RU2691349C1

RU2691349C1 - Sword manipulator

Info

Publication number: RU2691349C1
Application number: RU2018100176A
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 the field of mechanical manipulators intended for operation, for example, in isolated chambers with radioactive substances and excluding direct contact of the person with these substances. Manipulator comprises actuator formed by interconnected movable bar, multilink hinged parallelogram mechanism and grip, ball bearing made with possibility of installation in chamber wall, sealing bellows and control handle connected to movable bar, which is passed through said support and bellows, wherein parallelogram mechanism is made of two hinged parallelogram mechanisms arranged in mutually perpendicular planes and having common hinges arranged along longitudinal axis of multi-link mechanism and made with crosswise axes.EFFECT: use of invention makes it possible to expand processing capabilities of manipulator.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. 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 two shoulders lever carrying the working body. The double-arm lever in the middle part is made with a spherical thickening installed in the ball zone welded into the wall of the insulated chamber. A separator with balls is installed in the gap between the spherical thickening and the ball belt. The ball zone is sealed with a bellows welded to this belt, and on the other side to a double-arm lever. The disadvantage of the copying arm is a limited service area, since the working body can move along a spherical surface of one radius, and due to the fact that the length of the working arm of the two shoulders can not 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 movement mounted therein, and a gripping member connected to the housing by means of a hinged multilink (2). This manipulator has a wider service area in comparison with the copying manipulator, due to the ability to change the length of the articulated multi-link during operation. However, it has a relatively low rigidity of the executive body, which reduces the accuracy of fixation of samples in the implementation of technological operations. The low stiffness is due to the design of the articulated multi-link.

В качестве прототипа взят шпаговый манипулятор, содержащий проходку, шаровую опору, смонтированную в ней трубку, 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, шаровая опора выполнена из трех сферических элементов, концентрично расположенных друг относительно друга. Внутренний сферический элемент через герметичный чехол связан с проходкой. Внутренний и наружный сферические элементы образуют полость, в которой расположен средний сферический элемент, связанный с трубкой. Герметичный чехол выполнен в виде сильфона и для повышения надежности фиксации положения исполнительного органа, он снабжен фиксатором, выполненным в виде резьбовой втулки с внутренней кольцевой сферической поверхностью и предназначенной для взаимодействия с наружным сферическим элементом шаровой опоры. Полость, образованная внутренним и наружным сферическими элементами заполнена экранирующим веществом, поглощающим ионизирующее (бета и гамма) излучения. В качестве такого экранирующего вещества может быть использован порошок иридия, графита или проточная вода.As a prototype, a sword manipulator containing a penetration, a ball bearing, a tube mounted in it, in which a rod is placed with the possibility of translational movement, having a locking body for attaching interchangeable tools at one end, and a sealed actuator of the manipulator bar at one end, the ball bearing is made of three spherical elements concentrically located relative to each other. The internal spherical element through a sealed cover is connected with penetration. The inner and outer spherical elements form a cavity in which is located the middle spherical element associated with the tube. Sealed cover is made in the form of a bellows and to improve the reliability of fixing the position of the executive body, it is equipped with a lock made in the form of a threaded sleeve with an inner annular spherical surface and intended to interact with the outer spherical element of the ball bearing. The cavity formed by the inner and outer spherical elements is filled with a shielding substance that absorbs ionizing (beta and gamma) radiation. As such a shielding substance can be used iridium powder, graphite or running water.

Недостатком прототипа является ограниченная область обслуживания, т.к. величина продольного перемещения замкового органа равна величине продольного перемещения ручки управления, которая в свою очередь определяется возможностями сильфона изменять свои линейные размеры.The disadvantage of the prototype is a limited service area, because the magnitude of the longitudinal movement of the locking organ is equal to the magnitude of the longitudinal movement of the control knob, which in turn is determined by the bellows's ability to change its linear dimensions.

Целью изобретения является расширение области обслуживания.The aim of the invention is the expansion of the service area.

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 связана с рукояткой управления, Согласно изобретению захват соединен с подвижной штангой двумя взаимно перпендикулярными соосно расположенными многократными шарнирными параллелограммами, имеющими общие внутренние шарниры, и также выполнение осей шарниров крестообразными в аналогах не обнаружены.This goal is achieved by the fact that in a known sword manipulator containing an actuator formed by a movable bar and a gripper, a ball bearing mounted in the chamber wall, sealing bellows and a control handle in which the movable bar of the actuator is passed through a ball bearing sealing the bellows and connected to the control handle According to the invention, the gripper is connected to a movable rod by two mutually perpendicular coaxially arranged multiple articulated parallelogram. and having common internal joints, and also the implementation of cross-shaped hinge axes in the analogues were found.

Взаимно перпендикулярное и соосное расположение многократных шарнирных параллелограммов с общими внутренними шарнирами позволяет исключить такой характерный для исполнительных органов в виде многократных шарнирных параллелограммов недостаток, как низкая жесткость.The mutually perpendicular and coaxial arrangement of multiple articulated parallelograms with common internal hinges makes it possible to eliminate such a disadvantage characteristic of executive bodies in the form of multiple articulated parallelograms, as low rigidity.

Следовательно заявляемый шпаговый манипулятор отвечает критерию «существенные отличия».Therefore, the invented sword manipulator meets the criterion of "significant differences".

Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг. 1 изображен шпаговый манипулятор, вид спереди: фиг. 2 вид сбоку исполнительного органа, вид А.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a sword manipulator, front view: FIG. 2 side view of the executive body, view A.

Манипулятор содержит проходку 1, шаровую опору с фиксатором 2, состоящую из внутреннего 3, наружного 4 и средних 5, 6 сферических элементов, расположенных концентрично друг относительно друга.The manipulator contains a penetration 1, a ball bearing with a clamp 2, consisting of the inner 3, outer 4 and middle 5, 6 spherical elements arranged concentrically relative to each other.

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 многократных шарнирных параллелограммов 11. Подвижная штанга 8, многократные шарнирные параллелограммы 11 захват 12 образуют исполнительный орган. Закрепленный на подвижной штанге внутренний шарнир 10 разделяет многократные шарнирные параллелограммы 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. Оси внутренних шарниров 10 выполнены крестообразными. Многократные шарнирные параллелограммы установлены перпендикулярно друг другу.A pipe 7 mounted in a ball bearing is fixed in the middle spherical elements 5 and 6. A moving rod 8 is passed through the pipe 7, having a rigidly fixed control handle 9 at one end. The other end of the movable rod 8 is connected to the inner hinge 10 multiple articulated parallelograms 11. The moving rod 8, the multiple hinge parallelograms 11 gripper 12 form an actuator. The internal hinge 10 fixed on the movable rod divides the multiple hinge parallelograms into the leading part 13 and the slave 14. The leading part 13 is formed by a single hinge parallelogram fixed on the middle spherical element 5. The driven part 14 is formed by several hinged parallelograms. The axis of the inner hinge 10 is made crosswise. Multiple articulated parallelograms are installed perpendicular to each other.

Внутренний сферический элемент шаровой опоры связан с трубой 7 посредством герметизирующего сильфона 15. Другой конец трубы 7 связан с рукояткой управления 9 посредством герметизирующего сильфона 16. Средний сферический элемент 5, наружный сферический элемент 4 и внутренний сферический элемент 3 образуют со стороны исполнительного органа полость 17. Средний сферический элемент 6 и внутренний сферический элемент 3 образуют со стороны рукоятки управления 9 полость 18. Полости 17 и 18 заполнены экранирующим веществом, в качестве которого могут быть использованы порошки графита, иридия или проточная вода.The inner spherical element of the ball bearing is connected to the pipe 7 by means of the sealing bellows 15. The other end of the pipe 7 is connected to the control handle 9 by means of the sealing bellows 16. The middle spherical element 5, the outer spherical element 4 and the inner spherical element 3 form a cavity 17 on the side of the executive body. The middle spherical element 6 and the internal spherical element 3 form a cavity 18 on the side of the control handle 9. The cavities 17 and 18 are filled with a shielding substance, which can be used graphite powders, iridium or running water.

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 18 герметизирует передачу качательного движения захвату 12 от рукоятки управления 9.The manipulator works as follows: the gripper 12 of the manipulator receives rocking motion from the control handle 9 through the movable rod 8, swinging along with the pipe 7 in the ball joint. Sealing bellows 18 seals the transfer of the oscillating motion of 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 8, многократный шарнирный параллелограмм 11 при этом вместе с подвижной штангой 8 и многократным шарнирным параллелограммом осуществляют вращательное движение трубка 7 и средние сферические элементы 5 и 6 шаровой опоры.During the rotational movement of the control knob 9, the gripper 12 receives rotation from the control knob 9 through the movable rod 8, the multiple articulated parallelogram 11, together with the movable rod 8 and the multiple articulated parallelogram, rotate the tube 7 and the middle spherical elements 5 and 6 of the ball joint.

При возвратно-поступательном движении захват 12 получает возвратно-поступательное движение от рукоятки управления 9 через подвижную штангу 8, которая перемещаясь вдоль трубы 7, перемещает 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 в ведомой части. При растяжении ведомой части 13 внутренние шарниры 17 увлекают за собой подвижные пластины 15 раздвижного элемента жесткости, которые перемещаются по направляющим 16. Герметизирующий сильфон 19 обеспечивает герметизацию возвратно-поступательного движения.During the reciprocating movement, 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 inner hinge 10 of the multiple hinge parallelogram. In this case, when the control handle is moved towards the gripper 12, the movable rod 8 stretches the leading part of the multiple articulated parallelogram, bringing together its outer hinges. The movement of the movable rod is transmitted to the grip through the driven part 13 of the multiple articulated parallelogram. Moreover, the amount of movement of the movable part of the rod increases by n times, where n is the number of parallelograms in the driven part. When the driven part 13 is stretched, the inner hinges 17 carry away the movable plates 15 of the sliding stiffening element, which move along the guides 16. The sealing bellows 19 ensures the sealing of the reciprocating motion.

При движении рукоятки управления 9 в сторону от захвата 12 подвижная штанга 8 сжимает четырехугольный шарнирный параллелограмм, перемещая захват в обратном направлении.When moving the control handle 9 away from the grip 12, the movable rod 8 compresses the quadrangular articulated parallelogram, moving the grip in the opposite direction.

Предлагаемый манипулятор обеспечивает по сравнению с прототипом увеличение зоны обслуживания, за счет того, что возвратно-поступательное перемещение рукоятки управления, ограниченные размерами герметизирующего сильфона 19, увеличиваются во столько раз, во сколько число параллелограммов ведомой части больше числа параллелограммов ведущей части. Введение в исполнительный орган раздвижного элемента жесткости исключает недостаточную жесткость, присущую шарнирным параллелограммам.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 size of the sealing bellows 19, increases by as many times as the number of parallelograms of the driven part is greater than the number of parallelograms of the leading part. Introduction to the executive body of the sliding element stiffness eliminates the lack of stiffness inherent in the hinge parallelogram.

Claims

A steep manipulator containing an executive body formed by interconnected movable rod, multi-link articulated parallelogram mechanism and grip, a support made with possibility of mounting in the chamber wall, sealing bellows and a control handle connected with a movable rod that is passed through said support and bellows, characterized in that the support is made spherical, and the multi-link articulated parallelogram mechanism is made consisting of two articulated parallelogram mechanisms, laid in mutually perpendicular planes and having a common hinge disposed along the longitudinal axis of the multi-link mechanism and adapted cruciform axes.