CN106438556B - 一种单缸单活塞内孔用机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单缸单活塞内孔用机械手，包括气缸、锁和卡爪，气缸包括缸体、活塞和活塞杆，活塞将气缸内部分别前腔室和后腔室两部分，锁包括保持架、导向块和两个锁球，保持架套在活塞杆上，保持架设有多个径向对称分布的滑槽，两个锁球设于导向块两端且均位于滑槽内，活塞杆和气缸内壁上均设有与对应锁球配合的半球形凹槽，卡爪包括基体和磁性伸缩块，基体底部与导向套固定连接，磁性伸缩块通过基体上伸缩孔伸入基体内与活塞杆相接触，磁性伸缩块和活塞杆上设有相互配合的凸台和内凸锥块，活塞杆上设有与保持架上表面相接触的圆台。本发明将传统的两级气缸结构简化为单缸单活塞结构，实现卡爪的伸缩和抓紧，结构简单，重量减轻，实用性强。

Description

一种单缸单活塞内孔用机械手

技术领域

本发明涉及一种用于蒸汽发生器传热管检测机器人的机械手，具体涉及一种单缸单活塞内孔用机械手。

背景技术

在压水堆核电站中，蒸汽发生器是一回路系统的一个主设备，其主体由数千根倒置的U形传热管组成，用来把一回路水从核反应堆中带出的热量传给二回路水，以产生蒸汽。蒸汽发生器发生事故的主要原因是传热管破裂，传热管一旦破裂，一回路的放射性冷却剂将进入二回路，发生冷却剂流失事故，造成核污染。因此蒸汽发生器传热管的定期检查极为重要，而传热管的在役检修和评估极为复杂。

目前，在蒸汽发生器传热管检查中，按照核电站辐射防护的要求，需要将自动检测装置伸入蒸汽发生器内部对传热管进行检测，要检测的传热管位于蒸汽发生器管板的孔中。而采用爬行机器人进行传热管检测是主流研究方向，爬行机器人带有检测装置并设有多个机械手，将机器人送到蒸汽发生器管板的下方，该机器人可通过机械手插入到传热管内孔中吊在管板下方爬行并检测，这种方法结构较为紧凑，动作灵活，检测效率较高，但现在使用的机械手装置均为两级气缸工作形式，卡爪所需抓紧力实际上仅由第二级气缸提供，第一级气缸仅用于卡爪的收缩和伸出，功能单一且结构复杂笨重，针对检测机器人刚度一定时重量越轻，卡爪抓紧效果越好，安全性更高，且更加灵活等优点，需要一种更为轻便可靠的机械手驱动装置。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：包括气缸、锁和卡爪，所述气缸包括缸体、活塞和活塞杆，所述活塞将气缸内部分为前腔室和后腔室两部分，所述前腔室和后腔室均设有通气口；

锁包括保持架、锁球和导向块，所述保持架可上下移动的套在活塞杆上，保持架设有多个径向对称分布的滑槽，所述滑槽内设有可自由滑动的导向块和两个锁球，所述两个锁球设于导向块两端，所述活塞杆和前腔室上部的气缸内壁均设有与锁球相配合的半球形凹槽；所述前腔室顶部设有一开口，所述保持架上方设有固定相连的导向套，所述导向套与该开口内径密封配合；

所述活塞杆上半球形凹槽的上方处设有与保持架上表面相接触的圆台，活塞杆上部设有向外倾斜的凸台，所述活塞杆上端可通过导向套从前腔室顶部的开口伸出，所述卡爪下端与锁固定相连，卡爪上端套在活塞杆上部周围，当活塞杆相对于锁向上伸出时，向外倾斜的凸台将卡爪上端向四周顶开从而使卡爪卡紧在管内。通过本装置结构，活塞可以带动锁和卡爪一起向上运动，卡爪伸入管内时，通过锁锁住卡爪不动，活塞继续带动活塞杆向上运动，通过活塞杆上部向外倾斜的凸台将卡爪的磁性伸缩块推向四周，从而在管内壁卡住。

作为改进，所述卡爪包括基体和多个磁性伸缩块，所述基体为设于导向套内的中空管，基体底部与导向套固定连接，基体上部套在活塞杆周围，基体上部设有多个伸缩孔，所述磁性伸缩块外周向为圆弧状，磁性伸缩块内面设有多个内凸锥块，所述内凸锥块通过伸缩孔伸入基体内与活塞杆上向外倾斜的凸台相配合，当活塞杆相对于基体向上运动时，通过向外倾斜的凸台和内凸锥块相配合挤压将磁性伸缩块向四周顶开从而使卡爪卡紧在管内。

作为改进，所述活塞杆上部向外倾斜的凸台为多瓣整体结构，向外倾斜的凸台与伸缩块的内凸锥块配合滑动的外表面为平面或弧面两种形式。

作为改进，所述磁性伸缩块沿基体周向均匀分布，其数量有2-10个，使得卡爪在管内卡紧时受力均匀，从而卡得更紧，松开时也容易复位。

作为改进，所述活塞杆上向外倾斜的凸台按照不同高度方向分设有多组，所述伸缩孔和磁性伸缩块上内凸锥块也相应的设有多组。通过不同高度向外倾斜的凸台和内凸锥块分组，使得卡爪在管内上下均有卡紧受力，使得卡紧和松开过程更顺畅。

卡爪与管内壁卡得更牢固所述滑槽有3-8个。

本发明有益效果是：

本发明的气缸结构中，将传统的两级气缸结构简化为单缸单活塞结构，活塞将气缸腔体分为前、后两个腔室，实现卡爪的伸缩和抓紧，结构简单，重量减轻。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中锁部位的保持架结构示意图；

图3为本发明卡爪结构部分分解示意图；

图4为本发明实施例中的各阶段运动状态结构示意图；

图5为本发明实施例部分结构尺寸关系图；

图6为导向块和锁球尺寸关系图；、

图7中a和b分别为活塞杆两种结构实施例示意图；

图8为图7中a活塞杆实施例的与卡爪结构示意图。

其中： 11-缸体,111、151-半球形凹槽，152-圆台，153-凸台，12-端盖,13-活塞,131-前腔室，132-后腔室，14-导向套,15-活塞杆，152圆台 16-第一气口，17-第二气口，21-保持架，211-滑槽，22-锁球，23-导向块，3-卡爪，31-基体，32-磁性伸缩块，321-内凸锥块。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-3所示，一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：包括气缸、锁和卡爪，所述锁在气缸腔室内。

所述气缸包括缸体11、端盖12、活塞13、导向套14、活塞杆15，所述活塞13将内腔室分为前腔室131、后腔室132；所述导向套14与锁连成一体，并从缸体11前端开口伸出；所述活塞13上的活塞杆15前端轴向设置有上下两个凸台153，且前端穿过锁伸入基体31中；所述缸体11上设有第一气口16，所述端盖12上设有第二气口17。

所述锁包括保持架21、锁球22、导向块23，所述保持架21为镂空结构，内部径向设有供锁球22和导向块23滑动的滑槽211，所述两个锁球22设于导向块23两端；所述活塞杆15上沿周向设有可与锁球22吻合的半球形凹槽151。

如图5所示，锁球半径为r，活塞杆下部外表面到气缸内表面距离为s；如图6所示，所述滑槽内两个锁球22加导向块长度为h，满足s<h≤s+r。

所述卡爪包括基体31和磁性伸缩块32，所述基体31为设于导向套14内的中空管，底部与导向套14固定连接，所述活塞杆15穿过基体31通过气缸上的开口伸出，基体31不同高度方向设有多组伸缩孔，所述磁性伸缩块32外周向为圆弧状，磁性伸缩块32内面设有多个内凸锥块321，所述内凸锥块321通过伸缩孔伸入基体31内与活塞杆15相接触，所述多个磁性伸缩块32在基体31周向均匀分布，其数量有2-10个；同一个组的磁性伸缩块32内侧的内凸锥块321与活塞杆15上同一高度上向外倾斜的凸台153一一对应，当活塞杆15向上伸出时，所述活塞杆15上向外倾斜的凸台153挤压内凸锥块321从而将磁性伸缩块32向四周撑开，所述活塞杆15的半球形凹槽151的上方处设有与保持架上表面相接触的圆台152。

所述缸体11前腔室131上方内壁设有可与锁球22吻合的半球形凹槽111。

所述滑槽211有3-8个。

图7为活塞杆两种实施例结构示意图，其中a的活塞杆凸台153为多瓣形状，其外凸面为弧形，b的活塞杆凸台153也多瓣形状，其外凸面为平面，这两种结构的多瓣形状的凸台153均以活塞杆为中心对称分布。

如图4中a-g所示，代表了本发明中一种蒸汽发生器传热管检测机器人的机械手从深入管内到夹紧管壁，后松开管壁，退出管板的过程，具体动作步骤如下：

一般情况下一个爬行机器人设有四个机械手，当爬行机器人在管板下端爬行时，需要各个机械手上的卡爪进行收缩和伸出动作完成移动。

如图4a和图4b所示，机器人机体将本装置送入蒸汽发生器传热管的孔内。

如图4c所示，卡爪伸出动作：活塞杆上的半球形凹槽151与锁球22相扣合，通过第二气口17向后腔室132通入压缩空气，前腔室131和大气相连通，推动活塞13上方的活塞杆15向上运动，带动锁、导向套14、基体31、磁性伸缩块32向上移动。

如图4d所示，卡爪抓紧动作：继续向后腔室132通入压缩空气，前腔室131和大气相连通，活塞13向上运动使活塞杆15和磁性伸缩块32接触，此时锁球22与缸体11上方周向设置的半球形凹槽111相扣合。由于有上下双圆锥面结构，利用活塞杆15上向外倾斜的凸台153与伸缩块32的内凸锥块321之间的挤压力使各伸缩块32平行伸出，各伸缩块32的外包络圆直径增大，进而抓紧管内壁，使整个爬行机器人可以稳固的吊装在管板下端，为确认卡爪是否抓紧内孔，前腔室131适当通入少量压缩空气，使活塞13有向下移动的趋势，即磁性伸缩块32试图移出，以保证伸缩块32和孔壁贴合。

如图4e所示，卡爪松开动作：通过第一气口16往前腔室131通入压缩空气，后腔室132和大气相通，使活塞13带动其上方的活塞杆15向下移动，在伸缩块32的磁性约束回复力作用下，伸缩块32各瓣构成的外包络圆直径减小，从而卡爪松开孔壁。

如图4f所示，卡爪收缩动作：继续向前腔室131通入压缩空气，后腔室132和大气相通，活塞杆15向下移动使活塞杆上的圆台152与锁的保持架上表面接触，从而带动锁、导向套14、基体31、磁性伸缩块32向下移动。

如图4g所示，机器人机体将本装置卡爪移出孔。当机械手到达图4a的状态时，前腔室17和大气相通，机械手恢复原始状态。

综上所述，本发明的单缸单活塞内孔用机械手，能够解决检测机器人在孔板上抓爬和手部重量过重问题，所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而在蒸汽发生器检测方面有很高的使用价值和使用意义。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：包括气缸、锁和卡爪，所述气缸包括缸体、活塞和活塞杆，所述活塞将气缸内部分为前腔室和后腔室两部分，所述前腔室和后腔室均设有通气口；

锁包括保持架、锁球和导向块，所述保持架可上下移动的套在活塞杆上，保持架设有多个径向对称分布的滑槽，所述滑槽内设有可自由滑动的导向块和两个锁球，所述两个锁球分别设于导向块两端，所述活塞杆和前腔室上部的气缸内壁均设有与锁球相配合的半球形凹槽；所述前腔室顶部设有一开口，所述保持架上方设有固定相连的导向套，所述导向套与该开口内径密封配合；

所述活塞杆上半球形凹槽的上方处设有与保持架上表面相接触的圆台，活塞杆上部设有向外倾斜的凸台，所述活塞杆上端可通过导向套从前腔室顶部的开口伸出，所述卡爪下端与锁固定相连，卡爪上端套在活塞杆上部周围，当活塞杆相对于锁向上伸出时，向外倾斜的凸台将卡爪上端向四周顶开从而使卡爪卡紧在管内。

2.根据权利要求1所述一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：所述卡爪包括基体和多个磁性伸缩块，所述基体为设于导向套内的中空管，基体底部与导向套固定连接，基体上部套在活塞杆周围，基体上部设有多个伸缩孔，所述磁性伸缩块外周向为圆弧状，磁性伸缩块内面设有多个内凸锥块，所述内凸锥块通过伸缩孔伸入基体内与活塞杆上向外倾斜的凸台相配合，当活塞杆相对于基体向上运动时，通过向外倾斜的凸台和内凸锥块相配合挤压将磁性伸缩块向四周顶开从而使卡爪卡紧在管内。

3.根据权利要求2所述一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：所述活塞杆上部向外倾斜的凸台为多瓣整体结构，向外倾斜的凸台与伸缩块的内凸锥块配合滑动的外表面为平面或弧面两种形式。

4.根据权利要求3所述一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：所述磁性伸缩块沿基体周向均匀分布，其数量有2-10个。

5.根据权利要求4所述一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：所述活塞杆上向外倾斜的凸台按照不同高度方向分设有多组，所述伸缩孔和磁性伸缩块上内凸锥块也相应的设有多组。

6.根据权利要求1所述一种单缸单活塞内孔用机械手，其特征在于：所述滑槽有3-8个。