2023放射性物质远程操作装置第2部分：机械式主从机械手

2式主从机械手目 次前言 II引言 III1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14总体结构和分类 15关于机械手选型的基本考虑 76不同型号机械手的安装方法和相关要求 117附件 23附录A（规范性）空载力和扭矩、挠曲和游隙的测量方法 26附录B（资料性）典型的更换装置 35I1和用户提供了指导。2帮助机械式主从机械手用户进行产品选择和使用，并为设计方提供指导。3供指导。4定要求，旨在帮助动力机械手用户进行产品选择和使用，并为设计方提供指导。5求，旨在帮助剑式机械手用户进行产品选择和使用，并为设计方提供指导。III放射性物质远程操作装置第2部分:机械式主从机械手范围本文件规定了核设施中机械式主从机械手的选型、安装以及应用的要求。本文件适用于各类机械式主从机械手自身及与所在核设施的技术接口，不包括核设施的基本设计与机械式主从机械手的功能设计及选型宜同步考虑，以优化机械式主从机械手的功能。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/TXXXXX.1放射性物质远程操作装置第1部分：通用要求EJ/T1096密封箱室密封性分级及其检验方法EJ/T1175.1密封箱室部件第1EJ/T1175.2密封箱室部件第2部分：手套、焊封袋、剑式机械手护套及主从机械手护套术语和定义GB/TXXXX.1界定的术语和定义适用于本文件。顶出装置ejectiondevice用于松开可互换部件（如护套或密封元件），并用另一部件替代它，且不破坏密封完整性的装置。护套组件gaiterassembly一端配装密封联轴器，另一端配装支撑环或可扩展型环的护套。更换装置replacementdevice（置。注：更换装置也可具备存放这些更换的部件的功能。总体结构和分类总体结构从动臂和连接管。连接管配装有连接主动臂和从动臂的机械部件。连接管通常穿过密封箱体壁水平安装。其结构应保证将操作人员手动操纵主动臂的手柄而产生1的运动、力和扭矩分别传递给从动臂和夹钳。传递力和扭矩。（安装在βγ热室或α-βγ热室拆换。括用以平衡主从机械手各臂的平衡重、必要时设置的可锁定的制动装置和/对运动或位置偏移（即变位运动）的电驱动装置的控制元件。分类概述从动臂可远程拆换从动臂不可远程拆换关节手臂从动臂可远程拆换从动臂不可远程拆换关节手臂伸缩管手臂机械式主从机械手注1：从动臂可远程拆换的机械式伸缩管主从机械手常用于α-γ热室。图1机械式主从机械手的分类机械式伸缩管主从机械手根据型号的不同，这类机械式主从机械手（见图2）手工操作所需力的最大量级。它们适于执行复杂操作，一般成对安装。2标引序号说明：1——夹钳；从动臂；连接管；平衡重；主动臂；6——手柄；屏蔽墙；穿墙管；9——屏蔽观察窗；10——麦克风；11——音频信号传输电缆；12——扬声器；13——热室；14——操作间。图2机械式伸缩管主从机械手手是这种大型热室的主要操作装置。从机械手。在高度受限的热室中，也可选择具有双伸缩管从动臂的紧凑型主从机械手。机械式关节主从机械手这类机械式关节主从机械手（见图3）屏蔽材料制成的热室中。3标引序号说明：1——夹钳；从动臂；连接管；平衡重；主动臂；6——手柄；屏蔽墙；穿墙管；9——屏蔽观察窗；上臂；前臂；12——肩部件；13——热室；14——操作间。图3机械式关节主从机械手作灵活度。运动学特性概述按照GB/TXXXXX.1的规定，这类机械手应能实现7个运动，包括X向、Y向、Z向3个直线运动（见图4），夹钳俯仰、夹钳扭转、方位旋转3个旋转运动（见图5）和1个夹紧运动。4图4直线运动图5旋转运动和夹紧运动机械式伸缩管主从机械手Z（6）。5标引序号说明：左右运动（绕Y轴）；前后运动（绕X轴）；3——方位旋转运动（绕Z轴）；4——上下运动（沿Z轴）；5——夹紧运动；夹钳俯仰（绕X轴）；夹钳扭转（绕Y轴）；肩部件；伸缩管；10——腕关节；11——手柄（主动侧）/夹钳(从动侧)。图6机械式伸缩管主从机械手X（左右运动）Y（前后运动）1个由双伸缩管来实现的Z向（上下运动）电动延伸。此电动延伸量称为外伸行程。变位运动增大了从动臂的活动范围，同时使主动臂保持在一个有利的人机工程学位置。机械式伸缩管主从机械手可有以下两种不同的布局：手臂不可拆换，其主动臂与从动臂之间的机械连接通过钢丝绳或钢带实现；通过旋转轴和齿轮来实现。其主动臂也可拆换。机械式关节主从机械手Z（7）。6这类机械手可以在上臂配置电动或机械的变位运动。标引序号说明：左右运动（绕Y轴）；上下运动（绕X轴）；前后运动（绕X轴）；4——方位旋转运动（绕Z轴）；5——夹紧运动；夹钳俯仰（绕X轴）；夹钳扭转（绕Y轴）；8——肩部件；9——上臂；10——肘部件；11——前臂；12——腕关节；13——手柄（主动侧）/夹钳(从动侧)。图7机械式关节主从机械手关于机械手选型的基本考虑一般要求概述7机械手的设计参数决定了上述两类机械手的应用范围。机械式伸缩管主从机械手机械式伸缩管主从机械手具有下列设计特点：安装在厚度大的屏蔽墙内；在较大的操作空间内操作；具有较大的负载能力（45kg）；可提供两种维修方案（操作间内整体拆换或在热室内远程拆换从动臂）；与机械式关节主从机械手相比可提供更多的功能选项。机械式关节主从机械手机械式关节主从机械手具有下列设计特点：在有限的操作空间内操作（1000mm500mm）；负载能力有限（12kg）；维修通道受限（在操作间拆换），不利于装置的总体设计。特殊要求概述5.2列出了机械手选型时应规定的技术特性。机械手的主要特性负载能力应尽可能准确地界定机械手需要承担的操作任务。为此，应确定下列参数：夹钳在整个操作空间内夹紧和移动工件（包括物件和工具等）时的最大负载；施加到物件上的力（静载荷和动载荷）；操作人员的手或臂扭转而产生的扭矩（静载荷和动载荷）；工具（如液压剪、冲击扳手、振荡器、高压射流、冲击钻等）产生的反作用力；使用吊钩垂直起吊物件的最大重量，起吊能力有时会比夹钳负载能力大得多。1主从机械手具有的最大负载能力。注：在极限位置时，机械手的灵活度会明显降低，操作时应特别注意。表1按夹钳的最大负载能力的机械式主从机械手分级机械手级别轻型（L）中型（M）重型（H）夹钳的最大负载能力kg＜1010～20＞20几何参数以下几何参数对机械手操作及应用的影响应加以考虑：主动臂的操作空间，对屏蔽密封箱室前区和周边设备或厂房结构的布局的影响；8力是否满足要求；制造商对机械手操作和维修需要的空间大小提出的建议。灵活度机械手的灵活度体现的是其可轻松执行复杂操作任务的能力。（（空行程5.2.4）最小和良好的操作人员人机工的灵活度。对一种特定的机械手而言，其灵活度随承受的负载增大而下降。某些复杂的操作任务无法执行。可靠性（下降的化学环境中,或使用操作不熟练的操作人员等）。为了使可靠性达到最大，应严格执行制造商规定的维修周期和操作手册。空载力和扭矩弹簧张力。1%～2（1A。挠曲和游隙尽管挠曲（即机械手部件的弹性形变）有能量储存，如果快速释放就可能引发反弹问题。游隙消除机构带来的摩擦。A。其它指标其它相关指标(如方便去污、可维修性、抗辐射等)应符合GB/TXXXXX.1的要求。主从机械手的安装连接管轴线距操作人员站立平面的高度确定此参数时应考虑以下方面：小尺寸的关节机械手和伸缩管机械手：连接管的安装高度随某一型号主从机械手的尺寸来确1850mm～2500mm93050mm。同制造商生产的穿墙管产品要求的直径不同，在有特殊安装要求时应注意选择穿墙管的直径。荐的标准尺寸范围如下：关节主从机械手：150mm～170mm；小尺寸伸缩管主从机械手：190mm～195mm；大尺寸伸缩管主从机械手：254mm。轴间距700mm900mm（具有较大操作空间的主从机械手）不等。运动时发生碰撞。此外，主从机械手成对安装在工位，可使操作人员获得最佳的人机工程学配置。主动臂的操作空间主动臂的操作空间内应无障碍物。应核实辅助设备的所有部件（如通风管道、辅助贯穿件、电缆、人行通道、控制台）均未安装在热室前墙靠近机械手工位处，以免影响主从机械手的运动范围。密封和防污染保护一般要求（EJ/T1096（和机械手等所有局部泄露率的总和。若穿过密封箱体壁的机械手贯穿件导致的局部泄漏率可维持在不高于密封箱室其它部位的泄根据选择的机械手维修模式的不同，密封性可通过两种途径实现：带或不带护套的非密封连接管；典型的带护套的密封连接管。注：后一种结构可采用另一种不带护套的变通方案，但其密封性无法保证。在执行正常维修程序时，规定的机械手泄漏率应尽可能保持在不大于正常操作时的水平。机械手的护套机械式主从机械手的护套是包覆从动臂的柔性袖套。护套根据预设功能的不同可分为两类：防护护套；密封护套。为达到相应目标，应分别使用下列两类护套：封箱体的密封不起作用，这些密封由密封连接管来保证。还为机械手从动臂提供了更好的保护，使其免于热室内的放射性污染和物理化学污染。10的种类、护套维修互换技术、环境条件（辐照、机械损伤等）和密封要求相匹配。热室或密封箱体的密封应通过设置在穿墙管和连接管之间的密封圈来保证。有一些有时相互制约，因此应综合评估：高密封性要求；特殊的内部环境；高温或腐蚀性气氛；在热室内或从热室外对机械手维修的必要性；机械手的使用频度；允许的停用周期；更换护套的必要性；从屏蔽密封箱室内拆除机械手的程序；热室内的放射性水平；高灵活度（如降低空载力和游隙）和最大的操作空间；广视角的需要；操作中遭遇物件的机械撞击；在热室内或热室外对机械手运载设备的需求；受损机械手的拆除方案以及发生这种损伤的大致频率；维修前可接受的去污水平；操作间的污染风险。护套的安装和更换护套的安装和更换通过下列方式完成：密封护套，拆除机械手后，在密封箱室外利用专用顶出装置完成；防护护套，利用热室内辅助起吊装置完成，且与整个从动臂同时进行安装和更换。不同型号机械手的安装方法和相关要求非密封连接管-带护套概述（密封护套或防护护套从动臂全部或部分受保护。防护护套的使用（α放射性污染扩散风险的热室，不宜使用这种技术。11图8防护护套的使用（种从动臂可利用热室内的起重装置来进行远程更换。图9防护护套的紧固密封护套的使用总则使用密封护套，保证了热室内静态密封的连续性。在高污染的热室（α-βγ或中子热室）中，宜使用这种技术。1β-γ屏蔽墙内的密封箱体上。护套安装可通过下列方式：1110b）]；123（3）10c）]。外观图b)安装在1型支撑环上、固定在1型密封环上的护套c）安装在3型支撑环上、固定在手套接盘（作为3型密封环使用）上的护套标引序号说明：1——护套；密封环；屏蔽墙；支承环；5——密封箱体壁；6——护套；7——密封箱体壁；支承环；屏蔽墙；10——手套接盘。图10安装在支撑环上、固定在密封箱体壁上的护套上述安装方式仅允许有一种变通方案，即如下结构：护套安装在高污染的热室的内衬里上13（见图11）。外观图b)安装在1型支撑环上、固定在1型密封环上的护套c）33密封环上的护套标引序号说明：1——护套；支承环；密封环；护套；接盘；支承环；屏蔽墙；内衬里。图11安装在密封的混凝土热室的内衬里上的护套根据支承环的类型的不同，护套可分为如下两种：1433内衬里的末端构件；11上。2在这种安装方式中，护套安装在支承环上，该支承环位于穿墙管内侧的末端结构（人员的对面）。312a）1型支承环时，见图12b)]安装。a)安装在3型支承环上、直接安装在穿墙管上的护套b）11密封环上的护套标引序号说明：1——密封箱室内；2——护套；支承环；密封环；穿墙管。图12安装在穿墙管上的护套3在这种相对简单的结构中，护套直接安装在固定于操作间一侧屏蔽墙上的手套接盘或封袋接盘的法兰上(见图13)。注：不再推荐使用这种方案，其在维修等操作中，安装和拆除机械手破坏了密封。15标引序号说明：1——护套末端卷边并用卡环密封在屏蔽墙的法兰上；从动臂；主动臂。注：图下方是X处部件的放大图。图13固定在操作人员一侧屏蔽墙上的手套接盘、封袋接盘上的护套的安装附加要求室的密封（14）。图14从操作人员一侧拆除并更换机械手的实例EJ/T1175.216要求。EJ/T1175.2非密封连接管-不带护套这种技术仅适用于无α污染的β-γ热室。这种方案适用于各手臂均可拆换的机械式主从机械手。这类机械手的三个部件（主动臂、从动臂和连接管）均可远程更换。此时热室的密封只能由动态密封来实现。注：较早前的核应用中曾频繁使用这种方法，但是由于无法维持热室箱体静态密封的连续性，在存在α污染风险的核设施中，不再推荐使用这种方法。密封连接管（图15密封连接管的原理(右侧是A处插件的放大图)这种方案仅适用于手臂可拆换的机械式主从机械手。其从动臂可远程更换。实施此方案可用以下两种护套：在的气体腐蚀（6.1.2）；（当从动臂有高密封或高屏蔽要求时间内形成过度的正压或负压（6.1.3）。（HEA（1617标引序号说明：1——高效粒子空气过滤器（HEPA）。图16套上加装高效粒子空气过滤器的布置原理护套下端的设计概述护套下端的设计应考虑机械手将完成的操作任务特性和不同机械手类型的特殊要求。护套需完成的横向运动和旋转运动施加在护套上的力17a)17b17c)的示例适用于用正向力拆换。在将末端执行器（夹钳或工具）连接到从动臂上时，可能会损坏护套，且护套材料在夹钳受力时也始终处于受力状态。带可拆换的半夹钳的护套 b)带可拆换的夹爪的护套18c）带可移动的夹钳的护套图17夹钳上密封护套的末端结构18标引序号说明：1——可拆换的腕关节。图18夹钳上防护护套的末端结构双层护套的特殊应用（H20O2或在高α射线污染的环境中，可使用双层护套（19）。2（EJ/T1175.1配置也可降低从动臂的污染风险。19中序号9的充气管道进行吹扫。19标引序号说明：1——内层护套；2——高效粒子空气过滤器；3——夹层压力调节器；4——中间净化充气管道上的高效粒子空气过滤器；5——压力计；6——高效粒子空气过滤器；7——外层护套；8——惰性气体回路；9——夹层吹扫；P1——密封箱室的内部压力；P2——夹层压力；P3——中间净化充气管道内压力；P4——操作间的环境压力。注：右侧是A处插件的放大图。图19设有夹层吹扫的双层护套布置机械手护套的更换密封护套按以下程序更换密封护套，见图20：在热室内拆卸夹钳的夹爪或整个夹钳，并将护套末端与机械手从动臂分离；20a）]；6.1.31、方法2述及的护套，应设计符合支承环和穿墙管特性的顶出装置[见图20b）]；更换机械手，将新护套与从动臂的前端相连接，并重新安装夹爪（或夹钳组件）。注：需要专用的顶出装置来更换特定的双层护套。20从操作间一侧拆卸从动臂标引序号说明：1——顶出装置；旧护套；新护套。利用顶出装置更换护套图20机械手密封护套的常用更换方法防护护套21：商指定的吊点和方法进行起吊操作；用专用起重装置将从动臂运送到临近的维护热室或用转运容器将从动臂运送到维护车间；并放入已安装在热室内的专用容器中；21（或经过适当维修或去污后的旧从动臂上。注：当使用可在热室内拆换的伸缩管主从机械手时，即使其机械布局允许从操作区拆除，仍宜使用本节规定的更换程序。从动臂的拆换标引序号说明：1——管架；旧连接管；新连接管；4——穿墙管。

连接管的更换图21机械手连接管上装有防护护套时常用的更换方法22现将受到严重污染和/部件进行更换。注意事项（γ或中子屏蔽险，在开始操作前，应从热室中撤出放射源或在穿墙管上安装专用屏蔽塞。机械手密封护套的连接机械手密封护套先安装在支承环上，再将此组合件固定在密封环上。EJ/T1175.1附件屏蔽连接管为了提供附加γ或中子屏蔽，连接管可配装下列部件：有助于γ通量衰减的高密度材料（如铅、不锈钢、铸铁等）；有助于中子通量衰减的中子吸收材料（如含硼聚乙烯、压缩木材等）。这些材料通常加工成环装入连接管。这种屏蔽连接管大大减少了射线直通缝。在有强中子源或γ以提高屏蔽连续性。平衡上的操作灵活度基本相同且疲劳最小。一般通过安装在主动臂上（有时也安装在从动臂上）的可调节的平衡重来实现平衡。主从机械手有两类平衡设计：基本平衡（空载，对所有运动的参照位置进行优化）；扩展平衡，实现所有有效位置上的空载平衡。当的平衡重来调整平衡。末端结构从动臂的末端结构置进行远程更换。（夹钳连接在密封连接组件上。23图22可拆换夹钳连接机构原理夹钳的夹爪可以选择可拆换的或不可拆换的。如果在生产设施中应使用主从机械手，则在此类常见的机械操作过程中会频繁使用夹爪（和/或整个夹钳或夹钳组件），且暴露在高辐射和高污染的环境下，不易去污。因此，它们经常被定义为消耗品。在这种情况下，选择具有可拆换的夹爪的夹钳总体上更经济。23主动臂的末端结构主动臂的末端配装有手柄，该手柄可以连接增力手柄或控制电驱动运动的控制盒。电力供应机械式主从机械手应供应低压直流电。24图23夹爪的特性尺寸其它辅助装置顶出装置（EJ/T1175.1EJ/T1175.2）。（（套）。顶出装置可分为机械式和气动式。更换装置更换装置是放置在热室内的一种专用机械部件，用于远程操作连接或拆卸远程操作装置的不同部（特别是腕关节和末端执行器提升设备来放置。附录B中描述了一些常用的、典型的更换装置。25附录A（规范性）空载力和扭矩、挠曲和游隙的测量方法总则概述始位置。参照位置位置是以第一关节位置（肩关节）为原点的X、Y、Z坐标系为各种型号的机械手定义的。初始位置即进行指定测试要求的位置。该位置通常就是参照位置。空载力的测量一般原则机械式伸缩管主从机械手这类机械手测量时主动臂和从动臂应保持在竖直方向，并保持在手动Z向运动的极限外伸与电动Z向运动全缩回之间的中间位置。在各制动系统释放后，其它运动自然发生在参照位置。机械式关节主从机械手这类机械手测量时主动臂的前臂和从动臂的前臂都保持在竖直方向，上臂保持在制造商规定的角度，以达到标准的操作参照位置。在各制动系统释放后，其它运动自然发生在参照位置。设备准备在进行测量之前，应采取下列预防或验证措施：试验中应精确测定钢丝绳、钢带或链条的张力；润滑剂应符合制造商的规定；应记录试验过程中的环境温度，并标定测量设备；A.1.3测量方法概述使用测力计测量在A.1.3规定的初始位置上使主动臂移动大约100mm或15°时施加于主动臂上的力。测力计的读数采集应在100mm或15X向运动26GB/TXXXXX—XXXXdxX（.图A.1X向运动的空载力的测量XX向（Z向）主运动的结果。Y向运动关节主从机械手应进行两次试验，第一次锁定肩关节，第二次则锁定肘关节。dyY（.YY向（Z向）主运动的结果。27图A.2Y向运动的空载力的测量Z向运动主动臂（关节机械手的前臂）平行（A3。机械式关节主从机械手测量时其肩部和肘部应可自由旋转。图A.3Z向运动的空载力的测量α向运动（力臂）（见图A.4）。这两个力应施加在YZ轴所在的平面内。28图A.4α向运动的空载力的测量β向运动（力臂）（见图A.5）。这对力应施加在XZ轴所在的平面内。图A.5β向运动的空载力的测量γ向运动（力臂）（见图A.6）。这对力应施加在XY轴所在的平面内。注：在目前的测试方法中，测量空载力和扭矩时，不考虑夹钳的剩余平衡误差和复位弹簧张力。29图A.6γ向运动的空载力的测量挠曲和游隙的测量