专利名称：核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种机械技术领域的装置，具体的说就是用于核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统。
背景技术：
核工业机器人工作在有潜在放射性的场所中，其主要功能就是进行机器、装置的检查、保全、退役等多种作业，以及处理含有放射性物质。机械臂系统是核工业机器人的主要组成部分，它主要完成对放射性物质的夹取、移动、清理工作。目前，公知的核工业环境下使用的机械臂，结构尺寸较大的，夹取物体重量较大，满足了夹取物体重量的要求，但体积较大时，在空间要求严格的环境下，不能进行工作；结构尺寸小的，夹持物体重量较小，不能对重量较大的放射性物质进行处理。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种用于放射性环境下，结构紧凑，灵活性好，夹持物体重量达到5kg的新型核工业机械臂系统。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，包括底座、大臂、小臂、手腕、夹持器组成。底座安装在核工业机器人的移动平台上，通过底座旋转电机带动底座运动，底座的旋转运动带动整个机械臂做回转运动。大臂安装在底座上，带动小臂和夹持器做俯仰运动；小臂通过法兰、轴承座、轴承安装在大臂上，由电机驱动来完成俯仰运动；手腕固定在小臂末端，由旋转电机带动其旋转；夹持器采用丝杠滑槽式平行四杆结构机械手爪，结构简单，重量轻，其主要功能是夹取不同形状的放射性物体，通过电机带动丝杠螺母副完成其张开和闭合的动作。该机械臂有4个自由度，即4个关节，在各个关节处的运动为底座旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕旋转。在机械臂末端为夹持器的闭合和张开运动。底座旋转运动，由电机和圆柱齿轮减速器组成的传动系统完成。大臂和小臂都是由板式框体结构组成。大臂和小臂的俯仰，选用减速器为涡轮蜗杆减速器，其结构体积较小，并可以在空间对运动方向进行改变。大臂俯仰运动，由第一关节处的电机和同步带传动系统的小轮相接，带动同步带大轮运动，同步带大轮和蜗轮蜗杆减速器输入轴相接，蜗轮蜗杆减速器输出轴通过轴承带动大臂俯仰。小臂俯仰运动，由第二关节处的电机和蜗轮蜗杆减速器相接，通过轴承带动小臂实现俯仰运动。手腕的旋转运动，通过腕部的旋转电机和圆柱齿轮减速器传动带动夹持器旋转。夹持器的闭合和张开运动，夹持器电机放置在夹持器电机套筒里，电机和丝杠螺母副连接，带动杠杆滑槽式机械手爪闭合和张开，以抓取不同形状的放射性物体。在底座旋转、大臂和小臂的俯仰、手腕的旋转运动关节处，都安装电位器作为位置传感器，检测各个关节的运动，同时起到限位的作用，即到达极限位置时，使电机停止。夹持器中的传感器，检测夹持力的大小，以此来调整电机的输出。[0009]本实用新型通过底座旋转、大臂和小臂的俯仰、手腕的旋转、夹持器的闭合和张开实现了在大范围内抓取放射性物质的运动，同时机械臂的结构紧凑、灵活、夹持物体重量达到^g。
图1是本实用新型机械臂的主体结构示意图图2是本实用新型机械臂底座结构示意图图3是本实用新型机械臂夹持器结构示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。本实用新型是一种核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，包括底座1、大臂 2、小臂3、手腕4、夹持器5，底座1安装在机器人的移动平台上。该机械臂有4个自由度，能完成4个功能的运动底座旋转、大臂俯仰、小臂俯仰、手腕旋转。执行部分为夹持器，该夹持器5采用杠杆滑槽式机械手爪。该夹持器5能够满足夹持物体重量大的要求，结构简单， 加工方便，夹持范围大。该机械臂中的所有动力源均为安装在相应位置处的直流电机。参照图2，底座安装在机器人的移动平台上，其旋转电机14安装在底座上，通过圆柱齿轮进行传动，大齿轮15安装在移动平台上，小齿轮16和电机14相接，随底座1 一起旋转。运动范围为士90°。参照图1和参照图2，大臂2由四侧板组成的板式框体结构，通过电机10、同步带传动7、9、蜗轮蜗杆减速器、俯仰轴13、轴承11、旋转法兰完成俯仰运动。电机10和同步带传动的小轮9相接，大轮7和减速器的输入轴8相接，减速器的输出轴12和俯仰轴13、轴承 12、旋转法兰相接，完成俯仰运动。运动范围士90°。参照图1，小臂3由四个侧板组成密闭的板式框体中空结构，以此来保护内部的零件。电机和蜗轮蜗杆的输入轴相接完成扭矩的传递。其运动范围士90°。参照图3，手腕4是连接夹持器5和小臂3的结构。机器人手爪旋转法兰四安装在小臂3的末端，电机18安装在旋转法兰四上，和圆柱齿轮减速器的小齿轮19相接，大齿轮观和夹持电机套筒20固定在一起，夹持电机套筒20和夹持器5连接，从而手腕4可以带动夹持器5—起旋转。运动范围为士 180°。参照图3，夹持器5主要夹持放射性物体。电机21和丝杠27相连接，螺母安装 24在中连杆25上，中连杆25通过连接柱沈带动内连杆22，使手爪23张开和闭合。夹持器采用杠杆滑槽式机械手爪，能够夹持不同的形状的物体。两手爪之间的距离范围为0 230mmo所有的运动都有相应的传感器测量相应运动的位置，当达到极限位置时，电机停止，用来保护机械臂。当用机械臂抓取放射性物体时，机器人运动到物体附近，根据控制系统的逻辑运算，驱动相应的电机运动，通过电机的运动使机械臂发生回转、俯仰，夹持器张开和闭合，使机械臂末端到达指定的位置和姿态，手爪闭合，抓取放射性物体。手爪23处的力传感器，把测的压力传给控制系统，保证物体不脱落。从而把放射性物体清理掉。
权利要求1.一种核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于包括底座(1)、大臂 O)、小臂(3)、手腕G)、夹持器(5)五个主要部分；该机械臂有4个自由度底座旋转带动整个机械臂做回转运动；大臂俯仰，安装在底座(1)上，带动小臂(3)和夹持器(5)做俯仰运动；小臂俯仰，通过法兰、轴承座、轴承安装在大臂( 末端，由电机带动减速器做俯仰运动；手腕⑷旋转，通过夹持电机套筒(20)、轴承套、旋转法兰09)固定在小臂⑶末端， 由旋转电机(18)带动手腕旋转；夹持器(5)闭合和张开，其夹持器电机直接和丝杠螺母副04)、07)连接，驱动其闭合和张开。
2.根据权利要求1所述的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于 所述的大臂(2)和小臂(3)都是由板式框体结构组成的结构。
3.根据权利要求1所述的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于 所述的夹持器结构(5)为丝杠滑槽式平行四杆结构机械手爪。
4.根据权利要求1所述的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于 所述的夹持器电机放置在夹持器电机套筒00)内部。
5.根据权利要求1所述的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于 所述的底座旋转、大臂和小臂的俯仰、手腕的旋转运动关节处，都有检测位置的电位器(6)、 (17)。
6.根据权利要求1所述的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于 所述的大臂⑵和小臂⑶的俯仰，选用的减速器为蜗轮蜗杆减速器。
7.根据权利要求1所述的核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统，其特征在于 所述的大臂( 的传动系统包括同步带传动和蜗轮蜗杆传动，旋转电机(14)和同步带小轮 (9)相接，同步带大轮(7)和蜗轮蜗杆减速器输入轴⑶相接。
专利摘要核辐射探测与应急处理机器人的机械臂系统。本实用新型涉及的是一种机械技术领域的装置，包括底座、大臂、小臂、手腕、夹持器。底座安装在核工业机器人的移动平台上，由底座旋转电机驱动机械臂做旋转运动。大臂和小臂可以完成俯仰运动，由电机驱动来完成俯仰动作；腕部带动夹持器旋转一定的角度，由旋转电机驱动腕部旋转；夹持器的主要功能是夹取不同形状的放射性物体，通过电机带动丝杠螺母副完成其松开和闭合的动作。通过底座旋转、大臂和小臂的俯仰、手腕的旋转、夹持器的闭合和张开实现了在大范围内抓取放射性物质的运动，同时该机械臂的结构紧凑、灵活、夹持物体重量达到5kg，可以完成在核辐射环境下对放射性物质的夹取、移动、清理工作。
文档编号B25J13/00GK201998169SQ20102017426
公开日2011年10月5日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者丑武胜, 张韬懿, 李怀兵 申请人:北京航空航天大学