2023放射性物质远程操作装置第1部分：通用要

1要求目 次1范围 12规范性引用文件 13术语和定义 14不同类型远程操作装置的应用 55远程操作装置的运动系统 66不同类型的远程操作装置的一般要求 67选择不同类型远程操作装置的主要指标 168其它指标 189设计考虑 19附录A（规范性）远程操作装置运动系统 20I1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1部分：通用要求范围本文件规定了核设施中用于操作放射性物质的远程操作装置的通用要求。本文件适用于可用于热室、屏蔽工作箱及乏燃料水池等的各型远程操作装置。规范性引用文件（包括所有的修改单适用于本文件。GB/T12163用于防护电离辐射的50mm和100mm厚墙的铅屏蔽构件GB/T12643机器人与机器人装备词汇GB/TXXXXX.2放射性物质远程操作装置第2部分：机械式主从机械手EJ/T1108密封箱室设计原则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ISO9404-1用于防护电离辐射的150mm200mm和250mm1部分:150mm和200mm厚楔形构件（Enclosuresforprotectionagainstionizingradiation—Leadshieldingunitsfor10mm0mad20mhcalsPrCernutf10mn0mtikes术语和定义下列术语和定义适用于本文件。manipulator操作工具的操作装置。3.1.1机械式主从机械手mechanicalmaster-slavemanipulator安装在屏蔽墙或密封箱体上、通过可反向驱动机械传动，实现主动臂（3.2.1）和从动臂（3.2.2）的运动同步（3.25），来再现操作员手和臂运动的机械手（3.1）。3.1.2电随动主从机械手electricalmaster-slavemanipulator（力反馈实现和的来再现操作员（3.28）手和臂运动的机械手（3.1）。注1：“双向”是指通过主动臂或从动臂的动作在另一侧可获得无差别动作的系统特性。注2：从动臂通常安装在运载装置（3.3）（移动式）上。3.1.31动力机械手powermanipulator具有较大的负载（3.19）能力、由电动机驱动（开环控制）的机械手（3.1）。注：机械臂（3.2.3）通常安装在运载装置（3.3）（移动式）上。（放在机械臂术语下方？！）3.1.4剑式机械手remotehandlingtongs由夹钳（3.12）、手柄（3.14）和连接两者的传动杆组成的机械手。注：剑式机械手既可利用（见EJ/T动式）上用于乏燃料水池下的操作，或直接由操作员（3.28）在水池上方手持操作。手臂arm机械手上能够有效地再现人手臂操作的功能部件。注：在大多情况下，具有与人手臂相同的布局和关节连接，这些相应连接部件包括肩关节、上臂、肘关节、前臂、腕关节等。3.2.1主动臂masterarm安装于热室外部，其配装有供操作员操控的手柄。3.2.2从动臂slavearm安装于热室内部，其配装有夹持工件的夹钳。3.2.3机械臂mechanicalarm动力机械手（3.3）的手臂，配装有末端执行器，能执行定位运动（3.23.1）和定向运动（3.23.2）。运载装置transporter在操作空间（3.21）内移动和定位从动臂或从动装置的运动系统。穿墙管through-walltube安装在热室墙内的圆筒形部件，机械手不同部件之间的机械连接部件穿过其中从热室外部到达热室内部。注：穿墙管内有连接管（3.5）。连接管connectiontube安装在水平穿墙管内的部件，它通过旋转运动和内部机构部件把主动臂的运动传递到从动臂。注：可以将连接管抽出至操作间。传动部件transmissionelement将来自驱动装置的原动力或扭矩传递到手臂（3.2）子组件的机械部件。关节joint；articulation由数个部件构成的组件，可实现一个或多个旋转运动。2球承sphereunit安装在屏蔽层或密封箱体壁上，用于支承剑式机械手（3.1.4）的球形或圆柱形运动部件，并作为剑式机械手的枢轴。注：方位旋转关节或使用销轴且与能在相互垂直的方向上进行方位旋转的两个部件（如万向接头）具有相同功能的系统，也可以视为一种球承。直杆rod连接手柄和夹钳的刚性管，包括传递夹紧运动的传动部件（3.6）。注：直杆的长度决定夹钳的工作范围。密封联轴器leak-tightcoupling安装在夹钳（3.12）和直杆（3.9）之间的中间装置，用以保持密封的连续性，并在密封的状态下传递夹紧运动。机械接口mechanicalinterface位于机械手从动臂末端，用于安装末端执行器的机械部件。夹钳tong夹持器gripper安装在机械接口（3.12）处的夹紧装置，它包括执行器组件和夹爪（3.13）。夹爪jaw安装在夹钳末端的部件，便于夹钳操作物件。注：夹爪可以远程拆换。手柄handle固定在主动臂末端的部件，便于操作员握持以控制机械手的动作。控制系统controlsystem一套具有逻辑控制和动力功能的系统，能控制和监测机械手机械结构并与环境（机械手和操作员）进行通信。护套gaiter；booting特定形状的柔性袖套，用以保护机械手从动臂的机械部件免受污染或提供热室密封的连续性。拆卸disconnection使两个组装部件分开的机械操作。注：（3.2.2）或（3.2.1）与（3.2.3）与夹钳（3.12）与密封联轴器（3.10）分开。3平衡balancing（如添加平衡重在整个操作空间（3.21）内使其保持平衡的机械特性。负载load在规定的速度和加速度条件下，沿着运动的各个方向，机械接口（3.11）处可承受的力和/或扭矩。注：负载是质量、惯性力矩的函数，是机械手承受的静态力和动态力。轴axis用于定义机械手以直线或旋转方式运动的方向线。操作空间operatingspace；operationalspace操作范围operatingrange操作夹钳时机械手从动臂所有活动部件可能掠过的空间。工作空间workingspace手腕参考点（见GB/T12643）所能掠过的空间，在此空间内手腕可完成各种动作。注：机械手的工作空间小于操作空间。运动motion执行的线性动作或绕规定轴旋转的动作。3.23.1定位运动positioningmotion使末端执行器（如夹钳）发生位移的运动。注：根据设定的坐标轴，可分为X向运动、Y向运动和Z向运动三种不同的运动。3.23.2定向运动orientationmotion绕着机械手的某一轴线所作的旋转运动。注1：根据设定的坐标轴，可以分为以下三种运动，即倾斜（α）、扭转（β）、方位旋转（γ）。注2：关节式机械手可通过绕前臂或上臂的轴旋转完成定向运动。3.23.3变位运动indexingmotions疲劳，此运动一般用移动控制盒上的电开关控制。rangeofmotion子部件可执行运动的范围。运动同步isokinematic4机械手的一种特性，即主动臂和从动臂的基座到自由端的旋转或平移运动均以相同的顺序和方位呈现。外伸行程extendedreach具有多层伸缩管的从动臂的电动外伸量。注：用于调整从动臂的工作段长度。自由度degreeoffreedom；DOF用以确定物件在空间中独立运动的变量。操作员operator指定从事放射性物质远程操作装置启动、监控和停机等预期操作的人员。不同类型远程操作装置的应用概述元件制造厂、核燃料后处理厂、废物处理厂以及核设施退役。机械手、动力机械手和剑式机械手。是固定式远程操作装置。电随动主从机械手和动力机械手是移动式远程操作装置。机械式主从机械手机械式伸缩管主从机械手45kgEJ/T1108力，长臂型机械手的操作力较小。机械式关节主从机械手这类机械式主从机械手可传递的力能达到操作员进行独立手动操作的需要。根据机械手型号的不同，其最大负载能力可达12kg。机械式关节主从机械手适于执行复杂任务，可以在工位成对安装。机械式关节主从机械手适用于各种尺寸、屏蔽墙由不同屏蔽材料制成的热室中。电随动主从机械手5械手。它们不仅适用于设施内部，也可装在运载车上露天使用。动力机械手进行较大范围的物件操作和转运。它们也可装在运载车上露天使用。剑式机械手水平剑式机械手这类剑式机械手适于操作员在要求中等灵活度和较小工作空间内独立手动操作。在水平应用模式装在屏蔽层上。注：这类剑式机械手有时可以在无支承和屏蔽的情况下使用。此时，操作员需要与放射源保持安全距离。垂直剑式机械手这类剑式机械手的某些型号可传递的力能达到操作员进行独立手动操作需要的最大值。适用于仅装在运载装置上使用。远程操作装置的运动系统或电动机驱动。7（XYZ向三个定位运动以及能在无任何专门的预先调整的前提下，在整个工作空间内绕三个坐标轴向物件施加扭矩并完成三个独立的旋转运动（夹钳俯仰、夹钳扭转、方位旋转三个定向运动）；第七个运动是夹紧运动。A。不同类型的远程操作装置的一般要求机械式主从机械手一般要求机械式主从机械手包含三个主要部件：主动臂、从动臂和连接管（12）。主动臂力和扭矩能精准地传递到从动臂的对应部件。57331β-γ-6EJ/T1175.212）。EJ/T20226.2标引序号说明：1——穿墙管；连接管；平衡重；主动臂；5——手柄；扬声器；操作间；8——屏蔽观察窗；9——屏蔽墙；10——音频信号传输电缆；11——麦克风；12——平口式夹钳；13——热室；14——从动臂。图1机械式伸缩管主从机械手7标引序号说明：1——穿墙管；平衡重；上臂；前臂；5——主动臂；6——手柄；7——屏蔽观察窗；连接管；屏蔽墙；10——肩部件；11——平口式夹钳；12——从动臂；13——热室；14——操作间。图2机械式关节主从机械手机械式伸缩管主从机械手35kg～45kg不等。8图3机械式伸缩管主从机械手运动原理图X向、Y整，从而增大工作空间，并降低操作员疲劳。某些型号机械手的从动臂可远程拆换。在高度受限（和/或具有小的操作空间）除了视觉反馈，将热室内部的声音传递到操作间对操作员也有帮助。机械式关节主从机械手43kg～12kg图4机械式关节主从机械手运动原理图锁定夹紧运动。制动器可锁定定位运动和定向运动。开关控制的电动机也可驱动从动臂上臂的倾斜变位运动，以减低操作员疲劳。作空间。电随动主从机械手9电随动主从机械手由主动臂和从动臂及连接两者的电气系统组成，该系统包括电动机和控制单元（见图5）。标引序号说明：1——热室；2——从动臂运载装置；麦克风；摄像头；从动臂；6——机械手和运载装置的传输电缆；7——屏蔽观察窗；8——屏蔽墙；9——音频信号传输电缆；操作间；主动臂；扬声器；13——机械手和运载装置控制柜；14——视频监视器。注1：运载装置的运动仅用于从动臂的定位运动。注2：对于热室内部操作的观察，通常使用摄像头，有时使用屏蔽观察窗。图5电随动主从机械手感受到负载（力反馈）10kg～100kg动臂安装在运载装置上。操作间可布置在热室外一定距离处。5能完成七个运动。主动臂和从动臂应由双侧位置控制机构连接。6。abZαXβ运动的位置互换。运载装置一般有四种附加的电控开关操作的运动（x、y、z和γ）。夹钳的一对平行夹爪或整个夹钳应可远程拆换。装置上，以提高其操作灵活度。10除了视觉和触觉反馈外，可有将热室内声音传输到操作间的系统。a)a型b）b型图6电随动主从机械手运动原理图动力机械手2～46轴操纵装置。与电随动主从机械手相比较，动力机械手没有主动臂来传递力反馈。（标引序号说明：1——热室；2——运载装置；3——屏蔽观察窗；麦克风；机械臂；6——音频信号传输电缆；7——操作间；8——传输电缆；9——屏蔽墙；10——扬声器；11控制柜；操作台。图7动力机械手的热室应用7～108（53）的机械手（8）。图8典型的动力机械手运动原理图最常见的运载装置设计包括移动桥架（大车）、横向行车（小车）伸缩套管。895kg～500kg50kg～200kg），实体尺寸也各不相同。声音传递到操作间的输送系统。图9具有更多运动的动力机械手运动原理图剑式机械手概述121个～45个～7功能。水平剑式机械手（或铸铁（见图（见图标引序号说明：1——屏蔽墙；2——屏蔽观察窗；直杆；球承；手柄；6——操作间；7——屏蔽工作箱；夹钳；护套；10——密封箱体。注：图中示出为配有护套和密封箱体的α-γ屏蔽工作箱，也可用于不带护套和密封箱体的屏蔽工作箱。图10水平剑式机械手（直杆式）13标引序号说明：1——屏蔽墙；2——屏蔽观察窗；直杆；球承；手柄；6——操作间；7——屏蔽工作箱；8——夹钳（关节式。注：图中示出为不带护套和密封箱体的β-γ屏蔽工作箱，也可用于配有护套和密封箱体的屏蔽工作箱。图11水平剑式机械手（关节式）注：Xγ和Zα向运动通过球形轴承和球体单元相结合完成。Y向和β向运动通过穿过球体单元的管内直杆的轴向和旋转运动完成。图12水平剑式机械手运动原理图（直杆式）图13水平剑式机械手运动原理图（关节式）某些型号的水平剑式机械手的夹钳可通过屏蔽工作箱内的拆换装置进行远程拆换。应确保直杆与屏蔽墙有相同的屏蔽能力。GB/T12163ISO9404-1EJ/T1175.1EJ/T1175.2某些直杆式的剑式机械手可配装不同的专用工具而不装夹钳。有时可由操作员在工作位置直接握持直杆式剑式机械手进行操作。垂直剑式机械手14料水池。垂直剑式机械手主要有三种类型：直杆式、简易关节连杆式、关节夹钳-手动旋转组合式（14）。式机械手类似。唯一的不同是直杆式的详细设计，即直杆式的长度更长，直径也更大。标引序号说明：1——夹钳；2——直杆（关节式）；3——手柄；4——运载系统；5——水池。图14乏燃料水池用可手动旋转的垂直剑式机械手(关节夹钳-手动旋转组合式)4X、Y、Z、γ向运动)（15），16。注：Z向和γ向运动是独立的，通过贯穿横向行车的管内直杆的轴向移动和旋转运动完成。标引序号说明：1——剑式机械手；2——运载装置；3——沿工作路径的护栏。图15垂直剑式机械手用运载装置示例15图16可手动旋转的垂直剑式机械手运动原理图（关节夹钳-手动旋转组合式）16（没有α向和β向运动或简易关（没有β向运动能力（因而不推荐采用内充空气的中空结构）。选择不同类型远程操作装置的主要指标一般要求可采取下列一种或两种方法来选择不同类型的远程操作装置。设计、加工非标零部件或设备。先从可供货的专有产品中选择需要的远程操作装置。再根据已选定远程操作装置的末端执行器、运动、负载能力、工作空间等对热室和工艺设备的设计进行适应性改进。为了完成某一操作任务，需要考虑下列四项关键指标：负载能力；灵活度（可完成的运动数量和空载力）；可靠性；可达性。8远程操作装置的负载能力对于每项操作任务来说，首先应分析施加在远程操作装置上的应力：可操作或提升的负载（物件、工具）的最大重量，包括加速度的影响；需要施加的力；手或臂旋转产生的扭矩；工具的反作用力（如液压剪、冲击扳手、去污高压射流、压缩空气凿和任何振源）。16根据上述分析的结果来选择必需的远程操作装置的负载能力。17。机械式伸缩管主从机械手机械式关节主从机械手电随动主从机械手动力机械手水平剑式机械手垂直剑式机械手图17不同类型远程操作装置的最大负载能力比较远程操作装置的灵活度身无关。灵活度取决于下列因素。控制系统和操纵装置的原理。执行运动的方式：顺序（一个运动接另一个运动，如动力机械手）；合成（几个运动同时执行，如机械式主从机械手或电随动主从机械手）。运动系统的设计（运动的数量、类型和排序）。夹钳的设计（特别是与操作对象相关的形状和尺寸）。空载条件下移动机械手所需克服的力（仅涉及主从机械手）。工位布置的远程操作装置的数量（一对，通常是相同类型，或只能布置一台）。视觉反馈的质量（距离、角度和亮度、光谱特性和任何闪光或照度的不规则性）。操作员的资质和经验。（机械式或电随动）。应根据上述要求和特点来选择具有适宜灵活度的远程操作装置。些不要求高灵活度的操作任务中（如夹持工件），也需要采用一对远程操作装置。远程操作装置的可靠性用户规定操作条件和相应的要求，并尽可能准确地规定其应用条件，可包括：负载曲线（常规运行一年内的力和出现频率）；关键部件的负载变化量，其值应在规定负载以下；容许的维修周期；环境条件（辐照、腐蚀等）。予以考虑。177.4.1械手可靠性要求更高。由于各种原因，如操作员疲劳和装置可靠性有限，机械式主从机械手、电随动主从机械手和动可采用下列两种方法来提高远程操作装置的可靠性：在预期操作负载和制造商推荐的最大负载之间留存更大的负载设计裕量（但设计人员应同时7.1.2）；可进行针对性的研发，以消除薄弱环节（在设计中和/或按原型机验证试验结果确定）。此外，应适当关注维护计划和更复杂的维修技术的应用（如在线故障模式分析和状态监测）。其它指标一般要求过程中应予以考虑。这些因素可以分为两组：远程操作装置本身(主要在工作区)和外围辅助设备。工作区在选择远程操作装置时，工作区主要考虑下列因素。（动桥架的宽度）7.1.1b提高整个系统的产出，从而降低系统内每一个热室的操作速度。操作安全。使操作员的疲劳最小化。厂房和包容结构的密封性。方便去污。c)～g)列出的因素并进行适当的试验。耐久性：所用材料应耐受（或防止）工作环境中的腐蚀性流体、辐照等。布置在热室上部时，应设置合适的运载系统和/或气闸以保证其安全进出。得布置无维护需求的对象，并应留出适当的空间用于放置工具和备品备件。行走空间：针对移动式机械手，应能安全地将机械手移动到待操作的物件处。（显示器、电气管线、接线盒、灯、通风管等）的限制。外围及辅助设施18系统设计中外围区域和辅助设施主要考虑下列因素。察时光的反射和透射良好。操作员观察操作区时的相对光强度和操作间的实时环境应适度平衡，以避免眩光。8.2似的图像降质效应而形成的光学裂纹和混浊现象。声的听力环境。7.1)。行适应性的设计修改，使其适用于市场可供货的专有夹钳和工具。（如吊车）限位开关等。（如上文所述以及热室附近非就地维修活动用的专用设施。设计考虑项目开始就应同时开展下列研究：远程操作装置；工艺设备设计；工艺设备维护要求；维护和干预方式。在热室和相关工艺设备的最终总体设计确定之前，应明确规定机械手的运行计划。干预计划，以纠正工艺设备、工件、远程操作装置、工具和辅助系统发生的任何部件故障。19附录A（规范性）远程操作装置运动系统一般要求首先，根据运动系统所需性能，应确定运动的数量和类型，以及它们之间的布置或排序。优选的坐标系见图A.1，它采用标准命名法，在三维空间内具有6个自由度。图A.