一种核辐射环境下的末端工具手及其手抓快速拆装系统

摘要

本发明涉及一种核辐射环境下的工装装置，尤指一种核辐射环境下的末端工具手及其手抓快速拆装系统，主要包括工具手联动系统、工具手组装件、装卸机构和控制系统，工具手联动系统主要由依次组装的悬壁式联动移动架、吊挂式联动伸缩筒和工具手支撑臂组成，工具手组装件主要包括工具手抓、驱动结构与驱动壳体，装卸机构包括：驱动壳体装卸机构主要由装卸结构、铰链升降台、装卸支撑架和移动底座组成，工具手抓装卸机构主要由卡座和卡座移动架组成，本发明用于核辐射内工具手及其工具手抓连接处的拆装，以便于自身零部件的维修与更换，采用的整体结构具有重载能力强、运动空间大、运动灵活、易于拆装工具手与其他部件等效果。

说明书

技术领域

本发明涉及一种核辐射环境下的工装装置，尤指一种核辐射环境下的末端工具手及其手抓快速拆装系统。

背景技术

随着我国核工业科学与技术的发展，科学工作者对核工业技术的研究与探索也得到了可观的进展，对于操作的安全性能与可靠性能也大大地提高。在核工业早期，由于检修、保养和事故过程中人员操作不当，或核环境中核物质放射性剂量过高造成的人身伤亡事故不断发生，因此，远程遥控操作技术是核工业不可缺少的要素，远程遥控操作技术用于核辐射现场内部对内部设备的工装维护与更换，大大地减轻操作人员的辐照伤害与操作疲劳。

核辐射环境下远程遥控维护技术是一种灵活运行的操作系统，在核辐射环境内的设备很多，各种管道错综复杂，通道狭隘，工作空间小，但通过远程遥控技术能操作各种检修工具，而远程遥控维护系统中必不可少的工装设备为动力机械手，且为满足核辐射环境中对工装设备的防辐照要求，对于动力机械手的结构设计、性能作用也有较高要求，为满足其活动灵活的要求，其结构设计也较为复杂。现今的操作技术应用在核辐射环境下对工装设备乃至细小零部件进行起吊转运或更换维护时，由于环境的限制使得工作难度大，操作员疲劳程度也大，若对于细节的处理稍有不慎或不够缜密，则会对核辐射环境中的工作成果产生很大影响，因此对于核辐射环境中的工作条件是要求较高的，不仅需要谨慎的操作步骤与规划的，也需要良好的工装设计。

对于核辐射现场内部机械手的末端工具手、工具手与手抓、以及工具手与机械臂连接处的拆装，现有的连接方式都采用众多螺栓固定式的连接，即机械手工具手各部件，或各部件与其他部件多采用螺栓螺母连接，拆装时需要一个个地松开所有螺栓螺母，电缆接头需要手动拔出，工序非常的繁杂，也造成拆装不方便。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在公开一种核辐射环境下的工装装置，尤指一种核辐射环境下的末端工具手及其手抓快速拆装系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种核辐射环境下的末端工具手及其手抓快速拆装系统，工具手为设置在机械手末端的动力部件，拆装系统工作于核辐射环境中，其特征在于，所述的拆装系统主要包括工具手联动系统、工具手组装件、装卸机构和控制系统，工具手联动系统与工具手组装件联动连接，通过工具手联动系统控制工具手组装件的空间位移与运动状态，装卸机构为工具手组装件的拆装工具，活动设置于工作环境内；

所述的工具手联动系统主要由依次组装的悬壁式联动移动架、吊挂式联动伸缩筒和工具手支撑臂组成，其中工具手支撑臂为首级联动，工具手支撑臂由多关节机械臂组成，其末端连接工具手组装件以直接控制工具手组装件关节扭转式摆动；联动伸缩筒为吊挂在竖直线上伸缩活动的二级联动，其底部衔接工具手支撑臂以控制工具手支撑臂并且联动控制工具手组装件垂直升降；联动移动架为三级联动，通过在半空搭建移动导轨并安装滑动架以实现平面滑行，联动伸缩筒吊装在滑动架上，形成滑动架沿移动导轨滑行时，带动联接的联动伸缩筒、工具手支撑臂与工具手组装件在同一水平面上随之滑行；

所述的工具手组装件主要包括工具手抓、驱动结构与驱动壳体，工具手抓轴向连接在驱动壳体以外，驱动结构安装在驱动壳体以内；工具手抓为收张式连杆夹持体，由一对主动夹指和一对从动夹指组成，两主动夹指的首端对称铰接连接同一中心滑块上，同时两从动夹指分别铰接在两主动夹指的末端作为夹持端；驱动壳体成型为椭圆状底面的筒体结构，驱动壳体顶部开设有一通孔，通孔处活动套设安装有一圆柱筒状的内壳体，驱动壳体外壁间隙连接一层与其外壁轮廓一致的保护外壳，同时驱动壳体与保护外壳的间隙处安装有紧贴在保护外壳内壁的若干柔性片状磁条，若干磁条平行间隔贴设；驱动结构主要包括驱动工具手抓局部或整体活动的伸缩驱动结构、旋转驱动结构和夹紧调节结构，其中伸缩驱动结构主要包括通过传动轴轴向安装的丝杆滑块、减速器与滑块驱动电机，丝杆滑块固定连接在内壳体外侧，当滑块驱动电机驱动丝杆滑块直线伸缩运动时带动内壳体沿驱动壳体的通孔伸缩滑动；旋转驱动结构与夹紧调节结构通过连接中轴依次轴向嵌套在内壳体后衔接工具手抓，旋转驱动结构通过旋转直流伺服电机驱动连接中轴旋转从而带动工具手抓旋转，夹紧调节结构主要由连杆结构和直流伺服电机驱动连接组成，连杆结构联动连接在工具手抓主动夹指的中心滑块处，当直流伺服电机驱动连杆结构作推拉运动时，中心滑块作往复运动，主动夹指随中心滑块往复运动产生张合应力而作出收张调节，从动夹指随主动夹指相应作出收张调节；

所述装卸机构为工具手抓装卸机构和驱动壳体装卸机构，驱动壳体装卸机构主要包括装卸结构、铰链升降台、装卸支撑架和移动底座，移动底座为四轮驱动的移动载体，装卸支撑架固定连接在移动底座之上，铰链升降台通过装卸支撑架的支撑作用安装定位，装卸结构通过装卸基板安装在铰链升降台上表面，主要由从上至下组装的装卸夹具、紧固扣环、可旋转支杆和装卸基板组成，装卸夹具的开口与工具手组装件保护外壳外壁形状匹配，夹具开口处贴设有磁条吸附体，磁条吸附体与工具手组装件保护外壳的磁条相互磁性吸附，装卸夹具在夹具开口一极端与紧固扣环铰接连接，当磁条吸附体没有感应到磁力作用时，紧固扣环与装卸夹具形成铰接张开结构，当磁条吸附体受磁力作用吸附到磁条上时，紧固扣环旋转并与装卸夹具形成扣合结构；装卸夹具底部与可旋转支杆轴向安装，通过可旋转支杆控制装卸夹具旋转；铰链升降台主要包括由下至上组装的驱动电机、升降铰链和固定板，固定板连接在装卸基板的下方从而实现装卸结构的升降控制；工具手抓装卸机构主要由卡座和卡座移动架组成，卡座移动架安装在卡座下方以带动卡座走位移动。

所述工具手联动系统的联动移动架主要包括移动导轨、整架式移动架和滑动架，移动导轨为一对固定在相对两侧壁后搭建在半空的导向轨；整架式移动架为四方形框架状，其相对短边滑动连接在两导轨上形成整架式移动架整体沿移动导轨平移滑动的安装结构，其相对长边为连贯两导轨的传输道，且长边设置为轨道结构以形成小型滑轨，滑动架活动连接在整架式移动架的长边上以沿长边滑动。

所述工具手联动系统的联动伸缩筒的顶部为与滑动架固定连接的伸缩筒支撑体，顶部以下为五段式的伸缩筒，伸缩筒在底部与工具手支撑臂传动联接。

所述工具手支撑臂由2-5个关节机械臂组成形成多关节可扭转摆动的支撑臂，工具手支撑臂末端连接在工具手组装件驱动壳体的外壁开设的圆槽处，通过铜柱插头与导柱使二者相互连接，连接后再加装紧固螺栓。

所述的控制系统分别与工具手联动系统、装卸机构、工具手组装件电性连接形成电驱动控制回路，控制系统为远程遥控驱动控制系统，通过对工作环境实时监控并反馈而实现遥控控制，从而控制工具手联动系统、装卸机构、工具手组装件在驱动作用下启动运程。

所述工具手抓的主动夹指为月牙状，成对设置形成半圆环状，从动夹指为直条状。

所述的工具手抓与内壳体之间通过连接组件加固连接，连接组件主要由连接体、卡环、弹簧和滚珠组成，其中连接体为连接在内壳体之外的圆环空腔，连接体于顶部处安装若干滚珠，滚珠围绕侧面一周排列，卡环与弹簧相邻且轴向连接在工具手抓上，卡环外壁与工具手抓装卸机构的卡座卡口形状匹配，同时卡环内壁开设有圆周排列的滚珠槽，当滚珠嵌套在滚珠槽内时，工具手抓与内壳体嵌套连接为一体。

一种核辐射环境下的关节式机械臂快速拆装系统的拆卸方法，其特征在于，所述的拆卸方法包括以下：

1）拆卸工具手抓：

首先，调节工具手联动系统以控制工具手组装件在工作环境内的具体位置，再调节工具手抓装卸机构的位置，使得工具手组装件与工具手抓装卸机构距离靠近，然后通过工具手抓装卸机构的卡座与工具手组装件中连接组件的卡环适配套设夹持，夹持稳定后控制工具手抓在设定应力下往前拉动，卡环在拉力作用下压缩弹簧，同时滚珠从滚珠槽脱落，从而使工具手抓脱离内壳体，然后继续往前拉动，使工具手抓与内壳体内的驱动结构逐渐分离，直至工具手抓完全从内壳体处完全拆卸；

2）拆卸驱动壳体：

首先调节工具手联动系统以控制工具手组装件在工作环境内的具体位置，再调节驱动壳体装卸机构的位置，使得工具手组装件与驱动壳体装卸机构距离靠近，然后通过驱动壳体装卸机构的装卸夹具吸附夹持在保护外壳外，在磁力作用下快速定位完成吸附过程，并以紧固扣环扣紧保护外壳，再然后拧松紧固螺栓，控制驱动壳体在设定应力下往前拉动，使得连接工具手支撑臂末端与驱动壳体的铜柱插头与导柱相互分离，从而将工具手组装件整体从工具手支撑臂处拆卸。

本发明的有益效果体现在：本发明用于核辐射内工具手及其工具手抓连接处的拆装，以便于自身零部件的维修与更换，采用的整体结构具有重载能力强、运动空间大、运动灵活、易于拆装工具手与其他部件等效果，采用的工具手联动系统为工具手组装件提供了便于运输与控制的动力支撑条件，采用的工具手组装件及其连接方式实现工具手组装件连接处快速拆装更换的效果，过程维护简单、维修简易，整体结构解决了核辐射环境下对复杂、微细零件的远程遥控操作困难的问题，达到高效率的复杂零件维护便捷的效果，不仅大大地缩短了维护、更换时间，而且提高工具更换的效率和可靠性，亦提升了操作精准到位程度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明局部立体结构示意图。

图3是本发明工具手组装件结构示意图。

图4是本发明工具手组装件分解结构图。

图5是本发明工具手组装件之连接组件结构示意图。

图6是本发明驱动壳体装卸机构的结构示意简图。

图7是本发明工具手抓装卸机构的结构示意简图。

附图标注说明：1-联动移动架，2-联动伸缩筒，3-工具手支撑臂，4-工具手组装件，5-装卸机构，11-移动导轨，12-整架式移动架，13-滑动架，21-伸缩筒，22-伸缩筒支撑体，41-工具手抓，42-驱动结构，43-驱动壳体，44-内壳体，45-保护外壳，46-磁条，47-连接组件，411-主动夹指，412-从动夹指，421-伸缩驱动结构，422-旋转驱动结构，423-夹紧调节结构，471-连接体，472-卡环，473-弹簧，474-滚珠，51-驱动壳体装卸机构，52-工具手抓装卸机构，511-装卸结构，512-铰链升降台，513-装卸支撑架，514-移动底座，521-卡座，522-卡座移动架，5111-装卸夹具，5112-紧固扣环，5113-可旋转支杆，5114-装卸基板，5115-磁条吸附体，5121-驱动电机，5122-升降铰链，5123-固定板。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：

一种核辐射环境下的末端工具手及其手抓快速拆装系统，工具手为设置在机械手末端的动力部件，拆装系统工作于核辐射环境中，所述的拆装系统主要包括工具手联动系统、工具手组装件4、装卸机构5和控制系统，工具手联动系统与工具手组装件4联动连接，通过工具手联动系统控制工具手组装件4的空间位移与运动状态，装卸机构5为工具手组装件4的拆装工具，活动设置于工作环境内；

所述的工具手联动系统主要由依次组装的悬壁式联动移动架1、吊挂式联动伸缩筒2和工具手支撑臂3组成，其中工具手支撑臂3为首级联动，工具手支撑臂3由多关节机械臂组成，其末端连接工具手组装件4以直接控制工具手组装件4关节扭转式摆动；联动伸缩筒2为吊挂在竖直线上伸缩活动的二级联动，其底部衔接工具手支撑臂3以控制工具手支撑臂3并且联动控制工具手组装件4垂直升降；联动移动架1为三级联动，通过在半空搭建移动导轨11并安装滑动架13以实现平面滑行，联动伸缩筒2吊装在滑动架13上，形成滑动架13沿移动导轨11滑行时，带动联接的联动伸缩筒2、工具手支撑臂3与工具手组装件4在同一水平面上随之滑行；

所述工具手联动系统的联动移动架1主要包括移动导轨11、整架式移动架12和滑动架13，移动导轨11为一对固定在相对两侧壁后搭建在半空的导向轨；整架式移动架12为四方形框架状，其相对短边滑动连接在两导轨上形成整架式移动架12整体沿移动导轨11平移滑动的安装结构，其相对长边为连贯两导轨的传输道，且长边设置为轨道结构以形成小型滑轨，滑动架13活动连接在整架式移动架12的长边上以沿长边滑动；所述工具手联动系统的联动伸缩筒2的顶部为与滑动架13固定连接的伸缩筒支撑体22，顶部以下为五段式的伸缩筒21，伸缩筒21在底部与工具手支撑臂3传动联接；所述工具手支撑臂3由2-5个关节机械臂组成形成多关节可扭转摆动的支撑臂，工具手支撑臂3末端连接在工具手组装件4驱动壳体43的外壁开设的圆槽处，通过铜柱插头与导柱使二者相互连接，连接后再加装紧固螺栓；

所述的工具手组装件4主要包括工具手抓41、驱动结构42与驱动壳体43，工具手抓41轴向连接在驱动壳体43以外，驱动结构42安装在驱动壳体43以内；工具手抓41为收张式连杆夹持体，由一对主动夹指411和一对从动夹指412组成，两主动夹指411的首端对称铰接连接同一中心滑块上，同时两从动夹指412分别铰接在两主动夹指411的末端作为夹持端，所述工具手抓41的主动夹指411为月牙状，成对设置形成半圆环状，从动夹指412为直条状；驱动壳体43成型为椭圆状底面的筒体结构，驱动壳体43顶部开设有一通孔，通孔处活动套设安装有一圆柱筒状的内壳体44，驱动壳体43外壁间隙连接一层与其外壁轮廓一致的保护外壳45，同时驱动壳体43与保护外壳45的间隙处安装有紧贴在保护外壳45内壁的若干柔性片状磁条46，若干磁条46平行间隔贴设；驱动结构42主要包括驱动工具手抓41局部或整体活动的伸缩驱动结构421、旋转驱动结构422和夹紧调节结构423，其中伸缩驱动结构421主要包括通过传动轴轴向安装的丝杆滑块、减速器与滑块驱动电机，丝杆滑块固定连接在内壳体44外侧，当滑块驱动电机驱动丝杆滑块直线伸缩运动时带动内壳体44沿驱动壳体43的通孔伸缩滑动；旋转驱动结构422与夹紧调节结构423通过连接中轴依次轴向嵌套在内壳体44后衔接工具手抓41，旋转驱动结构422通过旋转直流伺服电机驱动连接中轴旋转从而带动工具手抓41旋转，夹紧调节结构423主要由连杆结构和直流伺服电机驱动连接组成，连杆结构联动连接在工具手抓41主动夹指411的中心滑块处，当直流伺服电机驱动连杆结构作推拉运动时，中心滑块作往复运动，主动夹指411随中心滑块往复运动产生张合应力而作出收张调节，从动夹指412随主动夹指411相应作出收张调节；所述的工具手抓41与内壳体44之间通过连接组件47加固连接，连接组件47主要由连接体471、卡环472、弹簧473和滚珠474组成，其中连接体471为连接在内壳体44之外的圆环空腔，连接体471于顶部处安装若干滚珠474，滚珠474围绕侧面一周排列，卡环472与弹簧473相邻且轴向连接在工具手抓41上，卡环472外壁与工具手抓装卸机构52的卡座521卡口形状匹配，同时卡环472内壁开设有圆周排列的滚珠槽，当滚珠474嵌套在滚珠槽内时，工具手抓41与内壳体44嵌套连接为一体；

所述装卸机构5为工具手抓装卸机构52和驱动壳体装卸机构51，驱动壳体装卸机构51主要包括装卸结构511、铰链升降台512、装卸支撑架513和移动底座514，移动底座514为四轮驱动的移动载体，装卸支撑架513固定连接在移动底座514之上，铰链升降台512通过装卸支撑架513的支撑作用安装定位，装卸结构511通过装卸基板5114安装在铰链升降台512上表面，主要由从上至下组装的装卸夹具5111、紧固扣环5112、可旋转支杆5113和装卸基板5114组成，装卸夹具5111的开口与工具手组装件4保护外壳45外壁形状匹配，夹具开口处贴设有磁条吸附体5115，磁条吸附体5115与工具手组装件4保护外壳45的磁条相互磁性吸附，装卸夹具5111在夹具开口一极端与紧固扣环5112铰接连接，当磁条吸附体5115没有感应到磁力作用时，紧固扣环5112与装卸夹具5111形成铰接张开结构，当磁条吸附体5115受磁力作用吸附到磁条上时，紧固扣环5112旋转并与装卸夹具5111形成扣合结构；装卸夹具5111底部与可旋转支杆5113轴向安装，通过可旋转支杆5113控制装卸夹具5111旋转；铰链升降台512主要包括由下至上组装的驱动电机5121、升降铰链5122和固定板5123，固定板5123连接在装卸基板5114的下方从而实现装卸结构511的升降控制；工具手抓装卸机构52主要由卡座521和卡座移动架522组成，卡座移动架522安装在卡座521下方以带动卡座521走位移动；

所述的控制系统分别与工具手联动系统、装卸机构5、工具手组装件4电性连接形成电驱动控制回路，控制系统为远程遥控驱动控制系统，通过对工作环境实时监控并反馈而实现遥控控制，从而控制工具手联动系统、装卸机构5、工具手组装件4在驱动作用下启动运程。

一种核辐射环境下的关节式机械臂快速拆装系统的拆卸方法，所述的拆卸方法包括以下：

1）拆卸工具手抓41：

首先，调节工具手联动系统以控制工具手组装件4在工作环境内的具体位置，再调节工具手抓装卸机构52的位置，使得工具手组装件4与工具手抓装卸机构52距离靠近，然后通过工具手抓装卸机构52的卡座521与工具手组装件4中连接组件47的卡环472适配套设夹持，夹持稳定后控制工具手抓41在设定应力下往前拉动，卡环472在拉力作用下压缩弹簧473，同时滚珠474从滚珠槽脱落，从而使工具手抓41脱离内壳体44，然后继续往前拉动，使工具手抓41与内壳体44内的驱动结构逐渐分离，直至工具手抓41完全从内壳体44处完全拆卸；

2）拆卸驱动壳体：

首先调节工具手联动系统以控制工具手组装件4在工作环境内的具体位置，再调节驱动壳体装卸机构51的位置，使得工具手组装件4与驱动壳体装卸机构51距离靠近，然后通过驱动壳体装卸机构51的装卸夹具5111吸附夹持在保护外壳45外，在磁力作用下快速定位完成吸附过程，并以紧固扣环5112扣紧保护外壳45，再然后拧松紧固螺栓，控制驱动壳体在设定应力下往前拉动，使得连接工具手支撑臂末端与驱动壳体的铜柱插头与导柱相互分离，从而将工具手组装件4整体从工具手支撑臂处拆卸。

当安装工具手抓41与驱动壳体时采用相同原理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围作任何限制，本行业的技术人员，在本技术方案的启迪下，可以做出一些变形与修改，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例所作的任何修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。