Шпаговый манипулятор
BALL MANIPULATOR

Изобретение относится к механическим манипуляторам, предназначенным для работы в изолированных камерах с радиоактивными веществами и исключающим непосредственный контакт человека с этими веществами.
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.
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.
Повышенная жесткость достигнута в исполнительном органе манипулятора содержащем корпус, установленный в нем привод поступательного перемещения, рабочий орган выполненный в виде двух параллельных шарнирных многозвенников, связанных внутренними шарнирами с секциями телескопического механизма установленного между этими шарнирными многозвенниками. Этот исполнительный механизм из-за наличия в нем двух шарнирных многозвенников имеет сложную и громоздкую конструкцию. Исключение же одного из шарнирных многозвенников может привести при работе к перекосам секции и заклиниванию телескопического механизма. Перекосы секций телескопического механизма будут обусловлены тем, что шарнирный многозвенник удален от центра тяжести телескопического механизма на существенное расстояние и усилия, передаваемые шарнирным многозвенником, будут создавать значительные изгибающие моменты, действующие на эти секции.
В качестве прототипа взят шпаговый манипулятор содержащий 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, 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 (3).
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.
Целью изобретения является расширение области обслуживания.
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 многократным шарнирным параллелограммом, усиленным внутри телескопического механизма, причем ведомая часть многократного шарнирного параллелограмма разделена на звенья по количеству подвижных элементов телескопического механизма.
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.
Установка же многократного шарнирного параллелограмма внутри телескопического элемента жесткости и разделение ведомой части многократного шарнирного параллелограмма на звенья по количеству подвижных элементов телескопического механизма в аналогах не обнаружено. Расположение многократного шарнирного параллелограмма внутри телескопического механизма обеспечивает передачу усилий точно по оси этого механизма, чем исключает его перекосы при одном многократном шарнирном параллелограмме.
Следовательно заявляемое решение отвечает критерию «существенные отличия».
Сущность изобретения пояснена чертежом, где изображен общий вид шпагового манипулятора.
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 многократного шарнирного параллелограмма 11. Подвижная штанга 8, многократный шарнирный параллелограмм 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.
Многократный шарнирный параллелограмм 11 установлен внутри телескопического механизма 15. Крайний элемент телескопического механизма, расположенный на противоположном от захвата 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.
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.
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.
При вращательном движении рукоятки управления 9 захват 12 получает вращение от рукоятки управления 9 через подвижную штангу 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.
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.
При движении рукоятки управления 9 в сторону от захвата 12 подвижная штанга 8 сжимает многократный шарнирный параллелограмм, перемещая захват в обратном направлении.
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 многократного шарнирного параллелограмма внутри телескопического механизма повышает жесткость.
Источники информации:
4
1. А.С. №517482 СССР, МКИ B25J 1/00;
4
2. А.с. №963847 СССР, МКИ B25J 9/00;
4
3. А.с. №117241 СССР, МКИ F27D 0023/00 (прототип)