CN112743327B

CN112743327B - 一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人

Info

Publication number: CN112743327B
Application number: CN202011610490.9A
Authority: CN
Inventors: 杨斌; 肖可; 王俊兰; 胡鑫; 胡娜
Original assignee: Research Institute of Nuclear Power Operation
Current assignee: Research Institute of Nuclear Power Operation
Priority date: 2020-12-30
Filing date: 2020-12-30
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2040-12-30
Also published as: CN112743327A

Abstract

本发明具体涉及一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，包括六轴串联关节，所述六轴串联关节的每个关节均为一个独立的伺服控制系统，所述六轴串联关节的第一个关节安装脚趾，所述六轴串联关节的最后一个关节安装拆装执行末端。本发明提供的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，能够安装在一次侧水室内部，实现自动实现对一次侧水室堵板的抓取、转运和拆装。

Description

一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人

技术领域

本发明属于核工业机器人领域，具体涉及一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人。

背景技术

核电站换料大修期间，需要通过一次侧高水位堵板对蒸汽发生器主管道进行隔离，以保证核电站高水位时可同时进行蒸汽发生器内的其他检修工作，节省大修时间。目前核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板的安装和拆除普遍采取人工操作的方式实现。核电站蒸汽发生器内属于高辐射区域，且空间相对密闭、狭窄，在人工拆装一次侧高水位堵板过程中，存在人员受照剂量大，安装质量受人为因素影响较大的问题，国内已出现多起因人员安装质量导致一回路水大量泄露，造成核岛大面积放射性污染。

发明内容

基于此，有必要针对人工拆装核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板存在的人员受照剂量大，安装质量受人为因素影响较大的问题，提供一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，该机器人能够安装在一次侧水室内部，实现对一次侧高水位堵板的抓取、转运以及自动拆装。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，包括六轴串联关节，所述六轴串联关节的每个关节均为一个独立的伺服控制系统，所述六轴串联关节的第一个关节安装脚趾，所述六轴串联关节的最后一个关节安装拆装执行末端。

进一步地，所述六轴串联关节包括依次串联的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，所述第一关节、第二关节、第三关节、第五关节和第六关节为转动副，所述第四关节为移动副。

进一步地，所述第一关节、第二关节和第三关节均为旋转关节；所述第一关节和第二关节正交；所述第二关节与第三关节正交；所述第三关节相对第一关节有偏心，构成球铰关节；所述第五关节和第六关节均为转动关节，所述第五关节和第六关节正交，构成腕关节。

进一步地，所述第一关节、第二关节和第五关节均设置允许转动角度范围，所述第四关节设置最大行程范围，所述第一关节、第二关节、第四关节和第五关节均设置机械限位和限位开关。

进一步地，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节上均设置独立的电机和编码器。

进一步地，所述第一关节、第二关节和第三关节上设置的电机和编码器有一定的互换性。

进一步地，所述编码器包括但不限于高耐辐照的旋转编码器。

进一步地，所述第一关节、第二关节和第三关节上的电机均为无框力矩电机，所述第一关节、第二关节和第三关节均通过谐波减速器与无框力矩电机连接；所述第四关节上的电机为电缸；所述第五关节和第六关节上的电机均为无框直流电机，所述第五关节和第六关节均通过谐波减速器与无框直流电机连接。

进一步地，所述拆装执行末端包括气锁、定位支架和螺栓拧紧轴，所述气锁包括气锁公头和气锁母头，所述气锁公头用于与第六关节下端连接固定，所述气锁公头与气锁母头自动连接和脱开，所述气锁母头与定位支架连接，所述螺栓拧紧轴安装在定位支架上。

进一步地，所述螺栓拧紧轴为自带控制系统的自动拧紧机构，对螺栓拧紧过程进行控制。

进一步地，所述第六关节上还安装有相机模块。

进一步地，所述核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人还包括外部控制箱，所述外部控制箱与所述六轴串联关节后置连接。

进一步地，所述核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人的电气元件为高耐辐照电气元件。

进一步地，所述电气元件施加防潮措施，所述防潮措施包括但不限于对电气元件采用防水接插件密封，对电气元件采用防水胶布密封，对电气元件采用热缩管密封，以及对电气元件采用灌胶密封。

本发明的有益技术效果：

本发明提供的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，能够安装在一次侧水室内部，实现自动实现对一次侧水室堵板的抓取、转运和拆装。

本发明提供的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，可自动实现一次侧高水位堵板在一次侧水室人孔到法兰环座之间的移动。

本发明提供的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，对一次侧高水位堵板任一位置可达，且姿态可调，可实现一次侧高水位堵板上任一位置的一次侧高水位堵板螺栓的自动拆装。

本发明提供的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，可在1/4半球内按照球面坐标系进行运动，具备对1/4半球内空间点的位置可达和姿态可调，同时具备较小的空间干涉，满足对拆装执行末端快换更换、一次侧高水位堵板安装和一次侧高水位堵板螺栓拧紧核心作业任务的运动可达性要求。

附图说明

图1为本发明的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人安装示意图；

图2为本发明的拆装执行末端结构示意图；

图3为本发明的一次侧高水位堵板结构示意图。

图中，1、第一关节；2、第二关节；3、第三关节；4、第四关节；5、第五关节；6、第六关节；7、脚趾；8、一次侧水室；9、一次侧水室人孔；10、法兰环座；11、一次侧高水位堵板；12、气锁公头；13、气锁母头；14、定位支架；15、螺栓拧紧轴；16、限位槽；17、一次侧高水位堵板螺栓。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“左端”、“右端”、“上方”、“下方”、“外侧”、“内侧”、“上端”、“下端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，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发明的限制。

本发明提供一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，包括六轴串联关节，所述六轴串联关节包括依次串联的第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、第五关节5和第六关节6，所述第一关节1上端安装脚趾7，所述第六关节6下端安装拆装执行末端。

所述第一关节1、第二关节2、第三关节3、第五关节5和第六关节6为转动副，所述第四关节4为移动副。具体地，所述第一关节1、第二关节2和第三关节3均为旋转关节；所述第一关节1和第二关节2正交；所述第二关节2与第三关节3正交；所述第三关节3相对第一关节1有偏心，构成球铰关节；所述第五关节5和第六关节6均为转动关节，所述第五关节5和第六关节6正交，构成腕关节。

所述第一关节1、第二关节2和第五关节5均设置允许转动角度范围，所述第四关节4设置最大行程范围，所述第一关节1、第二关节2、第四关节4和第五关节5均设置机械限位和限位开关。

所述第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、第五关节5和第六关节6上均设置独立的伺服控制系统，以独立控制相应关节的运动，使得机器人在蒸汽发生器内特定位置实现特定姿态，满足一次侧高水位堵板11拆装的作业任务需求。具体地，所述第一关节1、第二关节2、第三关节3、第四关节4、第五关节5和第六关节6上均设置独立的电机和编码器，所述编码器包括但不限于高耐辐照的旋转编码器；所述第一关节1、第二关节2和第三关节3上设置的电机和编码器有一定的互换性。

所述第一关节1、第二关节2和第三关节3上的电机均为无框力矩电机，所述第一关节1、第二关节2和第三关节3均采用谐波减速器增大输出力矩，降低转速；所述第四关节4上的电机为电缸，电缸具有一定的伸缩量，可提供较大的推力，同时结构紧凑；所述第五关节5和第六关节6上的电机均为无框直流电机，所述第五关节5和第六关节6均采用谐波减速器增大输出力矩，降低转速。

六轴串联关节的上述结构，在避免各关节干涉的同时具有良好的可达性，同时将球铰关节集中在机械臂根部，降低了机器人转动惯量，同时降低了末端腕关节空间干涉范围。

所述拆装执行末端包括气锁、定位支架14和螺栓拧紧轴15，所述气锁包括气锁公头12和气锁母头13，所述气锁公头12用于与第六关节6下端连接固定，所述气锁公头12与气锁母头13自动连接和脱开，所述气锁母头13与定位支架14连接，所述螺栓拧紧轴15安装在定位支架14上。

所述定位支架14插入到与之适配的一次侧高水位堵板11的定位槽16中，螺栓拧紧轴15正对一次侧高水位堵板螺栓17，实现对一次侧高水位堵板螺栓17的定位。

所述螺栓拧紧轴15为自带控制系统的自动拧紧机构，所述控制系统可对安装力矩和旋进量等拧紧过程进行控制。

所述第六关节6上还安装有一个相机模块，通过视觉辅助去标定准确的位置，使抓取、安装一次侧高水位堵板11(拧紧一次侧高水位堵板螺栓17)的位置控制更加精确。

所述核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人还包括外部控制箱，所述外部控制箱与所述六轴串联关节后置连接，以尽可能减少六轴串联关节的辐射敏感电气元件。

所述核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人的电气元件为高耐辐照电气元件，保证电气元件在一次侧水室8的辐照剂量水平下可以稳定运行。

所述电气元件施加防潮措施，所述防潮措施包括但不限于对电气元件采用防水接插件密封，对电气元件采用防水胶布密封，对电气元件采用热缩管密封，以及对电气元件采用灌胶密封，避免电气元件在潮湿的蒸汽发生器中短路损坏设备。

使用时，将核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人通过一次侧水室人孔9送入到一次侧水室8中，通过脚趾7将核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人整体固定在一次侧水室8的管板上，通过独立的伺服控制系统实现各关节的位置和姿态的调整。

将一次侧高水位堵板11放置在一次侧水室人孔9处，通过控制系统操控机器人实现在一次侧水室人孔9对一次侧高水位堵板11进行抓取，之后将其转运到法兰环座10上方，通过控制系统将调整六轴串联关节的位置和姿态。

对一次侧高水位堵板11周向上的某个螺栓拆装时，先通过六轴串联关节将拆装执行末端运送至目标螺栓位，将定位支架14插入到定位槽16中，螺栓拧紧轴15正对一次侧高水位堵板螺栓17，实现对一次侧高水位堵板螺栓17的定位。

定位完成后，螺栓拧紧轴4实现对一次侧高水位堵板螺栓17的拆装动作，将一次侧高水位堵板螺栓17安装在法兰环座10上。安装力矩和旋进量等拆装过程通过螺栓拧紧轴4的控制系统进行控制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，包括六轴串联关节，所述六轴串联关节的每个关节均为一个独立的伺服控制系统，所述六轴串联关节的第一个关节安装脚趾，所述六轴串联关节的最后一个关节安装拆装执行末端；所述拆装执行末端包括气锁、定位支架和螺栓拧紧轴，所述气锁包括气锁公头和气锁母头，所述气锁公头用于与第六关节下端连接固定，所述气锁公头与气锁母头自动连接和脱开，所述气锁母头与定位支架连接，所述螺栓拧紧轴安装在定位支架上。

2.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述螺栓拧紧轴为自带控制系统的自动拧紧机构，对螺栓拧紧过程进行控制。

3.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述六轴串联关节包括依次串联的第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节，所述第一关节、第二关节、第三关节、第五关节和第六关节为转动副，所述第四关节为移动副。

4.根据权利要求3所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述第一关节、第二关节和第三关节均为旋转关节；所述第一关节和第二关节正交；所述第二关节与第三关节正交；所述第三关节相对第一关节有偏心，构成球铰关节；所述第五关节和第六关节均为转动关节，所述第五关节和第六关节正交，构成腕关节。

5.根据权利要求3所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述第一关节、第二关节和第五关节均设置允许转动角度范围，所述第四关节设置最大行程范围，所述第一关节、第二关节、第四关节和第五关节均设置机械限位和限位开关。

6.根据权利要求3所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第五关节和第六关节上均设置独立的电机和编码器，所述第一关节、第二关节和第三关节上设置的电机和编码器有互换性。

7.根据权利要求6所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述第一关节、第二关节和第三关节上的电机均为无框力矩电机，所述第一关节、第二关节和第三关节均通过谐波减速器与无框力矩电机连接；所述第四关节上的电机为电缸；所述第五关节和第六关节上的电机均为无框直流电机，所述第五关节和第六关节均通过谐波减速器与无框直流电机连接。

8.根据权利要求2所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述第六关节上还安装有相机模块。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人，其特征在于，所述核电站蒸汽发生器一次侧高水位堵板拆装机器人还包括外部控制箱，所述外部控制箱与所述六轴串联关节后置连接。