本發(fā)明涉及一種反應堆用樣品抓具。

背景技術：
反應堆輻照實驗常使用濾束裝置，實驗樣品放置于濾束裝置內。由于輻照實驗后，實驗樣品及濾束裝置均帶有很強放射性，人員直接近距離操作會造成輻射傷害，需要加工專用遙控取放設備以實現(xiàn)實驗樣品的遠程取放操作。為保證實驗精度，實驗過程中需要以某種方式將樣品固定于濾束裝置內某確定位置，因此要求取樣過程嚴格定位，并根據定位結果調整取樣設備姿態(tài)以及驅動設備完成動作。樣品取放過程均由濾束裝置上部進行，用以固定實驗樣品的樣品支架與濾束裝置內部間隙很小，必須將其豎直提升出濾束裝置后才可以進行橫移等操作。濾束裝置的位置不固定，因此取放設備工作時需要適應現(xiàn)場情況，以實際情況調整設備姿態(tài)，取放設備需要能夠遠程觀察并進行必要的姿態(tài)調整。對于長行程豎直向上運行機構，易出現(xiàn)準直度隨著運行距離的增加發(fā)生變化，且取樣機構進入濾束裝置內部時，由于裝置遮擋已無法觀察，需要解決長行程嚴格對正的問題必須在某位置進行姿態(tài)確認及調整，然后進行最后動作，由定位裝置配合機構自動完成。需要為其設計可用的精確定位裝置，該裝置要求便于人員通過監(jiān)視器進行遠程可靠控制，在因為結構件遮擋無法觀察的區(qū)域由定位裝置給出位置信息，實現(xiàn)設備末端自主作業(yè)。在放射性環(huán)境下進行樣品取放作業(yè)時，若取放設備出現(xiàn)故障，有可能導致放射性物質長時間暴露，人員現(xiàn)場長時間搶修勢必會對工作人員造成多度輻射傷害，因此應盡可能回避輻射環(huán)境下進行現(xiàn)場搶修。解決的辦法之一是設計可以快速拆解的取放設備，設備經快速拆解使實驗設備復位，現(xiàn)場環(huán)境恢復到安全狀態(tài)。由于現(xiàn)場為放射性環(huán)境，若電子設備長時間暴露在放射環(huán)境下勢必會縮短設備壽命，影響設備可靠性。為此，需要對電子設備進行保護。

技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是為反應堆實驗樣品取放提供高可靠性的取放設備，為實驗樣品取放動作提供必須自由度，保證樣品取放過程能夠精確、高效、可靠完成。設備在作業(yè)時發(fā)生故障可以快速拆解，恢復實驗環(huán)境。設計可靠的控制系統(tǒng)，使其可靠性能滿足當前環(huán)境下設備控制的要求。本發(fā)明的具體技術方案如下：一種反應堆用樣品抓具，其特殊之處在于：包括取放裝置、取放裝置支架、控制系統(tǒng)；所述取放裝置包括支撐部分、安全鎖緊機構、定位機構；所述支撐部分包括水平平移機構、提升機構、水平旋轉機構；所述水平平移機構包括外框34、兩個水平滑軌30、水平絲杠29、減速電機35、平移平臺33和限位開關26；所述減速電機35固定在外框34上，所述水平絲杠29由減速電機35驅動；所述兩個水平滑軌30固定在外框34內；所述平移平臺33設置在水平滑軌上并在水平絲杠29驅動下沿水平滑軌30往返運動；所述限位開關26分別設置在外框34的內部兩側，由平移平臺33兩側擠壓觸發(fā)；所述水平旋轉機構包括減速電機25、驅動齒輪18、從動齒輪19、擋片37；所述平移平臺33上設置有平臺通孔，所述擋片37和從動齒輪19分別位于平臺通孔的上下兩側且固連在一起構成旋轉平臺，所述旋轉平臺可繞平臺通孔的中心軸自轉；所述減速電機25固定在平移平臺33上并依次通過驅動齒輪18、從動齒輪19驅動旋轉平臺轉動；所述提升機構包括線性步進電機32、立式絲杠27、兩個立式滑軌28；所述線性步進電機32固定在旋轉平臺的擋片37上，其驅動立式絲杠27穿過旋轉平臺的中心螺紋孔；所述旋轉平臺上設置有兩個上下貫通的線性軸承，所述兩個立式滑軌28分別穿過兩個線性軸承；所述安全鎖緊機構包括安裝平臺21、左右兩個安全鎖緊單元；所述安全鎖緊單元包括減速電機41、圓盤22、推桿20、彈簧23、兩個連接桿42、兩個插銷40、限位開關Ⅱ24；所述兩個插銷40平伸出安裝平臺21，并可在連接桿42的驅動下收縮；所述彈簧23的一端固定在圓盤的推桿上，其另一端固定在連接桿上；所述減速電機41固定在安裝平臺21上，所述減速電機依次驅動圓盤22的推桿20轉動、彈簧23伸縮、連接桿42和插銷40伸縮；所述限位開關Ⅱ24設置于安裝平臺21下端面靠近鎖緊機構邊緣處，由連接桿碰觸動作， 用于對安全鎖緊機構進行限位，給出鎖緊執(zhí)行到位信號；所述立式絲杠27的下端部活動連接在安裝平臺21上，所述兩個立式滑軌28的下端部固定連接在安裝平臺21上；所述定位機構包括激光發(fā)射器38、反射式光電開關36、機械式行程開關39、變焦攝像頭31；所述機械式行程開關39設置在安裝平臺21上且向外伸出，用于限制安裝平臺21向下移動，移動到位時該行程開關與實驗裝置邊沿碰觸送出到位信號；所述激光發(fā)射器38用于投射向下光線，使操作人員根據光線判斷安裝平臺21與實驗裝置的相對位置；所述反射式光電開關36用于判斷安裝平臺21上端面與實驗裝置上端面相對距離是否達到要求，達到要求則鎖定；所述變焦攝像頭31用于監(jiān)控安全鎖緊機構的動作；所述取放裝置支架包括抓具懸掛機構9、抓具檢修懸掛機構10、第一支架臂8、拉桿7、前拉桿連接器6、后拉桿連接器11、電動縱向推桿12、兩個平行的第二上支架臂13、兩個平行的第二下支架臂5，第三支架臂14、滑塊15、電動水平推桿16、底座17；所述底座17由兩根滑軌構成；所述抓具懸掛機構9為“U”型結構，其“U”型后端中心位置與前拉桿連接器6剛性連接，其“U”型前端開口的兩個上表面開槽，所述取放裝置的外框34伸出部分可從開槽上部嵌入槽中以使取放裝置自然下垂；所述抓具檢修懸掛機構10為“U”型結構，其后端與第一支架臂8剛性連接，且連接支點不在其后端中心位置；所述后拉桿連接器11包括上通軸和前通軸及后通軸；所述上通軸、前軸及后通軸構成倒置丁字形結構；所述第一支架臂8前端與前拉桿連接器6的下通軸連接，其中部與縱向推桿12的伸出桿鉸接，其后端與后拉桿連接器11的前通軸連接；所述縱向推桿12的筒部與第三支架臂14的前端鉸接；所述拉桿7前端與前拉桿連接器6的上通軸連接，其后端與后拉桿連接器11的上通軸連接；所述第一支架臂8、拉桿7、前拉桿連接器6、后拉桿連接器11構成平行四連桿機構；所述第二上支架臂13上端與后拉桿連接器11的下通軸連接，其中部與第三支架臂14中部以通軸連接，其下端與底座17以通軸連接；所述第二下支架臂上端與后拉桿連接器11的后通軸連接，其下端與底座17以通軸連接；所述第二上支架臂13、后拉桿連接器11、第二下支架臂、底座17構成平行四連桿機構；所述水平推桿的筒部與底座17連接，其伸出桿與滑塊15連接，所述滑塊15可在底座17的滑軌上滑動，所述第三支架臂14的下端與滑塊15鉸接；所述水平推桿16與縱向推桿12同步運行。本發(fā)明具有以下的有益效果：1、本發(fā)明為多自由度樣品取放抓具，以雙層結構、長行程絲杠導軌結構實現(xiàn)實驗樣品的取放，結構簡單，成本低，性能可靠，結構靈活，可用于類似性質工作。2、本發(fā)明以確定位置進行位置標定以及設備行程末端自適應的方法解決了設備長行程運行過程中因形變導致末端位置隨著運行產生其他方向位移的問題，實現(xiàn)了位移的補償。3、本發(fā)明可以快速拆解，達到快速解體，使實驗設備恢復到安全狀態(tài)的功能。4、本發(fā)明控制系統(tǒng)可靠，雙路的信息采集與保護措施可確保狀態(tài)信息的可靠采集以及保護動作的可靠實現(xiàn)。本發(fā)明采用可靠的位置探測手段，探測設備簡單，維護簡便。附圖說明圖1是本發(fā)明抓具示意圖；圖2和3是本發(fā)明取放裝置示意圖；圖4是控制電路示意圖。具體實施方式如圖所示，該裝置由取放裝置、快速解體機構4、取放裝置支架3、控制系統(tǒng)、定位機構組成2。取放裝置包括支撐、鎖緊機構，支撐部分由水平平移機構、提升機構、水平旋轉機構組成。定位機構2包括激光發(fā)射器38、反射式光電開關36、機械式行程開關39、變焦攝像頭31。水平平移機構用于橫移安全鎖緊機構，進行水平方向位置調整。提升機構用于豎直方向移動安全鎖緊機構，使安全鎖緊機構就位進行動作或將定位機構2送到位，獲取位置信號并依此對安全鎖緊機構進行調姿。水平旋轉機構用于驅動安全鎖緊機構進行水平轉動，使安全鎖緊機構與實驗樣品對正。定位機構用于獲取設備位置信息，將其反饋給操作人員進行控制。水平平移機構由外框34、滑軌30、絲杠29、減速電機35、平移平臺33、限位開關組成，外框34與滑軌30剛性連接，外框34為鋁合金材質，滑軌30為兩根實心不銹鋼鋼棒，絲杠29與減速電機35軸剛性連接，絲杠29與電機35配合實現(xiàn)平移平臺33沿滑軌30左右移動。外框34內部左側及右側分別設置限位開關26，均由平移平臺33兩側擠壓觸發(fā)。水平旋轉機構由從動齒輪19，驅動齒輪18、減速電機25、擋片37組成。從動齒輪19一面掏空，以其圓心為中心對稱位置開四個通孔，兩個用于與擋片37以螺絲固定，另外兩個用于使提升機構所用滑軌28通過。水平平移機構的平移平臺33上安裝驅動齒輪18及減速電機25，中心開孔，從兩面安裝從動齒輪18及擋片33。擋片33為鋁合金材質，擋片33上開盲孔、攻絲，用于固定線性步進電機32，中心開通孔與從動齒輪19及線性步進電機32軸向通孔對應，用于絲杠27通過，開通孔并安裝線性軸承用于固定提升機構滑軌28。提升機構由線性步進電機32、絲杠27、滑軌28、限位開關組成。絲杠27穿過步進電機32與滑軌28平行布置，滑軌28穿過擋片33上的線性軸承，上端與絲杠同高并固定，下端固定于安全鎖緊機構上端面。線性步進電機32上端面固定限位開關，限位開關由上部擠壓觸發(fā)。安全鎖緊機構由減速電機41、圓盤22、推桿20、連接桿42、插銷40、安裝平臺21、限位開關組成。安裝平臺21上部開盲孔、攻絲，用以固定減速電機41、限位開關，豎直方向開通孔用以使減速電機41軸通過。圓盤22由安裝平臺21下部經通孔與減速電機41連接，圓盤22上開通孔、攻絲，用于與推桿20連接。推桿20經彈簧機構23與連接桿42柔性連接，與插銷40剛性連接。安裝平臺21底端水平方向開通孔，安裝線性軸承，插銷40經由線性軸承實現(xiàn)動作。安裝平臺21下部設置限位開關，由連接桿42擠壓實現(xiàn)觸發(fā)。安全鎖緊機構推桿20上的彈簧機構23與連桿42柔性連接，可在鎖緊狀態(tài)下 手動壓迫連桿42實現(xiàn)插銷離開鎖緊位置，在無法通過電機驅動解鎖的情況下由人工手動完成解鎖。取放裝置支架3由抓具懸掛機構9、抓具檢修懸掛機構10、支架臂、拉桿、前拉桿連接器6、后拉桿連接器11、電動推桿、滑塊15、底座17組成。抓具懸掛機構9前部為“U”型，鋁合金材質，由方料切割并拼接構成，其后端與前拉桿連接器6剛性連接。與取放裝置連接部分縱向開槽，取放裝置外框34伸出部分可從上部嵌入槽中，自然下垂，如此可自動補償運行過程中設備垂直方向的偏差，同時具備快速使取放裝置與其支架3分離的能力，達到快速分解的目的。抓具檢修懸掛機構10基本結構與抓具懸掛機構9一致，其后端與第一支架臂8剛性連接，且連接支點不在其后端中心位置。支架臂均為鋁合金方料，相互間以不銹鋼通軸連接。第一支架臂前端與前拉桿連接器9連接，中間通過電動推桿12與第三支架臂14連接，后端與第二支架臂13連接，其連接用通軸亦與后拉桿連接器10連接，第二支架臂13與第三支架臂14中部以通軸連接第二上支架臂13下端與底座17以不銹鋼通軸連接，該軸亦與水平推桿16連接。第三支架臂14上端與縱向電動推桿12連接，下端與滑塊15連接，滑塊15亦與水平推桿16另一端連接，由水平推桿16推動。底座17由兩根滑軌構成，滑軌由鋁合金方料開槽形成。水平推桿16與縱向推桿12同步運行實現(xiàn)抓具上端面的上下運動。拉桿用于連接各拉桿連接器和滑塊15，通過調整長短可對支架姿態(tài)進行調整?？焖俳怏w機構主要涉及3個部位，包括安全鎖緊機構推桿20、抓具懸掛機構9、抓具檢修懸掛機構10。安全鎖緊機構推桿20外套有壓力彈簧23，彈簧23壓迫連桿42，正常情況下連桿42被壓迫至推桿20末端，若在安全鎖緊情況下需要釋放樣品，只需手工壓迫兩個連桿，即可將插銷40復位，實現(xiàn)快速釋放實驗樣品的功能。抓具懸掛機構9為“U”形，兩邊中部開槽，取放裝置外框嵌入其中，除實現(xiàn)取樣抓具可依重力自然下垂以外，使抓具具備了一定自適應能力，樣品部放位置不正、取放裝置位置不正以及取樣過程中出現(xiàn)的設備橫向位移均可以在一定程度上實現(xiàn)自適應，無需人為干預。若作業(yè)過程中出現(xiàn)電氣系統(tǒng)失效等緊急情況，必須釋放實驗樣品使實驗設備復位，則可以通過壓迫安全鎖緊機構連桿42使抓具解鎖，同時垂直向上將取樣機構1自抓具懸掛機構9提出，懸掛至抓具檢修懸掛機構10，此時取放裝置經解體已不會對實驗樣品的其他操作構成影響，實驗系統(tǒng) 可復位至安全狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)主要由遙控器、接收機、控制器、驅動電路、限位開關、視頻傳送及接收設備、監(jiān)視器、配電設備組成。限位開關及定位機構向控制器及驅動電路同步送出位置信息，控制器采集相關信息，若到達預定位置或采集到限位信號，則觸發(fā)相關動作。驅動電路接收控制器送出的動作指令，結合限位開關及定位機構采集到的相關位置信息執(zhí)行驅動及保護動作。遙控器向接收機發(fā)出動作指令、接收機向控制器送出動作指令，指令經處理后，滿足條件則由驅動電路驅動設備實現(xiàn)。視頻傳送設備用于以無線的方式將定位機構采集到的現(xiàn)場視頻數據傳出，接收設備負責接收視頻數據并將其最終顯示到監(jiān)視器上，操作人員根據視頻信息使用遙控器實現(xiàn)設備控制?？刂葡到y(tǒng)朝向作業(yè)方向設置鉛屏蔽層，用于遮擋射線，保護電子設備。配電設備為48VDC供電，經DC/DC轉換為24V及12V。下面給出本發(fā)明的具體實施例：線性步進電機為57步進電機，絲杠總長600mm，最大作業(yè)行程為450mm，提升力為30Kg，絲杠直徑10mm，提升用導軌總長600mm，導軌直徑100mm，橫移行程為左右各100mm，橫移用導軌總長400mm，直徑10mm，安全鎖緊機構旋轉角度為左右各180°，插銷行程為30mm，水平平移機構外框為400×300×40mm。支架臂1長為2000mm，支架臂2長1000mm，支架臂3長為900mm，縱向推桿行程250mm，推力75Kg，水平推桿行程400mm，推力50Kg鉛屏蔽層5mm，視頻傳輸設備功率1.5W，頻率2.4G，傳輸距離500m，遙控器有效距離300m，控制系統(tǒng)供電48VDC，轉換電壓及最大電流負荷24VDC/30A及12VDC/16A。本發(fā)明已經成功用于反應堆實驗樣品取放作業(yè)。作業(yè)過程中，該設備前端抓取機構伸入實驗裝置，暴露于輻射環(huán)境下，若此時設備發(fā)生故障，將使得當前工作無法進行，同時，實驗裝置因為該設備的存在無法回收，必須將設備快速解體，使得該設備前端與實驗裝置干涉部分能夠拆除并離開實驗裝置，盡可能減少工作人員在拆解過程中暴露于輻射環(huán)境的時間?？焖俳怏w機構的意義就在于快速拆解，故障狀態(tài)下快速脫離實驗裝置，減少拆解過程工作人員所受照射。