聚变堆用内窥机械臂的制作方法

本发明属于核聚变工程检测设备技术领域，特别是一种工作稳定可靠、效率高的聚变堆用内窥机械臂。

背景技术：

托卡马克是一种进行受控核聚实验研究的装置，其利用磁约束方法将高温等离子体聚集在的环形腔体中用以进行极端环境下的实验工作。由于核聚变过程会产生穿透性较强的高能中子，高能中子会破坏装置材料，造成托卡马克内部环形腔体所面对的一些零部件无法正常工作，因此在聚变反应堆停止工作时必须对反应装置中遭破坏的零部件进行定期维护。

托卡马克真空室结构如图1所示，包括环形腔和若干窗口，所述环形腔内部横向截面为圆形环状，竖向截面为一‘D’型结构。由于其内部环境极其恶劣：高辐射、高温、高真空，即使处于停机状态仍留有较高的电磁辐射和能量辐射，会对人体造成极大的伤害，工作人员不能直接对相关部件进行维护操作。所以对于核聚变装置的维护工作包括部件的检查、装配、拆卸、焊接、运输、去污、储存、修复等操作需要人和机器共同完成。而托卡马克真空室环境复杂，执行任务多样，以目前的技术尚不能实现机械臂的全自动工作，可行的方式是人通过远程操控的方式使机器完成工作任务。

现有多关节机械臂如中国发明专利申请“一种多关节仿生机械臂”(申请号：201510607815.0公开日：2015.09.23)所述，包括基座、肩关节、肘关节、腕关节以及关节副，其肩关节安装于基座内；肘关节通过关节副安装在肩关节端部；腕关节通过关节副布置于肘关节端部；关节副安装在腕关节末端，并由安装于腕关节内的转动电机和摆动电机驱动下实现转动与摆动；基座、肩关节、肘关节和腕关节串联成仿生机械臂。

现有技术存在的问题是：用于聚变堆的内窥机械臂自由度高，结构相对复杂，难于控制，且容易受环境影响，电机相对较多，工作效率偏低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种聚变堆用内窥机械臂，工作稳定可靠，效率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种聚变堆用内窥机械臂，包括半圆形水平导轨1，所述导轨1一端通过第一电机驱动机构21连接第一基座31，其另一端通过第二电机驱动机构22连接第二基座32，还包括设有摄像头5的小车4，所述小车4置于导轨1上，并可沿水平导轨1移动。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、工作稳定可靠：轨道式机械臂观察时更稳定，不易受到外界环境的影响；2、机

械臂各机构结构简单，操作方便，工作范围广；

3、工作效率高：采用更少的电动机，能更快地完成工作要求。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为所示为内窥机械臂的使用环境——聚变堆环形腔体的结构示意图。

图2为本发明聚变堆用内窥机械臂的三维结构示意图。

图3为图2中轨道的三维结构示意图。

图4为图2中小车的三维结构示意图。

图5为本发明聚变堆用内窥机械臂的驱动机构详解图。其中，图5a为伸缩臂驱动示意图，图5b为轨道伸缩驱动示意图，图5c为轨道旋转驱动示意图，图5d为基座伸缩驱动示意图，图5e为小车移动驱动示意图。

图6为本发明内窥机械臂导轨铺设过程图。

图中，导轨1，第一电机驱动机构21，第二电机驱动机构22，第一基座31，第二基座32，小车4，摄像头5，第二基座驱动机构321，

左导轨11，左大轨道111，左中轨道112，左小轨道113，

右导轨12，右大轨道121，右中轨道122，右小轨道123，第二中轨驱动机构124，第二小轨驱动机构125，

左车身41，右车身42，伸缩架43，伸缩杆44，伸缩架转动电机45，蜗轮蜗杆机构46，小车驱动机构47。

具体实施方式

如图2所示，本发明聚变堆用内窥机械臂，包括半圆形水平导轨1，所述导轨1一端通过第一电机驱动机构21连接第一基座31，其另一端通过第二电机驱动机构22连接第二基座32，还包括设有摄像头5的小车4，所述小车4置于导轨1上，并可沿水平导轨1移动。

如图3所示，

所述半圆形水平导轨1分为对称的左导轨11和右导轨12；

所述左导轨11包括依次套接的左大轨道111、左中轨道112和左小轨道113，所述左小轨道113可收缩于左中轨道112内，左中轨道112可收缩于左大轨道111内，所述左大轨道111的左端通过第一电机驱动机构21与第一基座31相连；

所述右导轨12包括依次套接右大轨道121、右中轨道122和右小轨道123，所述右小轨道123可收缩于右中轨道122内，右中轨道122可收缩于右大轨道121内，所述右大轨道121的右端通过第二电机驱动机构22与第二基座32相连；

所述左小轨道113的右端设有与右小轨道123的左端相匹配卡合的卡槽。

如图5所示，

所述左大轨道111内设有驱动左中轨道伸缩的第一中轨驱动机构114(图中未示出)，所述左中轨道112内设有驱动左小轨道伸缩的第一小轨驱动机构115(图中未示出)。

所述右大轨道121内设有驱动右中轨道伸缩的第二中轨驱动机构124，所述右中轨道122内设有驱动右小轨道伸缩的第二小轨驱动机构125。

如图4所示，

所述小车4包括可套装在导轨1上并沿导轨1移动的环装左、右车身41、42，还包括置于左、右车身41、42之间并可沿周向转动的伸缩架43，所述伸缩架43的外端设有可沿径向伸缩的伸缩杆44，所述伸缩杆44的末端与摄像头5固定连接。

所述伸缩架43与左、右车身41、42之间设有驱动伸缩架43周向转动的伸缩架转动电机45。

所述伸缩杆44通过蜗轮蜗杆机构46与伸缩架43相连。

本发明聚变堆用内窥机械臂的工作过程如下：

首先，作为一种实施方式，如图1、5所示，图1为聚变堆环形腔体的具体三维形状：窗口较小，且内部环境为圆环型。图5为利用本发明轨道的灵活性完成轨道的铺设：第一步，左小轨道113与左中轨道112都移动到左大轨道113内部，所述左大轨道113与第一基座31通过第一电机驱动机构21的转动保持一直线，并通过调节第一基座驱动机构311来调整轨道伸出长度，然后伸入窗口；第二步，左大轨道113伸入窗口后，通过第一电机驱动机构21调整与第一基座31的角度；第三步，将左中轨道112通过第一中轨驱动机构114移出约30°，然后将小轨道105通过第一小轨驱动机构115移出30°；第四步，将小车4放置在右大导轨121上，重复上述步骤，左小轨道113和右小轨道123通过相匹配卡合的卡槽相接。轨道铺设后固定不动，不会因腔体内部环境的变化而发生偏移，稳定性较高。

然后，如图4所示，小车4通过三级小车驱动机构47实现其在每一级轨道上的自由移动，所述小车4上安装一伸缩架43，所述伸缩架43通过周向转动的伸缩架转动电机45实现自由旋转，所述伸缩架13头部安装伸缩杆44，所述伸缩杆44通过蜗轮蜗杆机构46前后移动，所述伸缩杆44头部安装摄像头5，通过小车4、伸缩架43和伸缩杆44的共同作用，摄像头5可以完成360°全方位的观察。由于观测过程中只需控制小车的移动和转向，所以操作与多关节机械臂相比更为方便，工作效率更高。