МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ОРИЕНТИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ЕМКОСТЕЙ И ЕМКОСТЬ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ Российский патент 2010 года по МПК B25J11/00 G21F5/00 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к робототехнике, в частности к манипуляторам для перемещения емкостей с утилизированными отходами, в особенности с жидкими отходами, предварительно подвергнутыми плазмотермической обработке, а также к конструкциям емкостей, предназначенных для обеспечения перемещения и ориентированной установки в контейнер, специально предназначенный для последующего долговременного хранения.

Известен манипулятор (а.с. СССР №1315228, МПК B23Q 7/04, B25J 11/00, 1987 г.), включающий вертикальный модуль, состоящий из подвижного штока (руки) с установленным на нем захватом, корпуса, выполненного с направляющими для подвижного штока, привода вертикального перемещения подвижного штока с захватом, привода поворота захвата относительно подвижного штока и привода зажима захвата.

Наиболее близким к заявленному манипулятору по совокупности существенных признаков является манипулятор (а.с. СССР №1549745, МПК B25J 11/00, 1987 г.), включающий модуль вертикального перемещения, состоящий из подвижного штока с установленным на нем захватом, корпуса, снабженного направляющими для подвижного штока, привода вертикального перемещения подвижного штока с захватом, привода поворота захвата относительно подвижного штока и привода зажима захвата.

Недостатком этого манипулятора является сложность конструкции и высокая трудоемкость технического обслуживания при использовании манипулятора, а также трудности при его автоматизации из-за отсутствия в приводе зажима автономного двигателя.

Задачей настоящего технического решения является создание манипулятора простой конструкции, долговечного, удобного в обслуживании и обеспечивающего при этом надежный захват и перемещение емкостей.

Для решения поставленной задачи предложен манипулятор, включающий захват, модуль вертикального перемещения последнего, в направляющих корпуса которого установлен подвижный шток с захватом, на корпусе модуля смонтированы индивидуальные электродвигатели приводов вертикального перемещения подвижного штока, поворота захвата и зажима захвата, при этом привод поворота захвата и привод зажима захвата включают соответствующие трансмиссионные валы, смонтированные на подвижном штоке.

Предпочтительно, если подвижный шток будет выполнен в виде трехгранной призмы с по меньшей мере одним фланцем, а упомянутые трансмиссионные валы привода поворота захвата и зажима захвата будут смонтированы на двух боковых сторонах упомянутой призмы.

Также предпочтительно, если привод вертикального перемещения подвижного штока будет иметь зубчатую рейку и шестерню, причем зубчатая рейка привода вертикального перемещения подвижного штока будет смонтирована на боковой стороне упомянутой призмы.

Целесообразно, чтобы захват был выполнен в виде корпуса, закрепленного на фланце подвижного штока, смонтированных на упомянутом корпусе по меньшей мере двух оппозитно расположенных ползунов и двух опорных пластин и первого и второго рычажных механизмов с двуплечими рычагами, при этом каждый ползун контактирует с одним плечом одного из двуплечих рычагов первого рычажного механизма, а второе плечо этого рычага кинематически связано с трансмиссионным валом привода зажима захвата, а каждая опорная пластина контактирует с одним плечом одного из двуплечих рычагов второго рычажного механизма, а на втором плече каждого рычага этого механизма имеется опорная поверхность, предназначенная для контактирования с емкостью при зажиме захвата.

Целесообразно для достижения высокой компактности конструкции, чтобы кинематическая связь рычага первого рычажного механизма с трансмиссионным валом была выполнена в виде пары «винт-гайка».

Оптимальной является конструкция захвата, в которой ползуны расположены относительно друг друга на расстоянии, меньшем соответствующего размера емкости в данном направлении, а опорные пластины - на расстоянии, превышающем этот размер.

Также оптимальной является конструкция захвата, при которой на каждом ползуне выполнены по меньшей мере два выступа, направленные к соответствующей опорной пластине, в которой выполнены по меньшей мере два отверстия.

Однако возможен вариант выполнения захвата, при котором на каждом ползуне выполнены по меньшей мере два углубления, а на каждой опорной пластине выполнены по меньшей мере два выступа, направленные к соответствующему ползуну.

Для обеспечения надежной работы целесообразно, чтобы двуплечие рычаги второго рычажного механизма были подпружинены относительно корпуса захвата, причем таким образом, что под действием усилия пружины опорные пластины стремились занять положение, соответствующее увеличению расстояния между ними.

Из уровня техники известно, что долговременное хранение отходов связано с задачей оптимальной загрузки объема хранилища, т.е. максимального использования объема специально оборудованного бетонного контейнера при загрузке в него переработанных отходов. При этом по технологической схеме обработка и последующее хранение отходов осуществляется в металлических емкостях (ведрах), которые манипулятором перемещаются из зоны обработки отходов в упомянутый бетонный контейнер для последующего долговременного хранения. Максимальная степень загрузки бетонного контейнера обеспечивается оптимальной формой металлических емкостей, обеспечивающей минимизацию промежутков между ними при установке в контейнере.

Из уровня техники известна емкость для хранения радиоактивных отходов, выполненная в виде цилиндра (ведра), имеющего расширение от дна к горловине. Емкость имеет приспособление для центрирования при многоярусной ориентированной установке емкостей в бетонном контейнере (изобретение СССР №1093138, М. кл. G21F 5/00, 23.01.1985 г.). Недостатком конструкции этой емкости являются: недостаточно полное использование объема хранилища (контейнера) вследствие наличия неизбежных промежутков (пустот) между боковыми стенками цилиндрических емкостей, а также невозможность полного введения одной емкости в полость другой, что предопределяет возможность транспортирования к месту использования незначительного количества емкостей, т.е. низкое использование объема транспортного средства при транспортировке порожних емкостей к месту использования.

Задачей настоящего изобретения является также создание такой емкости для долговременного хранения отходов, которая обеспечивала бы плотную установку емкостей в бетонном контейнере при одновременной ориентации емкостей одного яруса относительно емкостей другого яруса, а кроме того, высокую степень использования объема транспортного средства при перевозке порожних емкостей к месту их заполнения отходами.

В соответствии с настоящим техническим решением емкость для перемещения, ориентированной установки и хранения имеет боковые стенки в виде преимущественно вертикально расположенных трапециевидных граней, в которой в верхней части по меньшей мере двух оппозитно расположенных боковых стенок выполнены отверстия, а по меньшей мере на двух стенках выполнены ориентированные внутрь полости емкости выступы, предназначенные для контактирования с наружной поверхностью дна емкости верхнего яруса при многоярусной укладке емкостей, при этом упомянутые выступы расположены ниже отверстий в стенках емкости, предназначенных для взаимодействия с выступами на захвате.

Целесообразно, если расстояние между отверстиями в боковых стенках емкости соответствуют расстоянию между выступами на ползуне или опорной пластине захвата.

Кроме того, целесообразно, если по меньшей мере часть выступов расположена на противоположных стенках.

Предпочтительно, если выступы на ее стенках выполнены посредством штамповки.

Оптимальным является вариант, в котором емкость имеет по меньшей мере три выступа на стенках.

Целесообразно, если выступы будут выполнены на одних стенках емкости, а отверстия - на других стенках последней.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, на которых:

на фиг.1 изображен манипулятор, смонтированный на объекте;

на фиг.2 изображен вертикальный модуль со смонтированными на нем узлами;

на фиг.3 представлена кинематическая схема манипулятора;

на фиг.4 показаны электродвигатели приводов, закрепленные на вертикальном модуле;

на фиг.5 показан продольный разрез вертикального модуля;

на фиг.6 представлен разрез захвата и закрепленной емкости;

на фиг.7 показано пространственное изображение элементов захвата и емкости;

на фиг.8 показано пространственное изображение емкости с элементами конструкции.

Манипулятор, выполненный в соответствии с предлагаемым изобретением, смонтирован на основании 1 (фиг.1) и содержит каретку 2 продольного перемещения, каретку 3 поперечного перемещения, модуль вертикального перемещения 4, приводы подач 5 и 6. Управление перемещениями по всем координатам осуществляется от блока управления, выполненного на основе устройства числового программного управления (УЧПУ, на чертеже не показано). Основание 1 выполнено в виде сварной конструкции и предназначено для закрепления на бетонном полу. В верхней части основания 1 расположены опоры для размещения продольных направляющих. Каретка 2 продольного перемещения, выполненная в виде сварной рамы, установлена с возможностью перемещения по направляющим качения 7. На траверсе каретки 2 расположены направляющие качения 8, предназначенные для перемещения каретки 3 поперечного перемещения, несущей модуль 4 вертикального перемещения.

Модуль 4 вертикального перемещения включает электродвигатели приводов вертикального перемещения 9, поворота захвата 10 (фиг.2 и 3), зажима захвата 11, а кроме того, подвижный шток 12, на фланце которого закреплен захват 13. Подвижный призматический шток 12 установлен в направляющих корпуса 14 модуля 4. На гранях призматического штока 12 смонтированы трансмиссионные валы 15 и 16 (фиг.3) приводов поворота и зажима захвата 13.

Захват 13 смонтирован на поворотном корпусе 11, закрепленном на фланце подвижного штока 12, и выполнен в виде по меньшей мере двух оппозитно расположенных ползунов 28 и двух опорных пластин (щек) 18, и включает два рычажных механизма: первый и второй рычажные механизмы с двуплечими рычагами 27 (фиг.6) и 37 (фиг.7) соответственно. При этом каждый ползун контактирует с одним плечом одного из двуплечих рычагов 27 первого рычажного механизма, а второе плечо этого рычага кинематически связано с трансмиссионным валом 16 привода зажима захвата, а каждая опорная пластина 18 контактирует с одним плечом одного из двуплечих рычагов 37 второго рычажного механизма, а на втором плече каждого рычага этого механизма имеется опорная поверхность 20 (в частности, поверхность ролика, установленного на конце каждого рычага 37), предназначенная для контакта с верхней кромкой горловины емкости 39 при зажиме захвата. Рычаги 37 подпружинены относительно поворотного корпуса 17, при этом усилие пружин 41 направлено таким образом, что обеспечивает взаимный отвод опорных пластин 18 (перемещение их друг от друга). В каждой опорной пластине 18 выполнены отверстия 40, расположенные таким образом, что при захвате емкости манипулятором в эти отверстия проходят пальцы (выступы) 19.

Привод поворота захвата осуществляется от электродвигателя 10 через червячный редуктор 29 (фиг.3, 4 и 5), зубчатый ремень 30 и вал 15 и включает зубчатые колеса 31 и 32, одно из которых (в данном случае - зубчатое колесо 32) закреплено на поворотном корпусе 17.

Привод зажима захвата осуществляется от электродвигателя 11 через червячный редуктор 21, зубчатый ремень 22, вал 16, зубчатые колеса 23 и 24 (фиг.6, 7), винт 25 и гайку 26, обеспечивающую перемещение соответствующего плеча двуплечего рычага 27, второе плечо которого взаимодействует с ползуном 28, установленным в направляющих (схематично показаны на фиг.3) корпуса 17. На каждом ползуне 28 имеются выступы в виде 2-х пальцев 19.

Вертикальные перемещения штока 12 в направляющих 33 (схематично показаны на фиг.3) осуществляются от электродвигателя 9 через вал 34, шестерню 35 и зубчатую рейку 36.

Емкость 39 для перемещения и хранения утилизированных отходов выполнена в виде призматического тела переменного поперечного сечения, площадь которого уменьшается по длине тела в направлении от горловины 42 (фиг.7) ко дну 43.

Горловина и дно емкости имеют форму многогранника, а боковые стенки 44 (а, б, в, г) емкости образованы участками, в основном, вертикально ориентированными гранями в виде трапеций. В верхней части по меньшей мере двух оппозитно расположенных стенок 44а и 446 емкости выполнены отверстия 45, предназначенные для взаимодействия с пальцами 19 на ползунах 28 захвата и расположенные на расстоянии, равном расстоянию между этими выступами и между отверстиями 40.

На противоположно (оппозитно) расположенных стенках 44в и 44г емкости выполнены ориентированные внутрь емкости выступы 46, образованные посредством штамповки и имеющие преимущественно горизонтально ориентированные опорные площадки 47, предназначенные для контактирования с наружной поверхностью дна емкости следующего яруса при многоярусном размещении их в контейнере.

Работа манипулятора осуществляется следующим образом. Манипулятор из исходного положения по программе, заложенной в УЧПУ, перемещается в зону захвата емкости 39. Захват при этом находится в раскрытом состоянии: опорные пластины 18 разведены, пальцы 19 в сведенном положении. Призматический шток 12, управляемый приводом 9, опускается для захвата емкости. При наезде на емкость рычаги 27 опорные поверхности 20 роликов касаются верхнего торца стенок емкости. При дальнейшем перемещении штока опорные пластины 18, поворачиваясь вокруг своих осей, охватывают емкость, контактируя с противолежащими стенками последней. Шток по команде УЧПУ останавливается в точке с заранее программируемыми координатами. Затем по программе включается привод зажима захвата 11. Вращательное движение от электродвигателя через червячный редуктор 21, зубчатую ременную передачу 22, трансмиссионный вал 16, зубчатую пару 23 и 24 передается на винт 25. При вращении винта происходит перемещение гайки 26, при этом через двуплечие рычаги 27 выдвигаются ползуны 28 с пальцами 19. Пальцы 19 проходят сквозь боковые отверстия 45 емкости, которая тем самым фиксируется захватом. Шток 12 по команде УЧПУ перемещается в верхнее положение. Далее емкость перемещается в зону специального бетонного приемника, представляющего собой бетонный контейнер, заполняемый емкостями (ведрами) по ярусам. Нижний ярус емкостей устанавливается манипулятором на дно бетонного контейнера. Ведра (емкости) следующего (верхнего) яруса опираются на опорные площадки соответствующего ведра нижнего ряда (яруса), что требует разворота емкости на 180° и обеспечивается по программе УЧПУ. Расстояние между стенками емкостей и стенками бетонного контейнера в горизонтальной плоскости минимально. Это расстояние определяется толщиной опорной пластины 18 и погрешностью позиционирования. Каждый ярус отличается угловым положением емкостей с отходами (емкости соседних рядов развернуты друг относительно друга на 180°).

Для изменения углового положения емкостей в разных ярусах (взаимного разворота емкостей на 180°) с целью наиболее полного использования внутреннего пространства бетонной емкости служит привод поворота захвата 10. Вращательное движение от электродвигателя через червячный редуктор 29, зубчатую ременную передачу 30, трансмиссионный вал 15 передается на зубчатые колеса 31 и 32. Зубчатое колесо 32 смонтировано на подшипниках качения и вращается относительно штока 12. Корпус 17 захвата прикреплен к зубчатому колесу 32 и вращается вместе с ним.

Таким образом, заявляемый манипулятор обладает простой и надежной конструкцией, а также высокой ремонтопригодностью, требует минимального обслуживания и обеспечивает вследствие высокой жесткости рабочих органов высокую точность позиционирования, а использование заявляемой емкости обеспечит повышение плотности заполнения емкостями контейнера и максимальное использование объема транспортной тары при доставке порожних емкостей к месту использования.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к манипуляторам для захвата емкостей с утилизированными отходами, предпочтительно отработанным топливом атомных электростанций, и к конструкции таких емкостей для обеспечения перемещения их и загрузки в специальный приемник для последующего долговременного хранения. Боковые стенки емкости выполнены в виде вертикально расположенных трапециевидных граней. Для взаимодействия с пальцами захвата манипулятора в боковых стенках емкости выполнены, по меньшей мере, два оппозитно расположенных отверстия. Манипулятор содержит модуль вертикального перемещения емкости. В направляющих корпуса модуля установлен шток с захватом, содержащим пальцы для взаимодействия с отверстиями в стенках емкости. На корпусе модуля смонтированы электродвигатели привода вертикального перемещения штока, привода поворота захвата и привода зажима захвата. Заявляемый манипулятор обладает простой и надежной конструкцией, а также обеспечивает высокую точность позиционирования, а использование заявляемой емкости обеспечит повышение плотности заполнения емкостями контейнера и максимальное использование объема тары при транспортировке порожних емкостей к месту использования. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Емкость для хранения отходов, имеющая боковые стенки в виде, преимущественно, вертикально расположенных трапециевидных граней, и в которой в верхней ее части выполнены, по меньшей мере, два оппозитно расположенные в боковых стенках отверстия, предназначенные для взаимодействия с пальцами захвата манипулятора, а на, по меньшей мере, двух стенках выполнены ориентированные внутрь полости емкости выступы, предназначенные для контактирования с наружной поверхностью дна емкости верхнего яруса при многоярусной укладке емкостей, при этом упомянутые выступы расположены ниже отверстий в стенках емкости.

2. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, часть выступов расположена на противоположных стенках.

3. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что выступы на ее стенках выполнены посредством штамповки.

4. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что она имеет, по меньшей мере, три выступа на стенках.

5. Емкость по п.1, отличающаяся тем, что выступы и отверстия выполнены на разных стенках емкости.

6. Манипулятор для перемещения и ориентированной установки емкости по п.1, включающий модуль вертикального перемещения емкости, в направляющих корпуса которого установлен шток с захватом, имеющим пальцы, предназначенные для взаимодействия с отверстиями в стенках емкости, а на корпусе модуля смонтированы электродвигатели привода вертикального перемещения штока, привода поворота захвата и привода зажима захвата, при этом приводы поворота зажима захвата связаны со своими электродвигателями посредством трансмиссионных валов, смонтированных на штоке.

7. Манипулятор по п.6, отличающийся тем, что шток выполнен в виде трехгранной призмы, с, по меньшей мере, одним фланцем, а трансмиссионные валы привода поворота захвата и зажима захвата смонтированы на двух боковых сторонах упомянутой призмы.

8. Манипулятор по п.7, отличающийся тем, что зубчатая рейка смонтирована на боковой стороне трехгранной призмы.

9. Манипулятор по п.6, отличающийся тем, что он снабжен фланцем, расположенным на штоке, на котором закреплен корпус захвата, содержащий смонтированные на нем, по меньшей мере, два оппозитно расположенных ползуна и две опорных пластины, а также два рычажных механизма с двуплечими рычагами, при этом каждый ползун выполнен контактирующим с плечом одного из двуплечих рычагов первого рычажного механизма, другое плечо которого кинематически связано с трансмиссионным валом привода зажима захвата, а каждая опорная пластина выполнена контактирующей с плечом одного из двуплечих рычагов второго рычажного механизма, на втором плече которого выполнена опорная поверхность, предназначенная для контактирования с емкостью при зажиме захвата.

10. Манипулятор по п.9, отличающийся тем, что кинематическая связь рычага первого рычажного механизма с трансмиссионным валом выполнена в виде пары винт-гайка.

11. Манипулятор по п.9, отличающийся тем, что ползуны расположены относительно друг друга на расстоянии, меньшем соответствующего размера емкости в данном направлении, а опорные пластины - на расстоянии, превышающем этот размер.

12. Манипулятор по п.9, отличающийся тем, что на опорной пластине, в которой выполнены, по меньшей мере, два отверстия, а на каждом ползуне выполнены, по меньшей мере, два пальца.

13. Манипулятор по п.9, отличающийся тем, что на каждом ползуне выполнены, по меньшей мере, два углубления, а на каждой опорной пластине выполнены, по меньшей мере, два пальца, направленные к соответствующему ползуну.

14. Манипулятор по п.9, отличающийся тем, что двуплечие рычаги второго рычажного механизма подпружинены относительно корпуса захвата с обеспечением увеличения расстояния между опорными пластинами под действием усилия пружины.