CN112894770A - 一种应用于核环境的双臂机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于核环境的双臂机器人，包括支撑组件、左关节机械臂组件和右关节机械臂组件；支撑组件上设置拆盖机械手组件；左关节机械臂组件活动设置于支撑组件一端，右关节机械臂组件活动设置于支撑组件顶部的另一端。本发明的双臂机器人通过右关节机械臂组件和左关节机械臂组件的组合代替人的左右手臂，搭配可旋转360°的旋转中心轴，可自动完成回收屏蔽桶的拆装盖和RIC探测器绕线回收工作，整个流程实现完全自动化，无需人工辅助，整体动作灵敏，空间覆盖范围大，定位精度高；并采用模块化设计，更换配件容易，维护保养方便，且在机械臂上配备高清监控摄像头，可全流程监视机器人动作过程。

Description

一种应用于核环境的双臂机器人

技术领域

本发明属于核机器人的技术领域，具体涉及一种应用于核环境的双臂机器人。

背景技术

当前废旧RIC探测器拆卸回收全依靠人工作业完成，效率低且辐射严重，现有人工作业主要存在如下不足：

1、人工长期作业易被核放射源辐射，造成身体危害；

2、存在人工作业劳动强度高、作业效率低；

3、拆卸回收过程中易对环境造成核污染。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种应用于核环境的双臂机器人，以解决当前废旧RIC探测器拆卸回收全依靠人工作业完成的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种应用于核环境的双臂机器人，其包括支撑组件、左关节机械臂组件和右关节机械臂组件；支撑组件上设置拆盖机械手组件；左关节机械臂组件活动设置于支撑组件一端，右关节机械臂组件活动设置于支撑组件顶部的另一端。

进一步地，左关节机械臂组件包括第一摆臂关节和第二摆臂关节，第一摆臂关节和第二摆臂关节之间通过连接轴和传动轴相连；第二摆臂关节上安装第一视觉摄像头，第二摆臂关节的边端设置旋转转台，旋转转台上设置至少三个用于定位回收屏蔽桶的定位座。

进一步地，右关节机械臂组件包括第三摆臂关节和第四摆臂关节，第三摆臂关节和第四摆臂关节之间通过连接轴和传动轴相连；第四摆臂关节的顶部安装两级伸缩组件，第四摆臂关节的下表面安装第二视觉摄像头、夹线机械手和取料机械手；取料机械手与两级伸缩组件内的伸缩轴相连，且在取料机械手的上方安装绕线机械手。

进一步地，支撑组件包括活动安装于底座上的旋转关节轴，旋转关节轴的顶部设置支撑平台。

进一步地，支撑平台顶部一端与第一摆臂关节连接，且第一摆臂关节与支撑平台的连接处设置旋转电机；支撑平台顶部另一端与第三摆臂关节连接，且第三摆臂关节与支撑平台的连接处设置旋转电机。

进一步地，拆盖机械手组件包括分别设置于旋转关节轴顶部和底部的升降组件，位于旋转关节轴顶部的升降组件与上盖拆卸机械手连接，位于旋转关节轴底部的升降组件与下盖拆卸机械手相连。

进一步地，回收屏蔽桶包括套管，套管两端分别与端盖可拆卸地连接，套管两端设置有与端盖配合的固定环，套管内可拆卸地设置有若干卡接部；套管包括相互套接的外管体和内管体，卡接部设置于内管体上；固定环上设置有与端盖配合的环槽；端盖内活动设置有与环槽配合的锁舌，端盖内设置有与锁舌传动连接的活动帽。

进一步地，卡接部包括若干卡接口，卡接口包括至少两个且方向相反；卡接部为绕线板，卡接口设置于绕线板两端；卡接部间相互平行且均布于内管体上；

内管体沿轴线方向的长度小于外管体，内管体与外管体连接部设置有承接槽；

固定环包括与套管抵接的承接环，承接环下端外侧面与承接槽抵接。

进一步地，端盖包括相互配合的上盖体和下盖体，上盖体和下盖体间为空腔，活动帽和锁舌均设置于空腔内；上盖体上位于活动帽上侧的位置处设置有管孔。

进一步地，活动帽内套接有弹簧，所述弹簧下端与下盖体连接；

活动帽的下端为帽檐，帽檐与锁舌间通过连杆相铰接。

外管体内和下盖体内均设置有加厚铅屏蔽层；

上盖体、内管体、固定环和外管体外侧壁均为不锈钢材质。

本发明提供的应用于核环境的双臂机器人，具有以下有益效果：

本发明的双臂机器人通过右关节机械臂组件和左关节机械臂组件的组合代替人的左右手臂，搭配可旋转360°的旋转中心轴，可自动完成回收屏蔽桶的拆装盖和RIC探测器绕线回收工作，整个流程实现完全自动化，无需人工辅助，整体动作灵敏，空间覆盖范围大，定位精度高；并采用模块化设计，更换配件容易，维护保养方便，且在机械臂上配备高清监控摄像头，可全流程监视机器人动作过程。

附图说明

图1为应用于核环境的双臂机器人的结构图。

图2为应用于核环境的双臂机器人的左关节机械臂组件图。

图3为应用于核环境的双臂机器人的右关节机械臂组件图。

图4、5为应用于核环境的双臂机器人的取料机械手和绕线机械手结构图。

图6为应用于核环境的双臂机器人的支撑组件和拆盖机械手组件结构图。

图7为应用于核环境的双臂机器人的作业框图。

图8是本发明的结构示意图。

图9是套管与固定环的连接关系示意图。

图10是端盖的结构示意图。

图11是端盖的外观示意图。

其中，1、套管，11、外管体，12、内管体，13、承接槽，2、卡接部，21、卡接口，22、绕线板，3、固定环，31、承接环，32、环槽，4、端盖、41、下盖体，42、上盖体，43、锁孔，44、帽管，45、管孔，5、活动帽，51、帽檐，52、连杆，53、弹簧，54、锁舌；100、右关节机械臂组件；200、左关节机械臂组件；300、拆盖机械手组件；400、支撑组件；500、回收屏蔽桶；600、旋转电机；700、大行车吊装；800、双臂机器人；900、假顶盖平台；101、第三摆臂关节；102、第四摆臂关节；103、两级伸缩组件；104、夹线机械手；105、第二视觉摄像头；106、取料机械手；107、绕线机械手；201、第一摆臂关节；202、连接轴；203、传动轴；204、第二摆臂关节；205、第一视觉摄像头；206、旋转转台；207、定位座；301、升降组件；302、上盖拆卸机械手；303、下盖拆卸机械手；401、支撑平台；402、旋转关节轴；403、底座。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的应用于核环境的双臂机器人800，包括支撑组件400、左关节机械臂组件200、右关节机械臂组件100、拆盖机械手组件300、旋转电机600和回收屏蔽桶500。

以下将对上述各个模块进行详细说明。

左关节机械臂组件200；

参考图2，其包括第一摆臂关节201和第二摆臂关节204，第一摆臂关节201和第二摆臂关节204之间通过连接轴202和传动轴203相连，第二摆臂关节204上安装第一视觉摄像头205，第二摆臂关节204的边端设置旋转转台206，旋转转台206上设置至少三个用于定位回收屏蔽桶500的定位座207。

支撑平台401顶部一端与第一摆臂关节201连接，且第一摆臂关节201与支撑平台401的连接处设置旋转电机600。

旋转电机600旋转作业，带动第一摆臂关节201和第二摆臂关节204在平面旋转运动，进而带动回收屏蔽桶500在平面旋转运动，直至运动到预设位置。

旋转转台206用于为给回收屏蔽桶500提供旋转运动，实现RIC探测器绕线功能，定位座207用于定位回收屏蔽桶500，防止回收容器在旋转过程中状态不受控。

参考图3-图5，右关节机械臂组件100；

其包括第三摆臂关节101和第四摆臂关节102，第三摆臂关节101和第四摆臂关节102之间通过连接轴202和传动轴203相连。

支撑平台401顶部另一端与第三摆臂关节101连接，且第三摆臂关节101与支撑平台401的连接处设置旋转电机600。

第三摆臂关节101和第四摆臂关节102与旋转电机600配合，实现第三摆臂关节101和第四摆臂关节102在平面内的旋转运动。

第四摆臂关节102的顶部安装两级伸缩组件103，其内安装驱动电机，驱动电机与伸缩轴相连，用于实现取料机械手106的上下移动。

第四摆臂关节102的下表面安装第二视觉摄像头105、夹线机械手104和取料机械手106；取料机械手106与两级伸缩组件103内的伸缩轴相连，且在取料机械手106的上方安装绕线机械手107。

在作业时，二级伸缩组件的伸缩轴伸出，取料机械手106抓住待取RIC探测器头部向上移动，然后用夹线机械手104夹住传感器头部，二级伸缩组件的伸缩轴往复上下移动，绕线机械手107把线缆沿着“S”形路径缠绕在铝合金绕线板上22的卡接口21内。

参考图6，支撑组件400；

其包括活动安装于底座403上的旋转关节轴402，旋转关节轴402的顶部设置支撑平台401。

支撑平台401主要起支撑作用，且在支撑平台401顶部一端与第一摆臂关节201连接，且第一摆臂关节201与支撑平台401的连接处设置旋转电机600，支撑平台401顶部另一端与第三摆臂关节101连接，且第三摆臂关节101与支撑平台401的连接处设置旋转电机600。

旋转底座403可旋转±180°，进而带动支撑平台401、第一摆臂关节201和第三摆臂关节101进行对应的旋转。

参考图6，拆盖机械手组件300；

其包括两个升降组件301，分别设置于旋转关节轴402顶部和底部的升降组件301，位于旋转关节轴402顶部的升降组件301与上盖拆卸机械手302连接，位于旋转关节轴402底部的升降组件301与下盖拆卸机械手303相连。

升降组件301内置电机，电机可带动轴上下移动，并带动上盖拆卸机械手302和下盖拆卸机械手303上下移动，实现回收屏蔽桶500的上盖体42和下盖体41的拆和装。

在上盖拆卸机械手302和下盖拆卸机械手303中设有端盖夹取夹爪和用于驱动夹取夹爪的夹取电机，夹取夹爪用于抓取上盖体42或下盖体41。

旋转电机600；

其包括两个，分别安装于第一摆臂关节201与支撑平台401的连接处和第三摆臂关节101与支撑平台401的连接处，用于为第一摆臂关节201和第三摆臂关节101提供旋转动力。

参考图8-图11，回收屏蔽桶500；

其包括套管1，套管1为圆柱体管状结构，套管1两端分别与端盖4可拆卸地连接，以方便将核污染的设备和线缆放入屏蔽桶装置中。

套管1两端设置有与端盖4配合的固定环3，套管1、端盖4与固定环3间形成密闭空间，以防止核污染泄漏，从而保证环境安全。

套管1内可拆卸地设置有若干卡接部2；卡接部2用于固定线缆的位置。

卡接部2为可拆卸地安装在套管1内的若干卡钩，且各卡钩间位于套筒1内非同一高度，以便延长卡接部2间的线缆缠绕长度，从而延长套管1内可固定用的线缆长度，从而保证对核污染线缆的固定效果，避免线缆在回收移动中破损，造成线缆无法再使用。

通过将卡接部2设置为可拆卸的结构，以方便在需要清洁屏蔽桶装置时，将卡接部2卸下，从而方便清洁维护，并可对卡接部2进行单独的清洁维护，从而有效防止核污染残留，对人员和环境造成潜在危害。

套管1包括相互套接的外管体11和内管体12，卡接部2设置于内管体12上。通过内外双层结构，有效保证屏蔽桶装置隔绝核辐射的能力。

固定环3上设置有与端盖4配合的环槽32；端盖4内活动设置有与环槽32配合的锁舌54，端盖4内设置有与锁舌54传动连接的活动帽5。

由此，常态环境下，通过环槽32与锁舌54连接，实现端盖4与固定环3间的连接，并固定端盖4与固定环3间的相对位置。当需要取下端盖4时，通过触发活动帽5，使锁舌54相对于常态状态下的位置收缩，即使锁舌54与环槽32脱离连接，即可方便快速地取下端盖4。

其基本原理为通过设置一个端盖4可方便拆卸的结构，以在取回RIC探测器(RIC即核芯测量系统)时作为载体容器，防止RIC探测器及其所附带的线缆上的核污染源与外界接触，造成环境污染和人员损伤。且由于本方案提供的套管1为内外双层结构，能够有效保证本装置的长期隔绝核污染能力，在后期存放过程中也可以作为封存容器使用。

为方便安装和拆卸卡接部2，将卡接部2设置为包括若干卡接口21的结构，卡接口21与前述卡钩为同样起固定线缆位置的结构。通过在一个卡接部2上设置多个卡接口21，以节省卡接部2数量，方便安装拆卸，提高安装效率。

卡接口21包括至少两个且方向相反，从而可以将不限制线缆的安装顺序和方向，只要与方向不同的卡接口21连接，使线缆受到不同方向的固定的作用力，就能保证对线缆位置的固定效果，从而进一步简化操作难度，提高操作效率和固定效果，进而有效保证核污染线缆的使用寿命。

卡接部2为绕线板22，卡接口21设置于绕线板22两端。

绕线板22为一长条形板状结构，且长度与内管体12相同，以方便卡接口21与固定环3共同配合，限制线缆的移动方向，从而保证对线缆的固定效果；绕线板22的底面通过螺栓安装于内管体12上，从而方便拆装。

卡接部2间相互平行且均布于内管体12上，由此，保证线缆的整齐有规律排布，既方便安装，又方便拆卸。

内管体12沿轴线方向的长度小于外管体11，内管体12与外管体11连接部设置有承接槽13。固定环3包括与套管1抵接的承接环31，承接环31下端外侧面与承接槽13抵接，承接环31的底面到卡接口21偏离内管体12一端的最小距离为RIC探测器线缆的直径的1.05倍，从而保证对线缆的有效固定。

端盖4包括相互配合的上盖体42和下盖体41，上盖体42和下盖体41间为空腔，活动帽5和锁舌54均设置于空腔内，锁舌54与设置于上盖体42上的锁孔43套接；上盖体42上位于活动帽5上侧的位置处设置有管孔45。

上盖体42位于管孔45位置处设置有帽管44，即管孔45设置于帽管44上端，活动帽5的上部套设于帽管44内，从而方便限制活动帽5的移动位置，保证机械可靠性。

活动帽5内套接有弹簧53，弹簧53下端与下盖体41连接。活动帽5的下端为帽檐51，帽檐51与锁舌54间通过连杆42相铰接。通过按下活动帽5，使活动帽5沿帽管44向下移动，挤压弹簧53，带动连杆42一端向下移动，另一端将拉动锁舌54，使锁舌54收回端盖4内，从而可以与环槽32进行安装和分离。当松开活动帽5后，弹簧53回弹，带动活动帽5、连杆52和锁舌54复位。

外管体11内和下盖体41内均设置有加厚铅屏蔽层，从而有效防止核污染泄漏；上盖体42、内管体12、固定环3和外管体11外侧壁均为304不锈钢材质，利用其抗腐蚀能力强、易清洁维护的特点，保证整体结构的安全，和便于运输的特性。

根据本申请的一个实施例，参考图7，本方案的工作原理为：

安装双臂机器人800至假顶盖：由人工操作大行车吊装700将双臂机器人800移动至假顶盖平台900，并完成设备安装。

回收屏蔽桶500上料：由人机协助完成，由人工操作大行车吊装700将回收屏蔽桶500移动至假顶盖平台900上方任意位置(机器人覆盖范围内)，再由第一视觉摄像头205和第二视觉摄像头105配合精确定位当前回收屏蔽桶500的位置；双臂机器人800自动移动至回收屏蔽桶500下方进行接料，人工操作大行车吊装700将空的回收屏蔽桶500放置在双臂机器人800末端旋转转台206上，并通过多个定位座207固定。

拆除回收屏蔽桶500的上、下端盖：旋转电机600作业，将回收屏蔽桶500的上盖体42和下盖体41移动至上盖拆卸机械手302和下盖拆卸机械手303位置，且升降组件301作业，将上盖拆卸机械手302向下移动，下盖拆卸机械手303向上移动，按下活动帽5，使活动帽5沿帽管44向下移动，挤压弹簧53，带动连杆42一端向下移动，另一端将拉动锁舌54，使锁舌54收回端盖4内，从而可以与环槽32进行分离，进而实现上盖体42和下盖体41的拆除。

视觉定位待取RIC探测传感器：由人工在操作界面标记好待取RIC探测器后，机器人工作视觉扫描自动定位。

执行RIC探测器绕线：二级伸缩组件的伸缩轴伸出，取料机械手106抓住待取RIC探测器头部向上移动，然后用夹线机械手104夹住传感器头部，二级伸缩组件的伸缩轴往复上下移动，绕线机械手107把线缆沿着“S”形路径缠绕在铝合金绕线板上22的卡接口21内。

安装满后，安装回收屏蔽桶500上盖体42和下盖体41：本步骤与上盖体42和下盖体41的拆卸过程相反，在此不再赘述。

满回收屏蔽桶500取回：人工操作大行车吊装700移动至假顶盖上方任意位置(机器人覆盖范围内)，通过视觉对大行车吊装700抓取机械手精确定位，再由抓取机械手抓下移抓取回收屏蔽桶500回收。

拆除双臂机器人800：人工操作大行车吊装700从假顶盖平台900吊离回收机器人。

本发明可自动完成回收屏蔽桶500的拆装盖和RIC探测器绕线回收工作，整个流程实现完全自动化，无需人工辅助，整体动作灵敏，空间覆盖范围大，定位精度高；并采用模块化设计，更换配件容易，维护保养方便，且在机械臂上配备高清监控摄像头，可全流程监视机器人动作过程。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：包括支撑组件、左关节机械臂组件和右关节机械臂组件；所述支撑组件上设置拆盖机械手组件；所述左关节机械臂组件活动设置于支撑组件一端，右关节机械臂组件活动设置于支撑组件顶部的另一端。

2.根据权利要求1所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述左关节机械臂组件包括第一摆臂关节和第二摆臂关节，第一摆臂关节和第二摆臂关节之间通过连接轴和传动轴相连；所述第二摆臂关节上安装第一视觉摄像头，第二摆臂关节的边端设置旋转转台，旋转转台上设置至少三个用于定位回收屏蔽桶的定位座。

3.根据权利要求1所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述右关节机械臂组件包括第三摆臂关节和第四摆臂关节，第三摆臂关节和第四摆臂关节之间通过连接轴和传动轴相连；所述第四摆臂关节的顶部安装两级伸缩组件，第四摆臂关节的下表面安装第二视觉摄像头、夹线机械手和取料机械手；所述取料机械手与两级伸缩组件内的伸缩轴相连，且在取料机械手的上方安装绕线机械手。

4.根据权利要求1所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述支撑组件包括活动安装于底座上的旋转关节轴，旋转关节轴的顶部设置支撑平台。

5.根据权利要求4所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述支撑平台顶部一端与第一摆臂关节连接，且第一摆臂关节与支撑平台的连接处设置旋转电机；所述支撑平台顶部另一端与第三摆臂关节连接，且第三摆臂关节与支撑平台的连接处设置旋转电机。

6.根据权利要求1所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述拆盖机械手组件包括分别设置于旋转关节轴顶部和底部的升降组件，位于旋转关节轴顶部的升降组件与上盖拆卸机械手连接，位于旋转关节轴底部的升降组件与下盖拆卸机械手相连。

7.根据权利要求2所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述回收屏蔽桶包括套管，套管两端分别与端盖可拆卸地连接，套管两端设置有与端盖配合的固定环，套管内可拆卸地设置有若干卡接部；套管包括相互套接的外管体和内管体，所述卡接部设置于内管体上；所述固定环上设置有与端盖配合的环槽；所述端盖内活动设置有与环槽配合的锁舌，端盖内设置有与锁舌传动连接的活动帽。

8.根据权利要求7所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述卡接部包括若干卡接口，卡接口包括至少两个且方向相反；所述卡接部为绕线板，所述卡接口设置于绕线板两端；所述卡接部间相互平行且均布于内管体上；

所述内管体沿轴线方向的长度小于外管体，内管体与外管体连接部设置有承接槽；

所述固定环包括与套管抵接的承接环，承接环下端外侧面与承接槽抵接。

9.根据权利要求7所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述端盖包括相互配合的上盖体和下盖体，上盖体和下盖体间为空腔，所述活动帽和锁舌均设置于空腔内；所述上盖体上位于活动帽上侧的位置处设置有管孔。

10.根据权利要求9所述的应用于核环境的双臂机器人，其特征在于：所述活动帽内套接有弹簧，所述弹簧下端与下盖体连接；

所述活动帽的下端为帽檐，帽檐与锁舌间通过连杆相铰接。

所述外管体内和下盖体内均设置有加厚铅屏蔽层；

所述上盖体、内管体、固定环和外管体外侧壁均为不锈钢材质。

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