[发明专利]一种双作用机械手

说明书

技术领域

本发明涉及核电站机器人技术领域，具体为一种双作用机械手。

背景技术

目前世界上的核电站反应堆都是利用金属铀或钚等材料的链式裂变反应产生巨大的热能，在裂变的过程中，会产生一定的放射性污染物。化学和容积控制系统(RCV)为保持核电站回路水质，采用大量RCV003/004FI过滤器，这些过滤器中的过滤芯需要定期更换，以避免回路中出现过多的放射性污染物。

美国RoboProbe Technologies公司研制的一种7自由度的液压驱动操作手臂PREDATOR，用于核工厂设备的维护维修和核物质处理工作，采用具有力反馈的主从控制，提高操作者的临场感，有效减少了工作的事故率，能够以与人类相似的移动和速度完成工作任务。加拿大Inuktun Services公司研制了远程控制蛇形机械手臂Python，该机械手臂具有防水、抓取、提升、弯曲、旋转等功能，可用于核工厂水下设备的检测和维修，也可用于核废料的回收，可靠性极高，到目前为止还是零故障率。欧美等国家已针对核电站的安全运营开发了一系列核电站机器人设备，但这些设备或属于技术秘密，或价格很高，设备维护成本高，不利于工业化推广。

现在国内的作业方式，通常需要十余名操作人员佩戴好必要的防护措施，采用人工接力的方式将废滤芯运送到指定位置，使得更换过滤器的作业不仅工作强度大，而且存在强辐射危险，严重影响作业效率与操作人员的人身安全。因此，攻克核电站应用机器人中关键技术，开展核电站专用机器人的国产化研究已经迫在眉睫。

现有的相关抓取机械手，如申请号为201511002154.5的中国专利公开的托辊抓取机械手，其两个手爪外形分别为同一直径的半圆，其只能抓取同一种规格的圆柱型物体，对于不同直径的物体还需要更换不同规格的机械手指才能完成作业任务；如专利号为ZL201310291512.3的中国专利公开的烘干设备的机械手及抓取机构，其两个手爪外形分别为L型，虽然能够抓取不同直径的圆柱体，但是每个手爪分别与圆柱型物体只有一条接触线，只能抓取质量比较轻的物体。且上述两个发明机械手只具有单一的抓取功能，不能在高辐射环境中进行长期作业，均不能直接应用于RCV003/004FI过滤器中的过滤芯的更换作业中。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种双作用机械手。该机械手可在核电站高辐射环境中对RCV003/004FI过滤器中的过滤芯进行更换作业，抓取精度高，安全性好，且工作效率显著提高。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种双作用机械手，包括基座、腰部、大臂、小臂和末端执行器，其中基座、腰部、大臂、小臂和末端执行器之间依次通过中空关节轴连接，并在机械手内部布线；即基座与腰部通过腰部中空关节轴连接，腰部与大臂通过肩部中空关节轴连接，大臂与小臂通过肘部中空关节轴连接，小臂与末端执行器通过腕部俯仰中空关节轴连接，其特征在于腰部中空关节轴与肩部关节轴的轴线垂直且汇交于一点；肩部中空关节轴、肘部中空关节轴和腕部俯仰中空关节轴三者相互平行；

所述末端执行器包括电动扳手、手爪、末端执行器箱体、手爪旋转直流伺服电机和手爪开合直流伺服电机；电动扳手和末端执行器箱体通过腕部偏转中空关节轴连接；手爪开合直流伺服电机通过电机支架安装于末端执行器箱体中部，手爪旋转直流伺服电机通过电机支架安装于末端执行器箱体后部，手爪开合直流伺服电机和手爪旋转直流伺服电机的轴线均与末端执行器箱体中轴线重合，手爪旋转直流伺服电机的输出轴经过第一直齿轮、传动轴、第二直齿轮与手爪相连；手爪开合直流伺服电机通过联轴器与手爪相连；

所述电动扳手包括万能套筒、拧紧轴、动态扭矩传感器、霍尔传感器、无刷直流电机、电动扳手直流伺服电机和电动扳手箱体，其中无刷直流电机通过电机支架安装于电动扳手箱体前部，电动扳手直流伺服电机通过电机支架安装在电动扳手箱体后部，无刷直流电机的轴线和电动扳手直流伺服电机的轴线均与电动扳手箱体中轴线重合，无刷直流电机的输出轴通过拧紧轴与万能套筒相连接，在拧紧轴上安装有动态扭矩传感器，在电动扳手箱体前部安装霍尔传感器；所述电动扳手直流伺服电机的输出轴通过一对电动扳手锥齿轮与腕部偏转中空关节轴相连接，驱动电动扳手的整体转动；