Шпаговый манипулятор
SWORD MANIPULATOR

Изобретение относится к механическим манипуляторам, предназначенным для работы в изолированных камерах с радиоактивными веществами и исключающим непосредственный контакт человека с этими веществами.
Известен шпатовый 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 G21J 7/06, 1961 г.).
Недостатком этого манипулятора является то, что он имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. его конструкция не позволяет исполнительному органу совершать качательные движения.
Этот недостаток устранен в выбранном в качестве прототипа шпатовом 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. 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.).
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.
Кроме того большой шаг хода продольного перемещения штанги манипулятора затрудняет надежную герметизацию.
Целью изобретения является повышение степени биологической защиты за счет повышения герметичности.
Поставленная цель достигается тем, что в шпатовом 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 с ней упругими тягами, а захват соединен с подвижной штангой многократным шарнирным параллелограммом.
Кроме того, предложено полусферические элементы выполнять вмонтированными во внутренние обоймы подшипников, а упругими тягами связывать с проходкой внешней обоймы этих подшипников.
Новизна предложения заключается также в том, что упругие элементы выполнены в виде пружин.
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. Соединение полусферических элементов с проходкой упругими тягами также способствует повышению герметичности за счет постоянного прижатия полусферических элементов к сферическим поверхностям гнезд. Установка многократного шарнирного параллелограмма между подвижной штангой и захватом позволяет существенно уменьшить величину продольных перемещений подвижной штанги, что облегчает ее герметизацию.
Установка полусферических элементов во внутренних обоймах подшипников и присоединение упругих тяг к внешним обоймам подшипников необходимы для обеспечения тех же функциональных возможностей, что и у прототипа, т.е. передачу исполнительному органу качательного, вращательного и поступательного движения. Таким образом, отличительные от прототипа признаки являются существенными.
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».
Сущность изобретения пояснена чертежами, где на фиг. 1 изображен продольный разрез шпатового манипулятора, на фиг. 2 - поперечный разрез А-А.
Шпатовый 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, 5, переходящие соответственно в конические полости 6 и 7, вершинами соединенные между собой. В гнездах 4 и 5 установлены полусферические элементы: внутренний 8 и наружный 9, запрессованные во внутренние обоймы подшипников 10, 11. Наружные обоймы этих подшипников соединены с проходкой 1 пружинами 12. Конические полости 6 и 7 заполнены пористой резиной. По оси полусферических элементов 8 и 9 просверлены отверстия 13 и 14, через которые пропущена подвижная штанга 15. На одном конце подвижной штанги закреплен внутренний шарнир многократного шарнирного параллелограмма 16, а на другом - рукоятка управления 17. Подвижная штанга 15, многократный шарнирный параллелограмм 16 и захват 18 образуют исполнительный орган. На выходе подвижной штанги 15 из отверстий 13 и 14 установлены герметизирующие сильфоны 19 и 20.
Манипулятор работает следующим образом. При необходимости совершения качательного движения захвата 18 оператор отклоняет рукоятку управления 17 в нужном направлении. Вместе с рукояткой управления перемещается связанный с ней конец подвижной штанги 15, которая являясь двуплечим рычагом, совершает поворот относительно упора, образованного переходом конических полостей 6 и 7 одна в другую.
Вместе с подвижной штангой 15 совершает качательные движения полусферические элементы 8 и 9 шаровой опоры. Полусферические элементы постоянно прижимаются к сферическим поверхностям гнезд 4 и 5 пружинами 12 благодаря этому герметизируется отверстие в проходке 1, образованное коническими полостями 6 и 7.
При вращательном движении оператор рукояткой управления 17 поворачивает подвижную штангу 15 вокруг ее оси. Поскольку подвижная штанга 15 сильфоном 19 и ведущим звеном многократного шарнирного параллелограмма 16 связана с внутренним полусферическим элементом 8, а сильфоном 20 - с наружным сферическим элементом 9, то при ее вращении полусферические элементы тоже вращаются в месте с внутренними обоймами подшипников 10 и 11. Наружные обоймы этих подшипников стоят на месте, т.к. связаны пружинами 12 с проходкой 1. Вращательное движение подвижной штанги 15 через многократный шарнирный параллелограмм 16 передается захвату 18.
При поступательном движении рукоятки управления 17 вместе с ней движется подвижная штанга 15, перемещая внутренний шарнир, разграничивающий ведущее и ведомое звенья многократного шарнирного параллелограмма 16. Одновременно на такую же величину перемещается каждый внутренний шарнир ведомого звена. Поскольку ведомое звено имеет в n раз больше шарнирных параллелограммов по сравнению с ведущим звеном, то величина перемещения захвата 18 в n раз больше величины перемещения рукоятки управления 17.
При работе шпатового манипулятора отверстия 13 и 14 в полусферических элементах загерметизированы сильфонами 19 и 20.
По сравнению с прототипом заявляемый шпатовый манипулятор обладает более высокой степенью биологической защиты, т.к. сечение отверстия для подвижной штанги в проходке заявляемого манипулятора 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 дезактивацию рабочих помещений и организацию лечебно-профилактических мероприятий. Кроме того, исполнение шаровой опоры в заявляемом манипуляторе гораздо проще, чем в прототипе.