RU2691171C1

RU2691171C1 - Sword manipulator

Info

Publication number: RU2691171C1
Application number: RU2018100179A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-06-11

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: invention relates to sword manipulators for remote operation with radioactive substances in isolated chambers. Sword manipulator comprises actuating element formed by movable bar and gripper, ball bearing, driving installed in wall of chamber, sealing bellows and control handle. Movable rod passes through the ball bearing and is connected to the control handle. Ball support 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 interconnected by rods. And grip is connected with movable rod by multiple-link hinged parallelogram.

EFFECT: invention provides higher degree of biological protection due to increased tightness.

1 cl, 1 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 шпаговый 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 G 21 J 7/06, 1961 г.).Known sword 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 associated with the control handle at the other end. (A.S. USSR №137594 G 21 J 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 шпаговом 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.This disadvantage is eliminated in the chosen as a prototype sword manipulator 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 at the other end a pressure actuator of the manipulator bar.

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.).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, μl. 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 шпаговом 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 между собой посредством тяг. Захват соединен с подвижной штангой посредством многократного шарнирного параллелограмма.This goal is achieved by the fact that in a sword-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 handle, in which the movable rod is passed through the ball bearing and connected to the control handle, according to the invention ball bearing is made in the form of two hemispherical elements installed in the sockets on the inner and outer sides of the penetration and interconnected by means of rods. The gripper is connected to the movable rod by means of a multiple articulated parallelogram.

Кроме того, предложено полусферические элементы выполнять вмонтированными во внутренние обоймы подшипников, наружные обоймы которых связаны между собой тягами. 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. Установка многократного шарнирного параллелограмма между подвижной штангой и захватом позволяет существенно уменьшить продольное перемещение подвижной штанги, что облегчает ее герметизацию. Соединение же полусферических элементов тягами и установка их во внутренних обоймах подшипников необходимы для обеспечения тех же функциональных возможностей, что и у прототипа. Действительно, введение тяг, связывающих полусферические элементы, необходимо для сообщения исполнительному органу качательных движений. Установка полусферических элементов во внутренних обоймах подшипников и присоединение тяг к внешним обоймам подшипников позволяют исполнительному органу совершать вращательные движения. При непосредственном же присоединении тяг к периферийным частям полусферических элементов это невозможно. Таким образом отличительные от прототипа признаки являются существенными, т.к. каждый из них необходим, а все вместе взятые достаточны для достижения преимуществ по сравнению с прототипом.In addition, it is proposed to carry out hemispherical elements mounted in the inner race of bearings, outer race of which are interconnected by rods. 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. Installing a multiple articulated parallelogram between the movable rod and the grip can significantly reduce the longitudinal movement of the movable rod, which facilitates its sealing. Connecting the same hemispherical elements with rods and installing them in the inner bearing cages are necessary to provide the same functionality as the prototype. Indeed, the introduction of bindings, hemispherical elements, is necessary for reporting swinging movements to the executive body. The installation of hemispherical elements in the inner bearing cages and the attachment of bearings to the external bearing cages allow the actuator to perform rotational movements. With direct connection of the peripheral parts of the hemispherical elements is impossible. Thus, the distinctive features of the prototype are essential, since Each of them is necessary, and all together are sufficient to achieve advantages over the prototype.

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 шпагового манипулятора, на фиг. 2 - поперечный разрез А-А.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a longitudinal section of a sword manipulator, FIG. 2 is a transverse section AA.

Шпаговый 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 и 5, переходящие соответственно в конические полости 6 и 7, вершинами соединенные между собой.A steep 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. Sockets 4 and 5 are bored on the inner and outer surfaces of the penetration, passing into conical cavities 6 and 7, respectively, connected by vertices.

В гнездах 4 и 5 установлены полусферические элементы: внутренний 8 и наружный 9, запрессованные во внутренние обоймы подшипников 10, 11, наружные обоймы которых соединены между собой тягами 12. Тяги 12 пропущены сквозь отверстия 13, просверленные в проходке. На выходах тяг 12 из отверстий 13 установлены герметизирующие сильфоны 14. Конические полости 6 и 7 заполнены пористой резиной. По оси полусферических элементов 8 и 9 выполнены сквозные отверстия 15 и 16, через которые пропущена подвижная штанга 17. На одном конце подвижной штанги 17 закреплен шарнир многократного шарнирного параллелограмма 18, а на другом рукоятка управления 19. Подвижная штанга 17, многократный шарнирный параллелограмм 18 и захват 20 образуют исполнительный орган. На выходе подвижной штанги 17 из отверстий 15, 16 установлены герметизирующие сильфоны 21 и 22.In the slots 4 and 5 are installed hemispherical elements: inner 8 and outer 9, pressed into the inner race of bearings 10, 11, the outer race of which is interconnected by rods 12. Traction 12 is passed through the holes 13, drilled in the penetration. At the outlets 12 of the holes 13 are installed sealing bellows 14. The conical cavity 6 and 7 are filled with porous rubber. Through the axis of the hemispherical elements 8 and 9 are made through holes 15 and 16, through which the movable rod 17 is passed. At one end of the movable rod 17 is fixed the hinge of the multiple articulated parallelogram 18, and at the other the control handle 19. The movable rod 17, the multiple hinge parallelogram 18 and grip 20 form the executive body. At the exit of the movable rod 17 of the holes 15, 16 are installed sealing bellows 21 and 22.

Манипулятор работает следующим образом.The manipulator works as follows.

При необходимости совершения качательного движения захвата 20, оператор отклоняет рукоятку управления 19 в нужном направлении. Вместе с рукояткой управления перемещается связанный с ней конец подвижной штанги 17, которая являясь двуплечим рычагом, совершает поворот относительно упора, образованного переходом конических полостей 6 и 7 одна в другую.If necessary, the performance of the swinging movement of the grip 20, the operator rejects the control handle 19 in the desired direction. Together with the control handle moves the associated end of the movable rod 17, which being a two-arm lever, rotates relative to the stop formed by the transition of the conical cavities 6 and 7 into one another.

Вместе с подвижной штангой 17 совершают качательные движения полусферические элементы 8, 9 шаровой опоры, постоянно прижимаемые к сферическим поверхностям гнезд 4 и 5 тягами 12, и благодаря этому герметизируется отверстие в проходке 1, образованное коническими полостями 6 и 7.Together with the movable rod 17, the hemispherical elements 8, 9 of the ball bearing are constantly oscillating, constantly pressed against the spherical surfaces of the sockets 4 and 5 by rods 12, and due to this, a hole in the penetration 1 formed by the conical cavities 6 and 7 is sealed.

При вращательном движении оператор с помощью рукоятки управления 19 поворачивает подвижную штангу 17 вокруг ее оси. Поскольку подвижная штанга 17 сильфоном 21 и ведущим звеном многократного шарнирного параллелограмма 18 связана с внутренним полусферическим элементом 8, а сильфоном 22 с наружным полусферическим элементом 9, то при ее вращении полусферические элементы также вращаются вместе с внутренними обоймами подшипников 10 и 11.When the rotational movement of the operator using the control knob 19 rotates the movable rod 17 around its axis. Since the movable rod 17 by the bellows 21 and the leading link of the multiple articulated parallelogram 18 is connected with the inner hemispherical element 8, and the bellows 22 with the outer hemispherical element 9, during its rotation the hemispherical elements also rotate together with the inner race of the bearings 10 and 11.

Наружные обоймы этих подшипников стоят на месте, т.к. связаны тягами 12 с проходкой 1. Вращательное движение подвижной штанги 17 через многократный шарнирный параллелограмм передается захвату 20.External cages of these bearings are in place, because connected by rods 12 with penetration 1. The rotational movement of the movable rod 17 through a multiple articulated parallelogram is transmitted to the gripper 20.

При поступательном движении рукоятки управления 19 вместе с ней движется подвижная штанга 17, перемещая внутренний шарнир, разграничивающий ведущую и ведомую части многократного шарнирного параллелограмма 18. Одновременно на такую же величину перемещается каждый внутренний шарнир ведомой части. Поскольку ведомая часть имеет в 11 раз больше шарнирных параллелограммов, по сравнению с ведущей, то величина перемещения захвата 20 в n раз больше величины перемещения рукоятки управления 19.During the forward movement of the control handle 19, the movable rod 17 moves along with it, moving the inner hinge delimiting the leading and the driven parts of the multiple hinge parallelogram 18. At the same time, each inner hinge of the driven part moves. Since the driven part has 11 times more articulated parallelograms compared to the leading part, the magnitude of the movement of the gripper 20 is n times the magnitude of the movement of the control handle 19.

При работе шпагового манипулятора отверстия 15, 16 в полусферических элементах загерметизированы сильфонами 21 и 22.When the manipulator is operated, the holes 15, 16 in the hemispherical elements are sealed with bellows 21 and 22.

По сравнению с прототипом заявляемый шпаговый манипулятор обладает более высокой степенью биологической защиты, т.к. суммарное сечение отверстий для тяг 12 и подвижной штанги 17 в его проходке 1 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 дизактивацию 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 sword manipulator has a higher degree of biological protection, because the total cross-section of the holes for the pillars 12 and the movable rod 17 in its penetration 1 is significantly less than the cross-section of the opening for installing the 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 overall costs for the deactivation 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.

Источники известности:Sources of fame:

1. А.с. №137594 СССР, МКИ⁴ С21J 7/06.1. A.S. No. 137594 USSR, MKI ⁴ S21J 7/06.

2. А.с. №117241 СССР, МКИ⁴ F27D 23/00.2. A.S. No. 117241 USSR, MKI ⁴ F27D 23/00.

3. А.с. №963847 СССР, МКИ⁴ В25J 9/00.3. A.S. №963847 USSR, MKI ⁴ V25J 9/00.

Claims

A steep 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 handle, the movable rod being passed through the ball bearing and connected to the control handle, characterized in that the ball bearing is designed as two hemispherical elements installed in the sockets on the inner and outer sides of the penetration and mounted in the inner race of bearings, while the outer bearing sleeves are connected m Between a thrust, and the grip is connected with a movable rod multi-link articulated parallelogram.