的自动化系统而言，核工业系统由于其在工作过程无法人为进行干预，所以要求自动开封盖装置在运行过程中因尽量减少故障率以免装置停运，所以在装置中需要对装置潜在的故障点进行冗余保护设计，最大程度上减少装置因故障造成的装置停运与人工干预，提高系统的安全性和可靠性。

平动机构主要负责自动开封盖装置在水平方向上的运动和定位，由于装置对水平方向上的位置精度的要求很高，所以为了提高平动机构的定位精度和运行的可靠性，在机构指定位置依次设置减速限位开关、停止限位开关和超行程限位开关，其工作原理为当机构触碰到减速限位开关时开始减速，在停止限位开关处停止运动，若通过停止限位开关触碰到超行程开关，装置断电停止工作，同时还采用精度较高的交流伺服电机作为平动机构的动力源。驱动方式选择双边驱动的驱动方式，用同一个控制信号同时对两个电机进行驱动，结构对称，受力平衡，并且对丝杠间隙误差的消除有一定帮助，提高了装置的定位精度。并且可以有效避免在一边电机发生故障的状况下，备份电机可以提供动力进行短时间的工作。除了上述所采用的提高装置定位精度的措施之外，平动机构两端同时采用自带编码器和绝对值编码器相结合的控制方式来提高系统的定位精度和可靠性。平动机构动力同步控制设计如图10所示。

定位机构主要负责固化桶桶盖的抓取定位以及桶盖与桶身的中心对正定位部分，是装置的关键机构之一，其可靠性直接决定这整个装置功能实现可靠性，因此，为提高定位机构的可靠性，同样对定位机构做了动力双机热备份的设计。正常工作时，主电机工作，备用电机不运转，主离合为电磁常闭离合，备用离合为电磁常开离合，此时动力有主电机输入；当主电机发生堵转或者其他故障时，控制系统立刻做出反应使主离合分开，备用离合闭合，完成主电机驱动到备份电机驱动的转换，此时动力由备用电机输入。动力经传动系统作用于抱桶定位爪上，控制抱桶定位爪的张开和夹紧。

双机热备动力设计示意图如图11，三维建模图如图12。

就工程上对机械装置的控制方法而言，主要有单线路闭环串联控制及多线路并联闭环控制两种控制方法。其中应用最多的是单线路闭环串联方案，其控制流程如图13所示，

单线路闭环串联系统的优点是流程简单、运行流畅并且经济，广泛应用于普通的自动化装置中，但将其使用在核工业场景下，由于其控制线路过于简单，极易出现故障。可靠性较差，无法满足核废料处理环境下的装置需求。所以为了提高系统的可靠性和安全性，尽量减少人为干预，自动开封盖装置采用多线路并联闭环的控制方法来进行控制，由于其较多的冗余极大地保障了系统的安全平稳运行，多线路并联闭环控制方法如图14所示。

采用多线路并联的控制方案虽然使得整个自动开封盖装置的结构更加复杂，制造费用也更加高昂，但是它极大可能地保障了装置的安全平稳运行，非常符合核电工程对装置的要求。利用并联闭环控制方法对自动开封盖装置进行设计，建立封盖工作流程如图15所示。

综上所述，自动开封盖装置控制系统设计方案以选取多线路并联方案为宜。结合系统的结构组成与运行特点，为实现多线路并联方案工作流程，需要对影响装置运行的主要组成部分，包括平动机构、升降机构、定位机构以及旋转机构进行冗余与保护设计。

在升降机构下降的过程中，由于平动机构定位的误差以及运动机构其他制造安装误差的存在，很容易出现定位机构中心与固化桶盖中心出现偏离的现象。为使定位机构能顺利地进行螺栓及螺栓孔的工作，通过夹具的定位爪机构对定位机构中心与固化桶盖中心之间的偏差进行纠正。

桶盖存放架主要由桶盖定位传感器、螺栓定位传感器以及桶盖距离传感器等组成，首先桶盖距离传感器监测桶盖和抓取部位的距离，然后升降装置控制抓取机构下降，其中通过安装在升降丝杠上的绝对值编码器进行计算，当抓取部下降到距桶盖一定距离时定位装置工作，进行螺栓拧紧机和螺栓的对正，然后升降机构继续下降，着箱传感器触发之后升降机构停止工作，抓取机构开始工作，待抓取工作结束后，升降机构上升完成后续工作。

实施例3

本公开的再一典型实施例中，给出一种如实施例2中核工业废料桶处置装置的工作方法。

如图1所示，主要由升降机构1、平动机构2、旋转机构3以及抓取机构4组成，以上四个机构安装支撑框架5上，除此之外被取下来的金属桶盖6放置在一侧的桶盖存放架7上，桶身8由运输小车9运入运出。

其完整的工作流程为：

(1)取盖流程

如图1和图2所示，运输小车9将封着盖的金属桶运到指定位置停下，在上方等待的升降机构1开始运动，在交流伺服电机10的驱动下，经减速器11和联轴器12，升降丝杠15旋转，带动承重板14下降，当下降指定距离后，在交流伺服电机10停止转动，装置自锁；

如图4和图5所示，此时抱桶定位爪43在同步旋转装置41的驱动下逐渐收紧，使得金属桶与抓取机构同心，螺栓定位激光传感器47工作，在步进驱动电机35的驱动下，通过大齿轮36与小齿轮32的相对运动使得旋转机构带动抓取机构相对金属桶转动，当螺栓定位激光传感器47发出信号后停止转动，此时升降机构1继续下降，使得螺栓拧紧机40与金属桶上的螺栓相接触，然后将螺栓松开，升降机构上升至一段距离，旋转机构控制抓取机构旋转30°，此时升降机构再次下降使螺栓拧紧机40与金属桶上的螺栓相接触将螺栓松开，然后夹钳46在推动气缸44的驱动下打开，抓住金属桶盖6内法兰，升降机构上升至初始位置；

如图3所示，当金属桶盖被抓取提升到升降机构初始位置后，平动机构将其运输到桶盖存放架上方，具体流程为平动伺服电机20工作，使装置在平动丝杠24的作用下向左运动，当机构将要到达指定位置时逐渐减速，碰到限位开关22时平动伺服电动机20停止运动并自锁，完成桶盖的水平运输；

此时升降机构下降，当位于抓取机构上的着箱传感器触碰到桶盖存放架上的桶盖时，停止下降，夹钳46松开桶盖，完成取盖工作。

(2)封盖流程

当检测到载着盛满核废料金属桶的运输小车9到达指定位置时，平动机构2控制抓取机构停止在桶盖存放架7上方，然后升降机构1缓慢下降等待着箱传感器触发，当传感器触发后，抱桶定位爪43在同步旋转装置41的作用下收紧实现桶盖与抓取机构4的中心对正，然后螺栓定位激光传感器47工作，当检测到螺栓时，升降机构1控制抓取机构在下降提前预设好的一段距离使螺栓拧紧机40与螺栓帽对正，此时在气缸44的推动下夹钳46夹紧桶盖6，抱桶定位爪43松开，桶盖在夹钳46的夹紧下随升降机构1升高到指定位置，然后平动机构2将其转运到运输小车8上方，随后升降机构1下降，带动承重板14下降，当下降指定距离后，在交流伺服电机10停止转动，装置自锁；

此时抱桶定位爪43在同步旋转装置41的驱动下逐渐收紧，使得金属桶与抓取机构同样和金属桶盖同心，螺栓孔定位激光传感器48工作，在步进驱动电机35的驱动下，通过大齿轮36与小齿轮32的相对运动使得旋转机构带动金属桶盖相对金属桶转动，当螺栓孔定位激光传感器48发出信号后停止转动，此时升降机构1继续下降，使得螺栓与金属桶上的螺栓孔相接触，然后利用螺栓拧紧机40将螺栓拧紧，升降机构上升至一段距离，旋转机构控制抓取机构旋转30°，此时升降机构再次下降使螺栓拧紧机40将剩余的一半螺栓拧紧，然后夹钳46在推动气缸44的驱动下收缩，升降机构上升至初始位置。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种取封盖夹具，其特征在于，包括圆盘和安装在圆盘上的至少三个定位爪、至少三个拆装机构、至少三个夹钳；

所有定位爪绕圆盘轴线中心对称布置且分别与圆盘转动配合，定位爪相对于圆盘转动以同步改变定位爪与圆盘轴线的间距；

拆装机构对应桶盖所配合连接件的位置布置在圆盘上，拆装机构末端设有用于配合连接件的配合部；

所有夹钳绕圆盘轴线中心对称布置且分别通过连杆机构铰接同一伸缩机构，伸缩机构通过伸缩使连杆机构带动夹钳沿圆盘径向同步运动。

2.如权利要求1所述的取封盖夹具，其特征在于，所述定位爪偏心安装在圆盘上，所有定位爪分别配合有从动齿轮，所有从动齿轮共同配合一传动齿轮，旋转驱动机构输出端配合传动齿轮，旋转驱动机构通过传动齿轮同步驱动定位爪相对于圆盘转动。

3.如权利要求2所述的取封盖夹具，其特征在于，所述定位爪一端与圆盘转动配合，另一端配合有与圆盘轴线平行定位杆，定位杆用于接触并抵压筒体，并在定位爪转动作用下改变与圆盘轴线的间距。

4.如权利要求1所述的取封盖夹具，其特征在于，所述拆装机构包括连杆和传感器支架，传感器支架与连杆配合，配合部位于连杆末端，传感器支架末端安装有朝向配合部的定位传感器。

5.如权利要求4所述的取封盖夹具，其特征在于，所述配合部通过连杆配合有拆装驱动机构，拆装驱动机构带动配合部动作，用于带动配合部对连接件进行拆装。

6.如权利要求1所述的取封盖夹具，其特征在于，所述伸缩机构输出端配合有连接板，连杆机构为四连杆机构，四连杆机构一侧铰接连接板，另一侧铰接夹钳。

7.如权利要求6所述的取封盖夹具，其特征在于，所述夹钳末端设有沿圆盘径向凸起于夹钳表面的凸起部，凸起部配合夹钳本体形成用于配合桶盖的勾爪。

8.一种核工业废料桶处置装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的取封盖夹具。

9.如权利要求8所述的核工业废料桶处置装置，其特征在于，还包括三轴机械臂、输送机构和存放架，输送机构包括滑轨和布置在滑轨上的运输小车，三轴机械臂通过支撑框架架设在滑轨上方，三轴机械臂末端转动配合所述取封盖夹具，存放架布置在支撑框架下方、滑轨的一侧。

10.如权利要求9所述的核工业废料桶处理装置，其特征在于，所述三轴机械臂末端安装有位置驱动机构，位置驱动机构通过对应的传动机构配合取封盖夹具，用于带动取封盖夹具整体转动。

Images