主從機械手主動操作模擬裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于模擬技術領域，具體涉及一種主從機械手主動操作模擬裝置，該裝置能夠真實地模擬核燃料后處理廠用伸縮式主從機械手主動手操作。
【背景技術】
[0002]核燃料后處理廠處理的乏燃料具有十分高的放射性，設置有厚重的混凝土進行輻射防護，將高放射性物質包圍在一個個熱室內，但對于首端設備檢修維護、放射性廢物整備等工作，都需要工作人員進行遠距離操作，伸縮式主從機械手和關節式主從機械手是后處理工程中應用比較成熟的遠距離操作設備之一，已形成了核行業標準EJ/T 566《主從機械手通用技術條件》。核燃料后處理廠熱室的混凝土墻十分厚重、內部空間狹小、設備管道布置密集、窺視窗內填充油易變渾濁，這些都給遠距離操作帶來了非常大的困難，定位、夾持、運輸等動作經常出現偏差，甚至會發生設備掉落、操作人員超劑量工作、部分設備放射性沾污等事件，嚴重影響員工安全和工作效率。目前，核燃料后處理廠主要是通過搭建1:1的模擬熱室，進行員工的操作培訓，提高員工操作技能，來避免這些事件的發生，但模擬熱室場景的搭建和培訓機械的購置將花費大量人力、物力，還可能出現設計優化變更，導致重新搭建模擬熱室，經濟性差。
[0003]虛擬現實技術能夠模擬真實場景，通過沉浸式立體展示、人機交互系統等提供給參與者一個身臨其境的工作環境，已在核電、航空航天、艦艇、汽車等行業的設計驗證和員工培訓等工作中得到廣泛應用，核燃料后處理工程中也開始對虛擬現實技術進行研宄和試用工作。現有虛擬現實技術中，對主從機械手主動操作的模擬都是通過搭建全尺寸的1:1主動手實現的，然后將主動手動作轉化為電信號，傳送給虛擬現實系統，操控虛擬從動手做出相應動作，但是這種虛擬外設主動手只能對應一個型號的主從機械手，通用性差，對于一個完整的工程項目而言，往往需要購置多個不同類型的虛擬主動操作裝置，經濟性差。而且，全尺寸的虛擬主動操作裝置尺寸較大，需要設計支架進行支撐，難以現場移動和異地轉運，靈活性差。此外，核燃料后處理工程熱室形式、設備結構、操控要求等都較一般工程項目更為復雜，許多主從機械手需要定制，涉及的主從機械手種類較多，逐一創建各自的一套虛擬主動操作裝置是不現實的。
【發明內容】
[0004]針對現有技術中存在的缺陷，本發明提供一種主從機械手主動操作模擬裝置，能夠真實地模擬核燃料后處理廠用伸縮式主從機械手主動操作，提高員工操作技能；同時減少搭建成本和占用空間，增加系統的復用性、靈活性和經濟性。
[0005]為達到以上目的，本發明采用的技術方案是:提供一種主從機械手主動操作模擬裝置，包括定位托盤、連接部件以及控制手柄，所述定位托盤為倒置的球冠形，所述連接部件放置在所述定位托盤上，所述連接部件包括底座滑塊和固定在所述底座滑塊上的控制手柄支架，所述控制手柄可前后左右擺動的固定在控制手柄支架上；所述控制手柄包括搖桿和套設在所述搖桿上的套筒，所述套筒上設有起夾緊作用的握桿。
[0006]進一步，所述底座滑塊底部形狀為球冠形，該形狀與所述定位托盤的形狀相適配。
[0007]進一步，所述控制手柄支架包括傾斜部和水平部，所述傾斜部與所述底座滑塊相連接，所述水平部的下表面設有控制手柄固定接口，所述控制手柄通過控制手柄固定接口固定在水平部上。
[0008]進一步，所述定位托盤的曲率半徑為虛擬的主動手臂長。
[0009]進一步，所述握桿為自行車車剎式握桿。
[0010]進一步，所述套筒兩端設有壓力感應片。
[0011]進一步，所述定位托盤的下部設有多個用以檢測連接部件在定位托盤上位置的感應探頭。
[0012]進一步，所述控制手柄支架傾斜部的下端設有電磁鐵。
[0013]本發明的有益技術效果在于:
[0014](I)本發明采用球冠形定位托盤與底座滑塊模擬粗大笨重的主動手的擺動和肩部旋轉；通過在控制手柄上設有壓力感應片，該壓力感應片受力分析模擬主動手的伸縮，大大減少了裝置尺寸，降低了空間的占用量；
[0015](2)采用可更換的定位托盤和底座滑塊，可以模擬多種不同規格的伸縮式主從機械手的主動操作，提高了裝置的復用性；
[0016](3)本發明簡單靈巧、占用空間小、復用性強、經濟性好，可廣泛應用于機械手的研發、操作培訓等領域。
【附圖說明】
[0017]圖1是核燃料后處理廠用伸縮式主從機械手從動手運動自由度示意圖；
[0018]圖2是本發明主從機械手主動操作模擬裝置的結構示意圖；
[0019]圖3是圖2的A向視圖；
[0020]圖4是圖2的B向視圖。
[0021]圖中定位托盤2-連接部件3-控制手柄21-底座滑塊22-控制手柄支架31-搖桿32-套筒33-握桿
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細的描述。
[0023]如圖1所示，核燃料后處理廠用伸縮式主從機械手從動手有7個自由度，分別為X向動作、Y向動作、Z向動作、方位旋轉、手腕俯仰、手腕旋轉和夾緊。圖中:M為伸縮管、C為Y向動作、D為X向動作、E為Z向動作、F為方位旋轉、G為手腕俯仰、K為手腕旋轉以及H為夾緊。本發明提供的主從機械手主動操作模擬裝置就是要實現對這些自由度的控制，完成指定動作。
[0024]如圖2所示，是本發明提供的核燃料后處理廠用主從機械手主動操作模擬裝置，該裝置包括定位托盤1、連接部件2和控制手柄3。連接部件2放置在定位托盤I上，控制手柄3固定在連接部件2上，通過相對運動模擬主從機械手主動操作。
[0025]其中，定位托盤I為一個固定件，即倒置的球冠形金屬板，其曲率半徑為虛擬主動手臂長，可根據需要進行更換；定位托盤I下部均勻多個感應探頭，以檢測連接部件2在定位托盤I上的位置，并將相應的位置信息傳送給計算機系統，實現對手臂擺動(X向動作)和肩部旋轉(Y向動作)的模擬。
[0026]如圖3所示，連接部件2包括底座滑塊21和固定在底座滑塊21上的控制手柄支架22。底座滑塊21的底部形狀為球冠形，該形狀與定位托盤I的形狀相適配，便于滑動。底座滑塊21的曲率半徑與定位托盤相同，可根據定位托盤規格選擇相應的底座滑塊。控制手柄支架22為一復用件，為控制手柄提供固定和支撐，該控制手柄支架22包括傾斜部和水平部，傾斜部的下端固定在底座滑塊21上，傾斜部的上端與水平部連接，水平部的下表面設有控制手柄固定接口，控制手柄3通過該控制手柄固定接口固定在水平部。控制手柄支架22傾斜部的下端設有電磁鐵，虛擬從動手發生碰撞或卡滯時，連接部件2便會通過電磁固定在定位托盤I上，當底座滑塊21向相反方向運動時，電磁斷開恢復正常操作，從而實現干涉反饋。
[0027]如圖3、4所示，是主從機械手主動操作模擬裝置運動自由度示意圖。控制手柄3包括上部搖桿31、套設在搖桿31上的套筒32以及設置在套筒32上的握桿33。其中，搖桿31可前后左右擺動的固定在控制手柄支架22的水平部上，能夠通過旋轉運動模擬機械手的方位旋轉，通過前后擺動模擬機械手的手腕俯仰，通過左右擺動模擬機械手的手腕扭轉；套筒32的兩端設有壓力感應片，通過套筒向上或向下運動時受力分析模擬機械手的“伸縮”Z向運動；握桿33采用自行車車剎式握桿，用于模擬機械手的“夾緊”動作。圖3中的P為Y向動作、S為Z向動作、T為手腕俯仰、R為夾緊；圖4中的U為X向動作、V為方位旋轉、W為手腕扭轉。
[0028]綜上所述，控制手柄3固定在連接部件2之上，隨連接部件2在定位托盤I上運動，以實現對主從機械手主動手動作的模擬，提高了員工的操作技能。
[0029]本發明的主從機械手主動操作模擬裝置，并不限于上述【具體實施方式】，本領域技術人員根據本發明的技術方案得出其他的實施方式，同樣屬于本發明的技術創新范圍。
【主權項】
1.一種主從機械手主動操作模擬裝置，包括定位托盤(I)、連接部件(2)以及控制手柄(3)，其特征是:所述定位托盤(I)為倒置的球冠形，所述連接部件(2)放置在所述定位托盤(I)上，所述連接部件(2)包括底座滑塊(21)和固定在所述底座滑塊(21)上的控制手柄支架(22)，所述控制手柄(3)可前后左右擺動的固定在控制手柄支架(22)上；所述控制手柄(3)包括搖桿(31)和套設在所述搖桿(31)上的套筒(32)，所述套筒(32)上設有起夾緊作用的握桿(33) ο
2.如權利要求1所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述底座滑塊(21)底部形狀為球冠形，該形狀與所述定位托盤(I)的形狀相適配。
3.如權利要求2所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述控制手柄支架(22)包括傾斜部和水平部，所述傾斜部與所述底座滑塊(21)相連接，所述水平部的下表面設有控制手柄固定接口，所述控制手柄(3)通過控制手柄固定接口固定在水平部上。
4.如權利要求1-3任一項所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述定位托盤(I)的曲率半徑為虛擬的主動手臂長。
5.如權利要求4所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述握桿(33)為自行車車剎式握桿。
6.如權利要求5所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述套筒(32)兩端設有壓力感應片。
7.如權利要求6所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述定位托盤(I)的下部設有多個用以檢測連接部件(2)在定位托盤(I)上位置的感應探頭。
8.如權利要求7所述的主從機械手主動操作模擬裝置，其特征是:所述控制手柄支架(22)傾斜部的下端設有電磁鐵。
【專利摘要】本發明涉及一種主從機械手主動操作模擬裝置，包括定位托盤(1)、連接部件(2)以及控制手柄(3)，所述定位托盤(1)為倒置的球冠形，所述連接部件(2)放置在所述定位托盤(1)上，所述連接部件(2)包括底座滑塊(21)和固定在所述底座滑塊(21)上的控制手柄支架(22)，所述控制手柄(3)可前后左右擺動的固定在控制手柄支架(22)上；所述控制手柄(3)包括搖桿(31)和套設在所述搖桿(31)上的套筒(32)，所述套筒(32)上設有起夾緊作用的握桿(33)。該模擬裝置能夠真實地模擬核燃料后處理廠用伸縮式主從機械手主動操作，提高員工的操作技能，避免在真實操作中出現偏差，導致事故發生；同時減少搭建成本和占用空間，增加系統的復用性、靈活性和經濟性。
【IPC分類】B25J3-00
【公開號】CN104786205
【申請號】CN201510129270
【發明人】秦永泉, 陳勇, 李鑫, 胡國輝, 李思凡, 王博, 楊浩
【申請人】中國核電工程有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月24日