RU2724735C1

RU2724735C1 - Sword manipulator

Info

Publication number: RU2724735C1
Application number: RU2019127583A
Authority: RU
Inventors: Александр Андреевич Никитин
Original assignee: Александр Андреевич Никитин
Priority date: 2019-08-30
Filing date: 2019-08-30
Publication date: 2020-06-25

Abstract

FIELD: machine building.SUBSTANCE: invention relates to mechanical manipulators intended for operation in isolated chambers with radioactive substances and excluding direct contact of the person with said substances. Sword manipulator comprises actuating element formed by movable rod and grip, ball bearing installed in wall of chamber, sealing bellows and control handle. Moving rod of actuator is passed through ball bearing, sealing bellows and rigidly connected with control handle. Grip is connected to the movable bar by two parallel multiple hinged parallelograms installed inside the telescopic mechanism. Driven part of the multiple hinged parallelograms is divided into links by the number of movable elements of the telescopic mechanism.EFFECT: invention provides expansion of service area.1 cl, 2 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 копирующий манипулятор, содержащий двуплечий рычаг, несущий рабочий орган. Двуплечий рычаг в средней части выполнен со сферическим утолщением, установленном в шаровом поясе вваренном в стенку изолированной камеры. В зазоре между сферическим утолщением и шаровым поясом установлен сепаратор с шариками. Шаровой пояс герметизирован сильфоном, приваренным к этому поясу, а с другой стороны к двуплечему рычагу (1). Недостатком копирующего манипулятора является ограниченная область обслуживания т.к. рабочий орган может перемещаться по сферической поверхности одного радиуса, и из-за того, что длина рабочего плеча двуплечего рычага не может быть изменена в процессе работы.Known copy manipulator containing a two-arm lever carrying a working body. The two-armed lever in the middle part is made with a spherical thickening installed in a ball belt welded into the wall of an insulated chamber. A separator with balls is installed in the gap between the spherical bulge and the ball belt. The ball belt is sealed with a bellows welded to this belt and, on the other hand, to the two-arm lever (1). The disadvantage of the copy manipulator is the limited service area. the working body can move along the spherical surface of one radius, and due to the fact that the length of the working shoulder of the two shoulders of the lever cannot be changed during operation.

Известен также манипулятор, содержащий корпус, установленный в нем привод поступательного движения и захватный орган, связанный с корпусом посредством шарнирного многозвенника (2). Этот манипулятор имеет более широкую область обслуживания по сравнению с копирующим манипулятором, благодаря возможности изменять длину шарнирного многозвенника в процессе работы. Однако ему присуща относительно низкая жесткость исполнительного органа, что снижает точность фиксации образцов при осуществлении технологических операций. Низкая жесткость обусловлена конструкцией шарнирного многозвенника.A manipulator is also known, comprising a housing, a translational motion drive installed therein and a gripping member connected to the housing by means of an articulated multi-link (2). This manipulator has a wider service area compared to the copy manipulator, due to the ability to change the length of the articulated link in the process. However, it is characterized by a relatively low stiffness of the executive body, which reduces the accuracy of fixation of samples during technological operations. Low rigidity due to the design of the articulated multi-link.

В качестве прототипа взят шпаговый манипулятор, содержащий образованный подвижной штангой и захватом исполнительный орган, установленную в стенке камеры опору, герметизирующие сильфоны и рукоятку управления, причем подвижная штанга исполнительного органа пропущена через шаровую опору, герметизирующие сильфоны и связана с рукояткой управления. Захват соединен с подвижной штангой многозвенным шарнирным параллелограммом, установленным внутри телескопического механизма (3).As a prototype, a stepper manipulator is used, comprising an actuator formed by a movable rod and a gripper, a support installed in the chamber wall, sealing bellows and a control handle, the movable actuator rod being passed through a ball bearing, sealing bellows and connected to the control handle. The grip is connected to the movable rod by a multi-link articulated parallelogram mounted inside the telescopic mechanism (3).

Целью изобретения является расширение области обслуживания.The aim of the invention is to expand the scope of services.

Поставленная цель достигается тем, что в известном шпаговом манипуляторе, содержащем образованный подвижной штангой и захватом исполнительный орган, установленную в стенке камеры шаровую опору, герметизирующие сильфоны и рукоятку управления в котором подвижная штанга исполнительного органа пропущена через шаровою опору, герметизирующие сильфоны и жестко связана с рукояткой управления, согласно изобретению захват соединен с подвижной штангой двумя параллельными многократными шарнирными параллелограммами, установленными внутри телескопического механизма, причем ведомая часть многократных шарнирных параллелограммов разделена на звенья по количеству подвижных элементов телескопического механизма.This goal is achieved by the fact that in the well-known sword manipulator containing an actuator formed by a movable rod and a gripper, a ball bearing mounted in the chamber wall, sealing bellows and a control handle in which the movable actuator rod is passed through the ball bearing, sealing bellows and is rigidly connected to the handle control, according to the invention, the capture is connected to the movable rod by two parallel multiple hinged parallelograms mounted inside the telescopic mechanism, and the driven part of the multiple hinged parallelograms is divided into links according to the number of movable elements of the telescopic mechanism.

Из отличительных от прототипа признаков в аналогах известны следующие: во-первых выполнение исполнительного механизма в виде многократного шарнирного параллелограмма с захватом (а.с. СССР №963847), во-вторых оснащение многократного шарнирного параллелограмма телескопическим механизмом в качестве элемента жесткости.Of the distinguishing features of the prototype, the analogues are known for the following: firstly, the execution of the actuator in the form of a multiple articulated parallelogram with a gripper (AS USSR No. 963847), and secondly, equipping a multiple articulated parallelogram with a telescopic mechanism as a stiffener.

Установка же двух параллельных многократных шарнирных параллелограммов внутри телескопического элемента жесткости и разделение ведомой части многократных шарнирных параллелограммов на звенья по количеству подвижных элементов телескопического механизма в аналогах не обнаружено. Расположение двух параллельных многократных шарнирных параллелограммов внутри телескопического механизма обеспечивает передачу усилий точно по оси этого механизма, чем исключает его перекосы.The installation of two parallel multiple articulated parallelograms inside the telescopic stiffener and the separation of the driven part of multiple articulated parallelograms into links by the number of movable elements of the telescopic mechanism in the analogues were not found. The location of two parallel multiple hinged parallelograms inside the telescopic mechanism ensures the transfer of forces exactly along the axis of this mechanism, which eliminates its distortions.

Следовательно заявляемое решение отвечает критерию «существенные отличия».Therefore, the claimed solution meets the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения пояснена чертежом, где изображен общий вид шпагового манипулятора - фиг. 1 в разрезе, а на фотографии фиг. 2 показан его опытный образец.The invention is illustrated in the drawing, which shows a General view of the sword manipulator - Fig. 1 in section, and in the photograph of FIG. 2 shows its prototype.

Манипулятор содержит проходку 1, шаровую опору с фиксатором 2, состоящую из внутреннего 3 наружного 4 и двух средних 5, 6 сферических элементов, расположенных концентрично друг относительно друга. В шаровой опоре смонтирована труба 7, закрепленная в средних сферических элементах 5 и 6. Через трубу 7 пропущена подвижная штанга 8 имеющая на одном конце жесткозакрепленную рукоятку управления 9. Другой конец подвижной штанги 8 соединен с внутренним шарниром 10 многократными шарнирными параллелограммами 11. Подвижная штанга 8, многократные шарнирные параллелограммы 11, захват 12 образуют исполнительный орган. Закрепленный на подвижной штанге внутренний шарнир 10 разделяет многократный шарнирный параллелограмм на ведущую часть 13 и ведомую 14. Ведущая часть 13 образована одним шарнирным параллелограммом, закрепленным на среднем сферическом элементе 5. Ведомая часть 14 образована несколькими шарнирными параллелограммами.The manipulator contains a penetration 1, a ball bearing with a retainer 2, consisting of an inner 3 outer 4 and two middle 5, 6 spherical elements located concentrically relative to each other. A pipe 7 is mounted in the ball joint, fixed in the middle spherical elements 5 and 6. A movable rod 8 having a rigidly mounted control handle 9 is passed through the pipe 7. The other end of the movable rod 8 is connected to the inner hinge 10 by multiple articulated parallelograms 11. The movable rod 8 , multiple articulated parallelograms 11, capture 12 form the Executive body. Mounted on a movable rod, the inner hinge 10 divides the multiple hinged parallelogram into the driving part 13 and the driven 14. The driving part 13 is formed by a single hinged parallelogram mounted on the middle spherical element 5. The driven part 14 is formed by several hinged parallelograms.

Многократные шарнирные параллелограммы 11 установлены внутри телескопического механизма 15. Крайний элемент телескопического механизма, расположенный на противоположном от захватам 12 конце приварен к среднему сферическому элементу 5 шаровой опоры. Остальные элементы телескопического механизма установлены один в другом с возможностью продольного перемещения. Ведомая часть многократного шарнирного параллелограмма разделена на звенья, каждое из которых ограничено внутренними шарнирами 10, закрепленными на концах подвижных элементов телескопического механизма. Внутренний диаметр элементов телескопического механизма равен сумме двух плеч параллелограммов этого звена, которое расположено внутри этого элемента.Multiple hinged parallelograms 11 are installed inside the telescopic mechanism 15. The extreme element of the telescopic mechanism located on the opposite end from the grippers 12 is welded to the middle spherical element 5 of the ball joint. The remaining elements of the telescopic mechanism are installed one in the other with the possibility of longitudinal movement. The driven part of the multiple articulated parallelogram is divided into links, each of which is limited by internal hinges 10 attached to the ends of the movable elements of the telescopic mechanism. The inner diameter of the elements of the telescopic mechanism is equal to the sum of the two arms of the parallelograms of this link, which is located inside this element.

Внутренний сферический элемент шаровой опоры связан с трубой 7 посредством герметизирующего сильфона 16. Другой конец трубы 7 связан с рукояткой управления 9 посредством герметизирующего сильфона 17. Средний сферический элемент 5, наружный сферический элемент 4 и внутренний сферический элемент 3 образуют со стороны исполнительного органа полость 18. Средний сферический элемент 6 и внутренний сферический элемент 3 образуют со стороны рукоятки управления 9 полость 19. Полости 18 и 19 заполнены экранирующим веществом, в качестве которого могут быть использованы порошки графита, иридия или проточная вода.The inner spherical element of the ball joint is connected to the pipe 7 by means of a sealing bellows 16. The other end of the pipe 7 is connected to the control handle 9 by means of a sealing bellows 17. The middle spherical element 5, the outer spherical element 4 and the inner spherical element 3 form a cavity 18 from the side of the actuator. The middle spherical element 6 and the inner spherical element 3 form a cavity 19 on the side of the control handle 9. The cavities 18 and 19 are filled with a shielding material, which can be used as graphite, iridium or running water powders.

Манипулятор работает следующим образом: захват 12 манипулятора получает качательные движения от рукоятки управления 9 через подвижную штангу 8, качающуюся вместе с трубой 7 в шаровой опоре. Герметизирующий сильфон 16 герметизирует передачу качательного движения захвату 12 от рукоятки управления 9.The manipulator works as follows: the gripper 12 of the manipulator receives oscillating movements from the control handle 9 through a movable rod 8, which swings together with the pipe 7 in a ball bearing. The sealing bellows 16 seals the transmission of the oscillating motion to the grip 12 from the control handle 9.

При вращательном движении рукоятки управления 9 захват 12 получает вращение от рукоятки управления 9 через подвижную штангу, многократные шарнирные параллелограммы 11, при этом вместе с подвижной штангой 8 и многократными шарнирными параллелограммами осуществляют вращательное движение трубка 7 и средние сферические элементы 5 и 6 шаровой опоры.During the rotational movement of the control handle 9, the gripper 12 receives rotation from the control handle 9 through a movable rod, multiple hinged parallelograms 11, while together with the movable rod 8 and multiple hinged parallelograms, the tube 7 and the middle spherical elements 5 and 6 of the ball joint rotate.

При возвратно-поступательном движении захват 12 получает возвратно-поступательное движение от рукоятки управления 9 через подвижную штангу 8, которая перемещаясь вдоль трубы 7, перемещает крайний внутренний шарнир 10 многократного шарнирного параллелограмма. При этом, когда рукоятку управления перемещают в сторону захвата 12, подвижная штанга 8 растягивает ведущую часть многократного шарнирного параллелограмма, сближая его внешние шарниры. Перемещение подвижной штанги передается захвату через ведомую часть 13 многократного шарнирного параллелограмма. Причем величина перемещения подвижной части штанги увеличивается в n раз, где n - число параллелограммов ведомой части. При растяжении ведомой части 13 внутренние шарниры 17 увлекают за собой подвижные элементы телескопического механизма. Герметизирующий сильфон 17 обеспечивает герметизацию возвратно-поступательного движения.When the reciprocating motion, the gripper 12 receives a reciprocating movement from the control handle 9 through the movable rod 8, which moving along the pipe 7, moves the extreme inner hinge 10 multiple articulated parallelogram. At the same time, when the control handle is moved towards the gripper 12, the movable rod 8 stretches the leading part of the multiple articulated parallelogram, bringing its external hinges together. The movement of the movable rod is transmitted to the capture through the driven part 13 of multiple articulated parallelogram. Moreover, the displacement of the moving part of the rod increases n times, where n is the number of parallelograms of the driven part. When the driven part 13 is stretched, the internal hinges 17 carry along the movable elements of the telescopic mechanism. The sealing bellows 17 provides sealing of the reciprocating movement.

При движении рукоятки управления 9 в сторону от захвата 12 подвижная штанга 8 сжимает многократные шарнирные параллелограммы, перемещая захват в обратном направлении.When the control handle 9 moves away from the gripper 12, the movable rod 8 compresses multiple articulated parallelograms, moving the gripper in the opposite direction.

Предлагаемый манипулятор обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение зоны обслуживания за, счет того, что возвратно-поступательное перемещение рукоятки управления, ограниченное размерами герметизирующего сильфона 17, увеличивается во столько раз, во сколько число параллелограммов ведомой части больше числа параллелограммов ведущей части. Расположение многократных шарнирных параллелограммов внутри телескопического механизма повышает жесткость.The proposed manipulator provides, in comparison with the prototype, an increase in the service area due to the fact that the reciprocating movement of the control handle, limited by the dimensions of the sealing bellows 17, increases by so many times the number of parallelograms of the driven part exceeds the number of parallelograms of the leading part. The location of multiple articulated parallelograms inside the telescopic mechanism increases rigidity.

Источники информации:Sources of information:

1. SU 517482 А, опубл.15.06.1976;1. SU 517482 A, publ. 06/15/1976;

2. SU 963847 А, опубл. 07.10.1982;2. SU 963847 A, publ. 10/07/1982;

3. RU 2691170 C1, опубл.11.06.2019 (прототип).3. RU 2691170 C1, publ. 11.06.2019 (prototype).

Claims

An e-manipulator comprising an actuator formed by a movable rod and a gripper, a ball bearing mounted in the chamber wall, sealing bellows and a control handle, the movable actuator rod being passed through a ball bearing, sealing bellows and connected to the control handle, characterized in that the gripper is connected to a moving rod with two parallel multi-link articulated parallelograms mounted inside the telescopic mechanism, the driven part of multiple articulated parallelograms being divided into links according to the number of movable elements of the telescopic mechanism.