ШПАГОВЫЙ МАНИПУЛЯТОР Российский патент 2020 года по МПК B25J21/00 B25J19/00 

Предлагаемое изобретение относится к защитной технике и предназначено для дистанционного проведения работ с радиоактивными веществами в лабораторных и производственных шкафах и защитных боксах, исключающих непосредственный контакт человека с этими веществами, воздействующими на обслуживающий персонал.

Наиболее близким аналогом является манипулятор, известный из SU 125866.

Целью дополнительного изобретения является повышение степени биологической защиты манипулятора при использовании его в работе с высокоактивными изотопами ядерного производства радиоактивных веществ с комбинированным (бета и гамма) излучением.

Цель достигается тем, что в шпаговом манипуляторе выполнен четвертый дополнительный внутренний сферический элемент, расположенный со стороны исполнительного органа, а образованная теперь уже четырьмя сферическими элементами и сильфонами или мембранными компенсаторами, замкнутая со стороны рукоятки управления и со стороны исполнительного органа, полость заполнена экранирующим веществом, поглощающим (бета и гамма) ионизирующие излучения. В качестве такого экранирующего вещества может быть использован порошок иридия, графита или жидкости, например, проточная вода, а для обеспечения заполнения экранирующим веществом, замкнутой со стороны рукоятки управления и со стороны исполнительного органа, образованной полости в стенках четырех сферических элементов, в трубе и в проходке манипулятора выполнены отверстия, соединяющие эти полости герметичной шаровой опоры с операторским помещением, в котором установлена сигнализирующая аппаратура, контролирующая герметизацию работы всего манипулятора и степень экранирования биологической защиты оператора.

В качестве контролирующей аппаратуры может быть использовано ранее известное сигнализирующее устройство по а.с. №772841 или а.с. №1274922.

Кроме того, с целью расширения диапазона возможностей полной герметизации всего манипулятора его исполнительный орган выполнен в виде механизма многократного шарнирного параллелограмма с жестко закрепленным центральным шарниром, разделяющим многократный параллелограмм на ведущее звено, состоящее из одного параллелограмма, и ведомое звено, состоящее из нескольких параллелограммов, причем параметры ведущего звена этого механизма значительно больше параметров ведомых звеньев, которые по отношению друг к другу одинаковы, а ведущее звено через жестко закрепленный центральный шарнир связано со штангой и рукояткой управления, ведомое звено этого механизма связано с рабочим органом манипулятора.

Такое техническое решение обеспечит надежное экранирование и высокую степень биологической защиты оператора при работе с высокоактивными изотопами ядерного производства радиоактивных веществ с комбинированным (бета и гамма) излучением и существенно расширит диапазон возможностей полной герметизации всего манипулятора, так как небольшой ход штанги в этой конструкции манипулятора можно надежно загерметизировать обычным сильфонным компенсатором, выпускаемым промышленностью.

На Фиг. 1 представлен общий вид шпагового манипулятора.

На Фиг. 2а; фиг. 2б; фиг. 2в; фиг. 2г - изображены модификации конструкции телескопической шпаги манипулятора в виде механизма многократно-шарнирного параллелограмма.

На Фиг. 3 - изображен обитаемый подводный аппарат, снабженный телескопическим манипулятором шпагового типа.

На Фиг. 4; фиг. 5 - изображены орбитальные станции с телескопическими манипуляторами шпагового типа на борту.

На фиг. 6 (а,б,в,г,д) представлена Схема дистанционной работы телескопических манипуляторов шпагового типа в открытом космосе.

На Фиг. 7 - изображен космический Спутник, снабженный многократно шарнирными параллелограммными манипуляторами шпагового типа на борту.

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 опоре смонтирована труба 7, несущая внутри себя с возможностью поступательного перемещения штангу 8, имеющую на одном конце рукоятку управления 9, а на другом связана через жестко закрепленный шарнир 10 с механизмом многократного шарнирного параллелограмма 11, являющимся исполнительным органом манипулятора, имеющим рабочий орган 12.

Исполнительный орган выполнен в виде механизма многократного шарнирного параллелограмма 11 с жестко закрепленным центральным шарниром 10, разделяющим многократный параллелограмм на ведущее звено 13, состоящее из одного параллелограмма, и ведомое звено 14, состоящее из нескольких параллелограммов, причем параметры ведущего звена этого механизма значительно больше параметров ведомых звеньев 14. Ведущее звено через жестко закрепленный центральный шарнир связано со штангой и рукояткой управления, а ведомое звено этого механизма связано с рабочим органом манипулятора.

Внутренний сферический элемент 3 шаровой опоры соединен с трубой 7 посредством герметичного чехла 15, а другой конец трубы 7 связан посредством герметичного чехла 16 с рукояткой управления 9 манипулятора. Чехлы 12 и 13 выполнены в виде сильфонов, а чехол 12 может быть выполнен в виде мембраны. Средние 5, наружный 4 сферические элементы образуют, замкнутую со стороны рукоятки управления 9 и со стороны исполнительного органа 11, полости 17 и 18, заполненные экранирующим веществом 17, в качестве которого может быть использован порошок иридия, графита или жидкость, например, проточная вода. В стенках четырех сферических элементов 3, 4, 5 и 6, в трубе 7, а также в проходке 1 выполнены отверстия (каналы) 20 для сообщения с сигнализирующей аппаратурой 21. На внутреннем 3, среднем 5 и наружном 4 элементах выполнены конусные поверхности.

Манипулятор работает следующим образом.

Инструмент 13 исполнительного органа 11 манипулятора получает качательное движение от рукоятки управления 9 через штангу 8, качающуюся вместе с трубой 7 в шаровой опоре, герметичный чехол 15, который отделяет рабочее пространство манипулятора от нерабочего и герметизирует передачу качательного движения исполнительному органу манипулятора от органа его управления. Экранирующее вещество 16, находящееся в герметичных полостях 17 и 18 создает дополнительную биологическую защиту при работе манипулятора с высокоактивными изотопами и экранирует (защищает) оператора от воздействия на него комбинированного (бета и гамма) излучения. При этом полости с экранирующим веществом контролируются сигнализирующей аппаратурой 21, связанной с герметичными полостями 17 и 18 отверстиями (каналами) 17, выведенными в операторскую.

При вращательном движении исполнительный орган 11 манипулятора получает вращение от рукоятки управления 9 через штангу 8, вращающуюся в трубе 7 шаровой опоры и внутри герметичного чехла 13, отделяющего рабочее пространство манипулятора от нерабочего и герметизирующего передачу возвратно-поступательного движения.

При сжатии и разжатии губок инструмента 12 исполнительного органа 11 манипулятора, последний получает поступательное движение от рукоятки управления 9, посредством чего происходит захват предмета или его высвобождение.

При возвратно-поступательном движении исполнительного органа 11 механизм многократного шарнирного параллелограмма перемещаемое его ведущего 13 и ведомого 14 звеньев позволяет обеспечить возможность герметизации движения штанги 8 относительно трубы 7 обычным сильфонным компенсатором 16, разделяющим рабочее пространство манипулятора от нерабочего и надежно герметизирующего возвратно-поступательное движение исполнительного органа.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Использование изобретения позволит применять конструкцию предлагаемого манипулятора в ядерной промышленности для производства радиоактивных веществ с комбинированным (бета и гамма) излучением. Так как предлагаемая конструкция манипулятора обладает высокой степенью биологической защиты и надежно защитит оператора от воздействия на него мощного ионизирующего излучения. Это позволит нормализовать радиационную обстановку в операторских помещениях и в окружающей среде на ряде предприятий атомной промышленности, что положительно скажется на технике безопасности работающего персонала и здоровья операторов, сократит общие затраты на дезактивацию рабочих помещений и организацию лечебно-профилактических мероприятий.

Шпаговый манипулятор содержит проходку и шаровую опору с фиксатором, образованную концентрично расположенными четырьмя упомянутыми сферическими элементами в виде внутреннего, наружного и двух средних сферических элементов, при этом внутренний сферический элемент соединен с трубой сильфонным или мембранным герметичным чехлом, а другой конец трубы связан с рукояткой управления посредством другого сильфонного или мембранного герметичного чехла с образованием полостей, которые заполнены экранирующим веществом, причем в стенках сферических элементов, в трубе и в проходке манипулятора выполнены отверстия в виде каналов, при этом механизм многократного шарнирного параллелограмма выполнен с жестко закрепленным центральным шарниром, разделяющим многократный шарнирный параллелограмм на ведущее звено, состоящее из одного параллелограмма, и ведомое звено, состоящее из нескольких параллелограммов, ведущее звено через жестко закрепленный центральный шарнир связано со штангой и рукояткой управления, а ведомое звено связано с рабочим органом манипулятора. Технический результат заключается в повышении степени биологической защиты и расширении возможности полной герметизации манипулятора. 7 ил.

Шпаговый манипулятор, содержащий проходку, шаровую опору с фиксатором, состоящую из сферических элементов, в которой смонтирована труба с размещенной в ней штангой, выполненной с возможностью поступательного перемещения посредством закрепленной на одном ее конце рукоятки управления, при этом штанга другим концом связана с механизмом многократного шарнирного параллелограмма, соединенным с рабочим органом манипулятора, отличающийся тем, что шаровая опора образована концентрично расположенными четырьмя упомянутыми сферическими элементами в виде внутреннего, наружного и двух средних сферических элементов, при этом внутренний сферический элемент соединен с трубой сильфонным или мембранным герметичным чехлом, а другой конец трубы связан с рукояткой управления посредством другого сильфонного или мембранного герметичного чехла с образованием полостей, которые заполнены экранирующим веществом, причем в стенках сферических элементов, в трубе и в проходке манипулятора выполнены отверстия в виде каналов, при этом механизм многократного шарнирного параллелограмма выполнен с жестко закрепленным центральным шарниром, разделяющим многократный шарнирный параллелограмм на ведущее звено, состоящее из одного параллелограмма, и ведомое звено, состоящее из нескольких параллелограммов, причем параметры ведущего звена больше параметров ведомых звеньев, которые по отношению друг к другу одинаковы, при этом ведущее звено через жестко закрепленный центральный шарнир связано со штангой и рукояткой управления, а ведомое звено связано с рабочим органом манипулятора.