ISO 17874-1:2010
(Main)Remote handling devices for radioactive materials — Part 1: General requirements
Remote handling devices for radioactive materials — Part 1: General requirements
ISO 17874-1:2010 describes requirements concerning devices for remote handling of radioactive materials. The classification of these devices (categories and different designs within a category) and the distribution in the different parts are also given.
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 1: Exigences générales
L'ISO 17874-1:2010 décrit les exigences concernant les dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs. La classification de ces dispositifs (catégorisation et répartition des différents types de conception dans une même catégorie) et les parties dans lesquelles ils sont traités sont également indiquées.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17874-1
Second edition
2010-01-15
Remote handling devices for radioactive
materials —
Part 1:
General requirements
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs —
Partie 1: Exigences générales
Reference number
ISO 17874-1:2010(E)
©
ISO 2010
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ISO 17874-1:2010(E)
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Published in Switzerland
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ISO 17874-1:2010(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Terms and definitions .2
4 Application of multipurpose remote handling devices .3
4.1 General .3
4.2 Mechanical master-slave manipulators .3
4.3 Electrical master-slave manipulators.3
4.4 Power manipulators .4
4.5 Remote handling tongs.4
5 Kinematic systems for multipurpose remote handling devices.4
6 General requirements concerning the different categories of multipurpose remote
handling devices .5
6.1 Mechanical master-slave manipulators .5
6.2 Electrical master-slave manipulators.8
6.3 Power manipulators .10
6.4 Remote handling tongs.11
7 Principal criteria for the selection of multipurpose remote handling devices.16
7.1 General .16
7.2 Load capacities of remote handling devices.17
7.3 Dexterity of remote handling devices .18
7.4 Reliability of remote handling devices.19
8 Other criteria .19
8.1 General .19
8.2 Working zone .20
8.3 Peripheral and auxiliary provisions.20
9 Design summary.21
Annex A (normative) Kinematic systems for remote handling devices.22
Bibliography.26
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ISO 17874-1:2010(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 17874-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, Subcommittee SC 2,
Radiation protection.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 17874-1:2004), which has been technically
revised.
ISO 17874 consists of the following parts, under the general title Remote handling devices for radioactive
materials:
⎯ Part 1: General requirements
⎯ Part 2: Mechanical master-slave manipulators
⎯ Part 3: Electrical master-slave manipulators
⎯ Part 4: Power manipulators
⎯ Part 5: Remote handling tongs
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ISO 17874-1:2010(E)
Introduction
This part of ISO 17874 deals mainly with multipurpose remote handling devices for nuclear applications.
These devices replace hands and arms in areas inaccessible to personnel (mostly behind shielding walls).
There are special remote handling devices designed for narrow fields of application or for special purposes
only, but these are beyond the scope of this part of ISO 17874.
Multipurpose remote handling devices have five to ten, or even more, possibilities of movement in order to
cope with the planned range of tasks.
Four categories of such remote handling devices are used worldwide for the handling of radioactive materials.
These categories are the following:
⎯ mechanical master-slave manipulators;
⎯ electrical master-slave manipulators;
⎯ power manipulators;
⎯ remote handling tongs.
Various special designs, hydraulic or pneumatic machines, prototypes, experimental devices and obsolete
types cannot be assigned to any category or do not correspond to all requirements of this part of ISO 17874.
These devices are not covered by this part of ISO 17874.
The main applications of the different categories are explained in Clause 4.
Remote handling devices were originally developed for hot cells designed for research and development in
nuclear power reactor fuel elements. They are now also in widespread use in other nuclear installations, such
as plants for fabrication or reprocessing of fuel elements, waste treatment stations and decommissioning of
nuclear facilities.
Remote handling devices are sometimes used for non-nuclear applications. This part of ISO 17874 does not
address the special requirements of any of these fields, although designers can take advantage of
standardized components from the nuclear sector to achieve cost-effective designs for other purposes, where
appropriate.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17874-1:2010(E)
Remote handling devices for radioactive materials —
Part 1:
General requirements
1 Scope
This part of ISO 17874 describes requirements concerning devices for remote handling of radioactive
materials. The classification of these devices (categories and different designs within a category) and the
distribution in the different parts are shown in Figure 1.
Figure 1 — Categories of remote handling devices and location in all parts of ISO 17874
Concerning the working volume, two principal designs are to be considered.
a) Fixed remote handling devices:
these devices are fitted in the shielding wall or sometimes in the ceiling of hot cells and accordingly can
function only in a rather limited volume. Such devices are mechanical master-slave manipulators and
remote handling tongs.
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ISO 17874-1:2010(E)
b) Mobile remote handling devices:
these devices are fitted on a transporter (e.g. a moveable bridge or a vehicle on the ground). The working
volume depends mainly on the possible motion of the transporter. Such devices are electrical master-
slave manipulators and power manipulators.
NOTE This part of ISO 17874 is intended to provide assistance to designers of nuclear process plants, as well as
manufacturers, users and licensing authorities.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7212, Enclosures for protection against ionizing radiation — Lead shielding units for 50 mm and 100 mm
thick walls
ISO 9404-1, Enclosures for protection against ionizing radiation — Lead shielding units for 150 mm, 200 mm
and 250 mm thick walls — Part 1: Chevron units of 150 mm and 200 mm thickness
ISO 11933-1, Components for containment enclosures — Part 1: Glove/bag ports, bungs for glove/bag ports,
enclosure rings and interchangeable units
ISO 11933-2, Components for containment enclosures — Part 2: Gloves, welded bags, gaiters for
remote-handling tongs and for manipulators
ISO 17874-2, Remote-handling devices for radioactive materials — Part 2: Mechanical master-slave
manipulators
ISO 17874-3, Remote handling devices for radioactive materials — Part 3: Electrical master-slave
manipulators
ISO 17874-4, Remote handling devices for radioactive materials — Part 4: Power manipulators
ISO 17874-5, Remote handling devices for radioactive materials — Part 5: Remote handling tongs
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
mechanical master-slave manipulator
manipulator reproducing the movements of the hand and arm of the operator by means of isokinematic master
and slave arms with back-drivable mechanical transmissions
NOTE The manipulator is generally mounted on a shielding wall.
3.2
electrical master-slave manipulator
manipulator reproducing the movements of the hand and arm of the operator by means of isokinematic master
and slave arms with bilateral electrical position control (force reflection)
NOTE 1 The word “bilateral” refers to the property of the system to be indifferently moved by acting on the master arm
or on the slave arm.
NOTE 2 The slave arm is generally mounted on a transporter (mobile).
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ISO 17874-1:2010(E)
3.3
power manipulator
manipulator driven by switch-operated motors
3.4
remote handling tongs
mechanical device consisting of a gripper, a handle and a rod between them
NOTE Remote handling tongs are either installed in a shielding wall by using a mounting device or hung on a
carrying system for use in a water pool or carried by an operator.
3.5
isokinematic
property of a manipulator, where from base to free end, master arm and slave arm, presents the same type of
motion (rotation or translation) in the same order and with the same relative orientations
4 Application of multipurpose remote handling devices
4.1 General
The different categories of remote handling devices are used for various applications, as described in this
clause.
4.2 Mechanical master-slave manipulators
4.2.1 Mechanical master-slave manipulators with telescopic arms
These manipulators allow the transmission of forces up to the maximum magnitude required for the tasks to
be achieved manually by an unaided operator. Depending on the type of manipulator, maximum load
capacities up to 45 kg can be reached (see 7.2). They are suitable for complicated tasks and are usually
installed in pairs on a working station. They are designed for hot cells of all sizes with shielding walls of
concrete or also of lead in some cases. They constitute the main working devices in such kinds of cells.
Different lengths of arms are available according to the size of the hot cell to be equipped. However, versions
with short arms provide higher forces and, reversely, versions with long arms reduce the forces to be applied.
There also exist compact manipulators with a double telescope in the slave arm, available for hot cells with
restricted height.
4.2.2 Mechanical master-slave manipulators with articulated arms
These manipulators allow not only the execution of forces equivalent to those an unaided operator can
achieve, but also forces up to a much higher level. Depending on the type of manipulator, maximum load
capacities up to 100 kg can be reached (see 7.2). They are suitable for complicated tasks, and are usually
installed in pairs on a working station. They are designed for hot cells of all sizes with shielding walls typically
of lead or also of cast iron in some cases. They are also used in containment enclosures. They have small
dimensions and therefore provide a relatively small working volume. They are used instead of remote handling
tongs as described in 4.5, if a larger working volume and/or more dexterity are needed.
4.3 Electrical master-slave manipulators
These manipulators allow not only the execution of forces equivalent to those an unaided operator can
achieve, but also (depending on the type) forces up to a much higher level. They are suitable for complicated
tasks, and often they are installed in pairs. They allow the performance of complicated work throughout the
whole volume of large hot cells and not only near the operation walls, by means of the mobility of the slave
arm. As a result of their load capacities they can be used also in place of light and medium load capacity
power manipulators. They can be used, not only inside facilities, but also on vehicles (also in the open air).
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ISO 17874-1:2010(E)
4.4 Power manipulators
These manipulators allow the execution of high forces and therefore the handling of heavy objects, typifying
their application. According to the load capacity of their hoist, they can also be used like a crane of light load
capacity. They are not suitable for complicated tasks. They are used in medium-sized or large hot cells.
Normally, they have large dimensions and are used to assist mechanical master-slave manipulators. They are
used for tasks to be performed in areas that cannot be reached by mechanical master-slave manipulators and
for transportation of objects over significant distances. They can also be used on vehicles (also in the open
air).
4.5 Remote handling tongs
4.5.1 Remote handling tongs, used horizontally
These devices allow the transmission of forces of a low level, which any operator working unaided would
consider small. They can be used only if a moderate level of dexterity and a small working volume are
required. In the horizontal mode of use, remote handling tongs are mostly installed in pairs. They are typically
used in hot cells with shielding walls made of lead. The installation on the shielding wall is realized using
standardized ball mountings called sphere units (see ISO 7212 and ISO 9404-1).
NOTE These remote handling tongs can also be used without any mounting and shielding. In this case, protection is
achieved by the operator maintaining an appropriate distance from the radioactive sources.
4.5.2 Remote handling tongs, used vertically
These devices allow the transmission of forces up to a high level (depending on the type), close to the
maximum magnitude that an operator would employ in unaided manual activity. They can be used if dexterity
only up to a moderate level is required. In this mode of use, remote handling tongs are typically installed
above water pools. They can be handled manually by the operator or fixed in a carrying system, which would
typically have three positioning motions.
NOTE To facilitate understanding in this part of ISO 17874, only the four common categories of remote handling
devices listed above and their usual applications are considered. This does not exclude the development of equipment
with more specialist features.
5 Kinematic systems for multipurpose remote handling devices
A multipurpose remote handling device shall have several possibilities of movement (termed motions) so as to
be able to achieve a great variety of remotely handling tasks. The motions are executed mechanically either
by the hands and arms of the operator or by electric motors.
A fully articulate remote handling device, which should in principle not be limited concerning its motions, shall
have at least seven independent motions. It shall be able to execute three independent translation movements
(and forces) on an object in the directions of the three coordinate axes throughout the working volume. It shall
also be able to execute three independent rotation movements (and torques) on an object around the three
coordinate axes without any special prior adjustment, again throughout the working volume. The seventh
motion corresponds to the gripping movement.
NOTE Specific aspects of kinematic systems for handling are described in Annex A.
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ISO 17874-1:2010(E)
6 General requirements concerning the different categories of multipurpose remote
handling devices
6.1 Mechanical master-slave manipulators
A mechanical master-slave manipulator shall consist of three main components: a master arm and a slave
arm connected by a connection tube incorporating mechanical transmission elements (see Figures 2 and 4).
The master arm and the slave arm shall have the same number, geometry and arrangement of motions. The
connection shall be made in such a manner that the motions, forces and torques respectively executed by the
hand of the operator on the handle of the master arm are transmitted faithfully to the slave arm.
The manipulator shall have seven motions: three positioning motions, three orientation motions and one
gripping motion, corresponding to the requirements of Clause 5. The manipulator shall ensure force reflection
between the slave arm and the master arm. The transmission elements shall communicate motions, forces
and torques reversibly. The connection tube can be unsealed for β-γ-hot cells or sealed for α-γ-hot cells. The
jaws of the tong and/or the complete tong shall be exchangeable remotely.
The slave arm can be equipped with a gaiter (American: booting). Gaiters are already standardized in
ISO 11933-2. Concerning mechanical master-slave manipulators, two different designs shall be distinguished:
master-slave manipulators with telescopic arms and master-slave manipulators with articulated arms. Both
constructions are typically installed in shielding walls (see Figures 2 and 4).
Mechanical master-slave manipulators shall conform to ISO 17874-2.
NOTE For task observation during work carried out inside a hot cell, shielding windows are used and viewing
geometry constraints can be considered in the overall design.
6.1.1 Mechanical master-slave manipulators with telescopic arms
The kinematics of mechanical master-slave manipulators with telescopic arms shall correspond to Figure 3.
Depending on the type of manipulator, the load capacities range from 4,5 kg to 45 kg.
Key
1 through-wall tube
2 connection tube
3 counterweights
4 master arm
5 handle
6 loudspeaker
7 operating room
8 shielding window
9 shielding wall
10 sound signal transmission cable
11 microphone
12 tong with parallel jaws
13 hot cell
14 slave arm
Figure 2 — Mechanical master-slave manipulator with telescopic arms
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The positioning motions for the x and y directions of the slave arm should be adjustable relative to the master
arm by electrically actuated indexing to enlarge the working volume and minimize operator strain. Extended
reach versions feature a double telescope in the slave arm with an additional electrically actuated positioning
motion in the z direction.
In some types, the slave arm can be disconnected and removed remotely.
For hot cells with restricted height (and/or with a small working volume), compact types are required, with a
manually operated double telescope in the slave arm.
In addition to visual feedback, transmission of sound from the hot cell into the operating room can be helpful.
Figure 3 — Mechanical master-slave manipulators with telescopic arms (kinematic diagram)
6.1.2 Mechanical master-slave manipulators with articulated arms
The kinematics of mechanical master-slave manipulators with articulated arms shall correspond to Figure 5.
Depending on the type of manipulator, the load capacities range from 2,3 kg to 12 kg.
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ISO 17874-1:2010(E)
Key
1 through-wall tube 6 handle 11 tong with parallel jaws
2 counterweights 7 shielding window 12 slave arm
3 upper arm 8 connection tube 13 hot cell
4 forearm 9 shielding wall 14 operating room
5 master arm 10 overhang
Figure 4 — Mechanical master-slave manipulator with articulated arms
The master arm may have the same length as the slave arm or may be shorter than the slave arm.
A lever at the handle may be provided to lock the gripping motion. Brakes may be provided to lock the
positioning and orientation motions.
Electrically actuated indexing of the inclination of the upper arm of the slave arm may also be provided by a
switch-operated electric motor, to minimize operator strain. The overhang of the slave arm in the hot cell can
be varied in some types to increase the reach by moving the whole manipulator along the axis of the
through-wall tube.
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ISO 17874-1:2010(E)
Figure 5 — Mechanical master-slave manipulator with articulated arms (kinematic diagram)
6.2 Electrical master-slave manipulators
An electrical master-slave manipulator shall consist of a master arm and a slave arm connected by an
electrical system, including electric motors and a control computer (see Figure 6).
Key
1 hot cell 8 shielding wall
2 transporter for slave arm 9 sound signal transmission cable
3 microphone 10 operating room
4 TV camera 11 master arm
5 slave arm 12 loudspeaker
6 transmission cables for manipulator and transporter 13 control cabinet for manipulator and transporter
7 shielding window 14 TV monitor
Figure 6 — Electrical master-slave manipulator
The motions of the operator's hand on the handle of the master arm shall be transmitted to the slave arm. The
electrical system shall feature feedback of the load as force reflection felt by the operator at the master arm
and this shall be reversible. Depending on the type of manipulator, the load capacities range from 10 kg
to 100 kg.
8 © ISO 2010 – All rights reserved
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ISO 17874-1:2010(E)
The forces executed on the master arm can be amplified on the slave arm. In order to achieve a wide range of
positions inside the working volume, the slave arm is generally installed on a transporter. The operating room
can be located at some distance from the hot cell.
Like mechanical master-slave manipulators, electrical master-slave manipulators shall each have seven
motions accommodated by the master arm and the slave arm, corresponding to the requirements of Clause 5.
The master arm and the slave arm shall be connected by bilateral position controls.
The kinematics of the electrical master-slave manipulators shall correspond to Figure 7. The difference
between versions A and B is the exchange of the motions z and X . The transporter typically has four
α β
additional electrically switch-operated motions, (x, y, z and γ).
The parallel jaws of the tong or the complete tong shall be exchangeable remotely.
The gripping motion shall be capable of being locked by a switch at the handle. The positioning and
orientation motions shall be able to be locked by brakes. A pair of slave arms is often installed on each
transporter, in order to increase the dexterity.
In addition to visual and tactile feedback, there should be a system for transmitting sounds from the hot cell to
the operating room.
Electrical master-slave manipulators shall conform to ISO 17874-3.
a b
Figure 7 — Electrical master-slave manipulator (kinematic diagram)
NOTE 1 The motions of the transporter are only used for positioning the slave arm.
NOTE 2 For task observation during work carried out inside the hot cell, TV cameras or in some cases shielding
windows are generally used.
© ISO 2010 – All rights reserved 9
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ISO 17874-1:2010(E)
6.3 Power manipulators
A power manipulator consists of a mechanical arm combined with a transporter. The manipulator is driven by
electric motors and operated by switches or potentiometers and speed control. Different designs of operating
devices are in use: press buttons, single switches for one motion each, joysticks for two to four motions and in
a few cases one device for six motions. In contrast to the electrical master-slave manipulators, power
manipulators have no master arm to transmit force reflection.
For hot cell applications, the operating console and the control cabinet are located in an operating room
(Figure 8). A transmission cable passing through the shielding wall connects the power manipulator in the hot
cell and the control console.
The mechanical arm, including the transporter, typically has seven to ten motions for designs appropriate to
hot cells (see Figures 9 and 10).
Key
1 hot cell 7 operating room
2 transporter 8 transmission cable
3 shielding window 9 shielding wall
4 microphone 10 loudspeaker
5 mechanical arm 11 control cabinet
6 sound signal transmission cable 12 operating console
Figure 8 — Power manipulator (designed for hot cells)
10 © ISO 2010 – All rights reserved
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ISO 17874-1:2010(E)
Figure 9 — Power manipulator with preferred Figure 10 — Power manipulator with additional
design (kinematic diagram) motions (kinematic diagram)
The preferred design (see Figure 9) with eight motions (the arm supporting five motions and the bridge
transporter three) is available in a number of types. The most common design of the t
...
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 17874-1
ISO/TC 85/SC 2
Remote handling devices for radioactive
Secretariat: AFNOR
materials —
Voting begins on:
2009-10-07
Part 1:
General requirements
Voting terminates on:
2009-12-07
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs —
Partie 1: Exigences générales
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPORT-
ING DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO-
ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN-
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
ISO 2009
NATIONAL REGULATIONS.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
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Violators may be prosecuted.
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Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.2
3 Terms and definitions .2
4 Application of multipurpose remote handling devices .3
4.1 General .3
4.2 Mechanical master-slave manipulators .3
4.3 Electrical master-slave manipulators.3
4.4 Power manipulators .3
4.5 Remote handling tongs.4
5 Kinematic systems for multipurpose remote handling devices.4
6 General requirements concerning the different categories of multipurpose remote
handling devices .4
6.1 Mechanical master-slave manipulators .4
6.2 Electrical master-slave manipulators.7
6.3 Power manipulators .9
6.4 Remote handling tongs.10
7 Principal criteria for the selection of multipurpose remote handling devices.15
7.1 General .15
7.2 Load capacities of remote handling devices.15
7.3 Dexterity of remote handling devices .16
7.4 Reliability of remote handling devices.17
8 Other criteria .18
8.1 General .18
8.2 Working zone .18
8.3 Peripheral and auxiliary provisions.19
9 Design summary.20
Annex A (normative) Kinematic systems for remote handling devices.21
Bibliography.25
© ISO 2009 – All rights reserved iii
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The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
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Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 17874-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, Subcommittee SC 2,
Radiation protection.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 17874-1:2004), which has been technically
revised.
ISO 17874 consists of the following parts, under the general title Remote handling devices for radioactive
materials:
⎯ Part 1: General requirements
⎯ Part 2: Mechanical master-slave manipulators
⎯ Part 3: Electrical master-slave manipulators
⎯ Part 4: Power manipulators
⎯ Part 5: Remote handling tongs
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
Introduction
This part of ISO 17874 deals mainly with multipurpose remote handling devices for nuclear applications.
These devices replace hands and arms in areas inaccessible to personnel (mostly behind shielding walls).
There are special remote handling devices designed for narrow fields of application or for special purposes
only, but these are beyond the scope of this part of ISO 17874.
Multipurpose remote handling devices have five to ten, or even more, possibilities of movement in order to
cope with the planned range of tasks.
Four categories of such remote handling devices are used worldwide for the handling of radioactive materials.
These categories are the following:
⎯ mechanical master-slave manipulators;
⎯ electrical master-slave manipulators;
⎯ power manipulators;
⎯ remote handling tongs.
Various special designs, hydraulic or pneumatic machines, prototypes, experimental devices and obsolete
types cannot be assigned to any category or do not correspond to all requirements of this part of ISO 17874.
These devices are not covered by this part of ISO 17874.
The main applications of the different categories are explained in Clause 4.
Remote handling devices were originally developed for hot cells designed for research and development in
nuclear power reactor fuel elements. They are now also in widespread use in other nuclear installations, such
as plants for fabrication or reprocessing of fuel elements, waste treatment stations and decommissioning of
nuclear facilities.
Remote handling devices are sometimes used for non-nuclear applications. This part of ISO 17874 does not
address the special requirements of any of these fields, although designers can take advantage of
standardized components from the nuclear sector to achieve cost-effective designs for other purposes, where
appropriate.
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FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
Remote handling devices for radioactive materials —
Part 1:
General requirements
1 Scope
This part of ISO 17874 describes requirements concerning devices for remote handling of radioactive
materials. The classification of these devices (categories and different designs within a category) and the
distribution in the different parts are shown in Figure 1.
Figure 1 — Categories of remote handling devices and location in all parts of ISO 17874
Concerning the working volume, two principal designs are to be considered.
a) Fixed remote handling devices:
these devices are fitted in the shielding wall or sometimes in the ceiling of hot cells and accordingly can
function only in a rather limited volume. Such devices are mechanical master-slave manipulators and
remote handling tongs.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
b) Mobile remote handling devices:
these devices are fitted on a transporter (e.g. a moveable bridge or a vehicle on the ground). The working
volume depends mainly on the possible motion of the transporter. Such devices are electrical master-
slave manipulators and power manipulators.
NOTE This part of ISO 17874 is intended to provide assistance to designers of nuclear process plants, as well as
manufacturers, users and licensing authorities.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7212, Enclosures for protection against ionizing radiation — Lead shielding units for 50 mm and 100 mm
thick walls
ISO 9404-1, Enclosures for protection against ionizing radiation — Lead shielding units for 150 mm, 200 mm
and 250 mm thick walls — Part 1: Chevron units of 150 mm and 200 mm thickness
ISO 11933-1, Components for containment enclosures — Part 1: Glove/bag ports, bungs for glove/bag ports,
enclosure rings and interchangeable units
ISO 11933-2, Components for containment enclosures — Part 2: Gloves, welded bags, gaiters for
remote-handling tongs and for manipulators
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
mechanical master-slave manipulator
manipulator reproducing the movements of the hand and arm of the operator by means of isokinematic master
and slave arms with back-drivable mechanical transmissions
NOTE The manipulator is generally mounted on a shielding wall.
3.2
electrical master-slave manipulator
manipulator reproducing the movements of the hand and arm of the operator by means of isokinematic master
and slave arms with bilateral electrical position control (force reflection)
NOTE 1 The word “bilateral” refers to the property of the system to be indifferently moved by acting on the master arm
or on the slave arm.
NOTE 2 The slave arm is generally mounted on a transporter (mobile).
3.3
power manipulator
manipulator driven by switch-operated motors
3.4
remote handling tongs
mechanical device consisting of a gripper, a handle and a rod between them
NOTE Remote handling tongs are either installed in a shielding wall by using a mounting device or hung on a
carrying system for use in a water pool or carried by an operator.
2 © ISO 2009 – All rights reserved
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
3.5
isokinematic
property of a manipulator, where from base to free end, master arm and slave arm, presents the same type of
motion (rotation or translation) in the same order and with the same relative orientations
4 Application of multipurpose remote handling devices
4.1 General
The different categories of remote handling devices are used for various applications, as described in this
clause.
4.2 Mechanical master-slave manipulators
4.2.1 Mechanical master-slave manipulators with telescopic arms
These manipulators allow the transmission of forces up to the maximum magnitude required for the tasks to
be achieved manually by an unaided operator. Depending on the type of manipulator, maximum load
capacities up to 45 kg can be reached (see 7.2). They are suitable for complicated tasks and are usually
installed in pairs on a working station. They are designed for hot cells of all sizes with shielding walls of
concrete or also of lead in some cases. They constitute the main working devices in such kinds of cells.
Different lengths of arms are available according to the size of the hot cell to be equipped. However, versions
with short arms provide higher forces and, reversely, versions with long arms reduce the forces to be applied.
There also exist compact manipulators with a double telescope in the slave arm, available for hot cells with
restricted height.
4.2.2 Mechanical master-slave manipulators with articulated arms
These manipulators allow not only the execution of forces equivalent to those an unaided operator can
achieve, but also forces up to a much higher level. Depending on the type of manipulator, maximum load
capacities up to 100 kg can be reached (see 7.2). They are suitable for complicated tasks, and are usually
installed in pairs on a working station. They are designed for hot cells of all sizes with shielding walls typically
of lead or also of cast iron in some cases. They are also used in containment enclosures. They have small
dimensions and therefore provide a relatively small working volume. They are used instead of remote handling
tongs as described in 4.5, if a larger working volume and/or more dexterity are needed.
4.3 Electrical master-slave manipulators
These manipulators allow not only the execution of forces equivalent to those an unaided operator can
achieve, but also (depending on the type) forces up to a much higher level. They are suitable for complicated
tasks, and often they are installed in pairs. They allow the performance of complicated work throughout the
whole volume of large hot cells and not only near the operation walls, by means of the mobility of the slave
arm. As a result of their load capacities they can be used also in place of light and medium load capacity
power manipulators. They can be used, not only inside facilities, but also on vehicles (also in the open air).
4.4 Power manipulators
These manipulators allow the execution of high forces and therefore the handling of heavy objects, typifying
their application. According to the load capacity of their hoist, they can also be used like a crane of light load
capacity. They are not suitable for complicated tasks. They are used in medium-sized or large hot cells.
Normally, they have large dimensions and are used to assist mechanical master-slave manipulators. They are
used for tasks to be performed in areas that cannot be reached by mechanical master-slave manipulators and
for transportation of objects over significant distances. They can also be used on vehicles (also in the open
air).
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
4.5 Remote handling tongs
4.5.1 Remote handling tongs, used horizontally
These devices allow the transmission of forces of a low level, which any operator working unaided would
consider small. They can be used only if a moderate level of dexterity and a small working volume are
required. In the horizontal mode of use, remote handling tongs are mostly installed in pairs. They are typically
used in hot cells with shielding walls made of lead. The installation on the shielding wall is realized using
standardized ball mountings called sphere units (see ISO 7212 and ISO 9404-1).
NOTE These remote handling tongs can also be used without any mounting and shielding. In this case, protection is
achieved by the operator maintaining an appropriate distance from the radioactive sources.
4.5.2 Remote handling tongs, used vertically
These devices allow the transmission of forces up to a high level (depending on the type), close to the
maximum magnitude that an operator would employ in unaided manual activity. They can be used if dexterity
only up to a moderate level is required. In this mode of use, remote handling tongs are typically installed
above water pools. They can be handled manually by the operator or fixed in a carrying system, which would
typically have three positioning motions.
NOTE To facilitate understanding in this part of ISO 17874, only the four common categories of remote handling
devices listed above and their usual applications are considered. This does not exclude the development of equipment
with more specialist features.
5 Kinematic systems for multipurpose remote handling devices
A multipurpose remote handling device shall have several possibilities of movement (termed motions) so as to
be able to achieve a great variety of remotely handling tasks. The motions are executed mechanically either
by the hands and arms of the operator or by electric motors.
A fully articulate remote handling device, which should in principle not be limited concerning its motions, shall
have at least seven independent motions. It shall be able to execute three independent translation movements
(and forces) on an object in the directions of the three coordinate axes throughout the working volume. It shall
also be able to execute three independent rotation movements (and torques) on an object around the three
coordinate axes without any special prior adjustment, again throughout the working volume. The seventh
motion corresponds to the gripping movement.
NOTE Specific aspects of kinematic systems for handling are described in Annex A.
6 General requirements concerning the different categories of multipurpose remote
handling devices
6.1 Mechanical master-slave manipulators
A mechanical master-slave manipulator shall consist of three main components: a master arm and a slave
arm connected by a connection tube incorporating mechanical transmission elements (see Figures 2 and 4).
The master arm and the slave arm shall have the same number, geometry and arrangement of motions. The
connection shall be made in such a manner that the motions, forces and torques respectively executed by the
hand of the operator on the handle of the master arm are transmitted faithfully to the slave arm.
The manipulator shall have seven motions: three positioning motions, three orientation motions and one
gripping motion, corresponding to the requirements of Clause 5. The manipulator shall ensure force reflection
between the slave arm and the master arm. The transmission elements shall communicate motions, forces
and torques reversibly. The connection tube can be unsealed for β-γ-hot cells or sealed for α-γ-hot cells. The
jaws of the tong and/or the complete tong shall be exchangeable remotely.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
The slave arm can be equipped with a gaiter (American: booting). Gaiters are already standardized in
ISO 11933-2. Concerning mechanical master-slave manipulators, two different designs shall be distinguished:
master-slave manipulators with telescopic arms and master-slave manipulators with articulated arms. Both
constructions are typically installed in shielding walls (see Figures 2 and 4). (For further details on mechanical
master-slave manipulators, see ISO 17874-2.)
NOTE For task observation during work carried out inside a hot cell, shielding windows are used and viewing
geometry constraints can be considered in the overall design.
6.1.1 Mechanical master-slave manipulators with telescopic arms
The kinematics of mechanical master-slave manipulators with telescopic arms shall correspond to Figure 3.
Depending on the type of manipulator, the load capacities range from 4,5 kg to 45 kg.
Key
1 through-wall tube 8 shielding window
2 connection tube 9 shielding wall
3 counterweights 10 sound signal transmission cable
4 master arm 11 microphone
5 handle 12 tong with parallel jaws
6 loudspeaker 13 hot cell
7 operating room 14 slave arm
Figure 2 — Mechanical master-slave manipulator with telescopic arms
The positioning motions for the x and y directions of the slave arm should be adjustable relative to the master
arm by electrically actuated indexing to enlarge the working volume and minimize operator strain. Extended
reach versions feature a double telescope in the slave arm with an additional electrically actuated positioning
motion in the z direction.
In some types, the slave arm can be disconnected and removed remotely.
For hot cells with restricted height (and/or with a small working volume), compact types are required, with a
manually operated double telescope in the slave arm.
In addition to visual feedback, transmission of sound from the hot cell into the operating room can be helpful.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
Figure 3 — Mechanical master-slave manipulators with telescopic arms (kinematic diagram)
6.1.2 Mechanical master-slave manipulators with articulated arms
The kinematics of mechanical master-slave manipulators with articulated arms shall correspond to Figure 5.
Depending on the type of manipulator, the load capacities range from 2,3 kg to 12 kg.
Key
1 through-wall tube 6 handle 11 tong with parallel jaws
2 counterweights 7 shielding window 12 slave arm
3 upper arm 8 connection tube 13 hot cell
4 forearm 9 shielding wall 14 operating room
5 master arm 10 overhang
Figure 4 — Mechanical master-slave manipulator with articulated arms
The master arm may have the same length as the slave arm or may be shorter than the slave arm.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
A lever at the handle may be provided to lock the gripping motion. Brakes may be provided to lock the
positioning and orientation motions.
Electrically actuated indexing of the inclination of the upper arm of the slave arm may also be provided by a
switch-operated electric motor, to minimize operator strain. The overhang of the slave arm in the hot cell can
be varied in some types to increase the reach by moving the whole manipulator along the axis of the
through-wall tube.
Figure 5 — Mechanical master-slave manipulator with articulated arms (kinematic diagram)
6.2 Electrical master-slave manipulators
An electrical master-slave manipulator shall consist of a master arm and a slave arm connected by an
electrical system, including electric motors and a control computer (see Figure 6).
Key
1 hot cell 8 shielding wall
2 transporter for slave arm 9 sound signal transmission cable
3 microphone 10 operating room
4 TV camera 11 master arm
5 slave arm 12 loudspeaker
6 transmission cables for manipulator and transporter 13 control cabinet for manipulator and transporter
7 shielding window 14 TV monitor
Figure 6 — Electrical master-slave manipulator
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
The motions of the operator's hand on the handle of the master arm shall be transmitted to the slave arm. The
electrical system shall feature feedback of the load as force reflection felt by the operator at the master arm
and this shall be reversible. Depending on the type of manipulator, the load capacities range from 10 kg
to 100 kg.
The forces executed on the master arm can be amplified on the slave arm. In order to achieve a wide range of
positions inside the working volume, the slave arm is generally installed on a transporter. The operating room
can be located at some distance from the hot cell.
Like mechanical master-slave manipulators, electrical master-slave manipulators shall each have seven
motions accommodated by the master arm and the slave arm, corresponding to the requirements of Clause 5.
The master arm and the slave arm shall be connected by bilateral position controls.
The kinematics of the electrical master-slave manipulators shall correspond to Figure 7. The difference
between versions A and B is the exchange of the motions z and X . The transporter typically has four
α β
additional electrically switch-operated motions, (x, y, z and γ).
The parallel jaws of the tong or the complete tong shall be exchangeable remotely.
The gripping motion shall be capable of being locked by a switch at the handle. The positioning and
orientation motions shall be able to be locked by brakes. A pair of slave arms is often installed on each
transporter, in order to increase the dexterity.
In addition to visual and tactile feedback, there should be a system for transmitting sounds from the hot cell to
the operating room. (For further details on electrical manipulators, see ISO 17874-3.)
a b
Figure 7 — Electrical master-slave manipulator (kinematic diagram)
NOTE 1 The motions of the transporter are only used for positioning the slave arm.
NOTE 2 For task observation during work carried out inside the hot cell, TV cameras or in some cases shielding
windows are generally used.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(E)
6.3 Power manipulators
A power manipulator consists of a mechanical arm combined with a transporter. The manipulator is driven by
electric motors and operated by switches or potentiometers and speed control. Different designs of operating
devices are in use: press buttons, single switches for one motion each, joysticks for two to four motions and in
a few cases one device for six motions. In contrast to the electrical master-slave manipulators, power
manipulators have no master arm to transmit force reflection.
For hot cell applications, the operating console and the control cabinet are located in an operating room
(Figure 8). A transmission cable passing through the shielding wall connects the power manipulator in the hot
cell and the control console.
The mechanical arm, including the transporter, typically has seven to ten motions for designs appropriate to
hot cells (see Figures 9 and 10).
Key
1 hot cell 7 operating room
2 transporter 8 transmission cable
3 shielding window 9 shielding wall
4 microphone 10 loudspeaker
5 mechanical arm 11 control cabinet
6 sound signal transmission cable 12 operating console
Figure 8 — Power manipulator (designed for hot cells)
© ISO 2009 – All rights reserved 9
-----------------
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17874-1
Deuxième édition
2010-01-15
Dispositifs de manipulation à distance
pour matériaux radioactifs —
Partie 1:
Exigences générales
Remote handling devices for radioactive materials —
Part 1: General requirements
Numéro de référence
ISO 17874-1:2010(F)
©
ISO 2010
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ISO 17874-1:2010(F)
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E-mail copyright@iso.org
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Publié en Suisse
ii © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 17874-1:2010(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Termes et définitions .3
4 Application des différents dispositifs de manipulation à distance polyvalents.3
4.1 Généralités .3
4.2 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques.3
4.3 Télémanipulateurs maître-esclave électriques .4
4.4 Télémanipulateurs télécommandés .4
4.5 Pinces pour manipulation à distance.4
5 Systèmes cinématiques pour les différents dispositifs de manipulation à distance .5
6 Exigences générales concernant les différentes catégories de dispositifs de manipulation
à distance .5
6.1 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques.5
6.2 Télémanipulateurs maître-esclave électriques .8
6.3 Télémanipulateurs télécommandés .10
6.4 Pinces pour manipulation à distance.11
7 Critères principaux pour le choix des dispositifs de manipulation à distance polyvalents .17
7.1 Généralités .17
7.2 Capacités en charge des dispositifs de manipulation à distance.17
7.3 Dextérité des dispositifs de manipulation à distance .18
7.4 Fiabilité des dispositifs de manipulation à distance .19
8 Autres critères .20
8.1 Généralités .20
8.2 Zone de travail .20
8.3 Dispositions périphériques et auxiliaires .21
9 Résumé de la conception .22
Annexe A (normative) Systèmes cinématiques de manipulation.23
Bibliographie.27
© ISO 2010 – Tous droits réservés iii
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ISO 17874-1:2010(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 17874-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, sous-comité SC 2,
Radioprotection.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 17874-1:2004), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
L'ISO 17874 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Dispositifs de manipulation à
distance pour matériaux radioactifs:
⎯ Partie 1: Exigences générales
⎯ Partie 2: Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques
⎯ Partie 3: Télémanipulateurs maître-esclave électriques
⎯ Partie 4: Télémanipulateurs télécommandés
⎯ Partie 5: Pinces de manipulation à distance
iv © ISO 2010 – Tous droits réservés
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ISO 17874-1:2010(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO 17874 concerne principalement les dispositifs polyvalents de manipulation à
distance utilisés pour des applications nucléaires.
Ces dispositifs remplacent les mains et les bras dans des zones inaccessibles au personnel (le plus souvent
derrière des parois blindées).
Il existe par ailleurs des dispositifs de manipulation à distance conçus pour des champs d'application
particuliers ou des domaines spécifiques, mais ces dispositifs de manipulation ne sont pas traités dans la
présente partie de l'ISO 17874.
Les dispositifs polyvalents de manipulation à distance sont capables de faire entre cinq et dix mouvements,
voir plus, pour réaliser l'étendue des tâches planifiées.
Quatre catégories de dispositifs de manipulation à distance sont utilisées universellement pour la
manipulation de matériaux radioactifs. Ces catégories sont les suivantes:
⎯ télémanipulateurs maître-esclave mécaniques;
⎯ télémanipulateurs maître-esclave électriques;
⎯ télémanipulateurs télécommandés;
⎯ pinces pour manipulation à distance.
Certains autres modèles, machines pneumatiques ou hydrauliques, prototypes, dispositifs expérimentaux
ainsi que des types obsolètes, ne peuvent être classés dans aucune de ces catégories ou ne sont pas
totalement conformes aux exigences de la présente partie de l'ISO 17874. Ces dispositifs spécifiques sont
exclus de la présente partie de l'ISO 17874.
Les principales applications des différentes catégories sont traitées dans l'Article 4.
Les dispositifs de manipulation à distance ont été initialement développés pour les cellules de haute activité
dans un but de recherche et de développement sur les éléments combustibles des réacteurs nucléaires. À
l'heure actuelle, ils sont également utilisés dans d'autres installations nucléaires, telles que les usines de
fabrication ou de retraitement d'éléments combustibles, les stations de traitement des déchets radioactifs et le
déclassement des installations nucléaires.
Les dispositifs de manipulation à distance sont parfois utilisés dans le cadre d'applications non nucléaires. La
présente partie de l'ISO 17874 ne traite aucune des exigences spécifiques à ces domaines, même si les
concepteurs peuvent tirer partie de certains composants normalisés développés dans le secteur nucléaire afin
de réduire leur coût de conception en vue d'autres applications, le cas échéant.
© ISO 2010 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 17874-1:2010(F)
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux
radioactifs —
Partie 1:
Exigences générales
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 17874 décrit les exigences concernant les dispositifs de manipulation à distance
pour matériaux radioactifs. La classification de ces dispositifs (catégorisation et répartition des différents types
de conception dans une même catégorie) et les parties dans lesquelles ils sont traités sont illustrées à la
Figure 1.
Figure 1 — Catégorisation des dispositifs de manipulation à distance
et répartition dans toutes les parties de l'ISO 17874
© ISO 2010 – Tous droits réservés 1
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ISO 17874-1:2010(F)
En ce qui concerne l'espace de travail, deux types de conception doivent être considérés.
a) Dispositifs fixes de manipulation à distance:
ces dispositifs sont fixés sur les parois blindées ou parfois sur le plafond des cellules de haute activité et
par conséquent ne peuvent fonctionner que dans un espace relativement limité. Il s'agit des
télémanipulateurs maître-esclave mécaniques et des pinces de manipulation à distance.
b) Dispositifs mobiles de manipulation à distance:
ces dispositifs sont installés sur un dispositif porteur (par exemple pont mobile ou véhicule au sol). Dans
ce cas, l'espace de travail dépend essentiellement du degré de mobilité du dispositif porteur. Il s'agit des
télémanipulateurs maître-esclave électriques et des télémanipulateurs télécommandés.
NOTE La présente partie de l'ISO 17874 est conçue comme une aide aux concepteurs d'installations mettant en
œuvre des procédés nucléaires, ainsi qu'aux fabricants, aux utilisateurs et aux organismes habilités à délivrer des
licences.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7212, Enceintes pour la protection contre les rayonnements ionisants — Éléments de blindage en plomb
pour murs de 50 mm et 100 mm d'épaisseur
ISO 9404-1, Enceintes pour la protection contre les rayonnements ionisants — Éléments de blindage en
plomb pour murs de 150 mm, 200 mm et 250 mm d'épaisseur — Partie 1: Éléments à chevrons de 150 mm et
200 mm d'épaisseur
ISO 11933-1, Composants pour enceintes de confinement — Partie 1: Ronds de gant et de sac, obturateurs
de ronds de gant et de sac, bagues d'enceintes et éléments interchangeables à distance
ISO 11933-2, Composants pour enceintes de confinement — Partie 2: Gants, sacs à souder, manches de
protection pour pinces à distance et télémanipulateurs
ISO 17874-2, Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 2: Télémanipulateurs
maître-esclave mécaniques
ISO 17874-3, Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 3: Télémanipulateurs
maître-esclave électriques
ISO 17874-4, Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 4: Télémanipulateurs
télécommandés
ISO 17874-5, Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 5: Pinces de
manipulation à distance
2 © ISO 2010 – Tous droits réservés
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3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
télémanipulateur maître-esclave mécanique
télémanipulateur reproduisant les mouvements de la main et du bras au moyen de bras maître et esclave
isocinématiques pourvus de transmissions réversibles
NOTE Le télémanipulateur est généralement installé sur une paroi blindée.
3.2
télémanipulateur maître-esclave électrique
télémanipulateur reproduisant les mouvements de la main et du bras de l'opérateur au moyen de bras maître
et esclave isocinématiques pourvus d'un système d'asservissement bilatéral (retour d'effort)
NOTE 1 Le mot «bilateral» se rapporte à la propriété du système de pouvoir être déplacé indifféremment en actionnant
le bras maître ou le bras esclave.
NOTE 2 Le bras esclave est généralement embarqué sur un dispositif porteur (mobile).
3.3
télémanipulateur télécommandé
télémanipulateur entraîné par des moteurs commandés par commutateurs
3.4
pinces pour manipulation à distance
dispositif mécanique composé d'une pince et d'une poignée reliées entre elles par une tige
NOTE Les pinces à distance sont soit installées sur une paroi blindée au moyen d'un dispositif de fixation, soit
suspendues à un système mobile destiné à être utilisé dans une piscine ou encore à être porté par un opérateur.
3.5
isocinématique
propriété d'un manipulateur où les bras maître et esclave présentent, depuis la base jusqu'à l'extrémité libre,
le même type de mouvement (rotation ou translation) dans le même ordre et avec les mêmes orientations
relatives
4 Application des différents dispositifs de manipulation à distance polyvalents
4.1 Généralités
Les différentes catégories de dispositifs de manipulation à distance sont utilisées pour de multiples
applications, telles que décrites dans le présent article.
4.2 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques
4.2.1 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques à bras télescopiques
Ces télémanipulateurs permettent la transmission d'efforts de l'ordre des efforts maximaux pouvant être
réalisés par un opérateur qui effectuerait une activité manuelle sans aucune aide. En fonction du type
d'appareil, des charges maximales allant jusqu'à 45 kg peuvent être atteintes (voir 7.2). Ils conviennent pour
des tâches complexes et sont généralement installés par paires à un poste de travail. Ils sont conçus pour les
cellules de haute activité de toute dimension ayant des parois blindées en béton ou parfois en plomb. Ils
constituent les principaux dispositifs de travail dans ce type de cellules.
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ISO 17874-1:2010(F)
Différentes longueur de bras sont disponibles en fonction des dimensions des cellules de haute activité à
équiper. Cependant, les modèles à bras courts permettent de porter des charges plus lourdes que les
modèles à bras allongés qui conviennent à des efforts réduits. Il existe également des télémanipulateurs
compacts avec bras esclave à double télescope, utilisables dans les cellules de haute activité à hauteur
limitée.
4.2.2 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques à bras articulés
Ces télémanipulateurs permettent non seulement la transmission d'efforts, tels que ceux effectués par un
opérateur sans aucune aide. En fonction du type d'appareil, des charges maximales allant jusqu'à 100 kg
peuvent être atteintes (voir 7.2). Ils sont appropriés pour des tâches complexes et sont généralement installés
par paires au poste de travail. Ils sont conçus pour les cellules de haute activité de toute dimension ayant des
parois blindées composées généralement de plomb ou éventuellement de fonte dans certains cas. Ils sont
également utilisés dans des enceintes de confinement. Étant donné leurs petites dimensions, ils sont destinés
à opérer dans un volume relativement restreint. Ils sont utilisés à la place des pinces pour manipulation à
distance, décrites en 4.5, si un espace de travail supérieur et/ou une plus grande dextérité sont requis.
4.3 Télémanipulateurs maître-esclave électriques
Ces télémanipulateurs permettent non seulement d'exécuter des travaux nécessitant des efforts tels que ceux
pouvant être effectués par un opérateur sans aucune aide, mais également (selon le type utilisé) des travaux
requérant des efforts beaucoup plus importants. Ils sont appropriés pour des tâches complexes et sont
souvent installés par paires. Ils permettent de réaliser des opérations compliquées dans tout l'espace des
grandes cellules de haute activité et pas uniquement près des parois de manipulation, grâce à la mobilité du
bras esclave. Compte tenu de leur capacité en charge, ils peuvent être utilisés à la place des
télémanipulateurs télécommandés de faible capacité ou de capacité moyenne. Ils sont exploités à l'intérieur
des installations et également à bord de véhicules (y compris à l'air libre).
4.4 Télémanipulateurs télécommandés
Ces télémanipulateurs permettent d'exécuter des tâches nécessitant des efforts importants et donc de
déplacer des objets lourds, ce qui caractérise leur application. En fonction de la capacité en charge en pince
et sous crochet (au niveau du bras téléscopique), ils peuvent également être utilisés comme unité de levage
de faible capacité. Ils ne conviennent pas pour des tâches complexes et sont utilisés dans des cellules de
haute activité de taille moyenne ou grande. Ils sont généralement de dimensions importantes et sont utilisés
pour assister les télémanipulateurs maître-esclave mécaniques. Ils permettent d'effectuer des opérations
dans des zones inaccessibles aux télémanipulateurs maître-esclave mécaniques et de déplacer des objets
sur des distances significatives. Ils peuvent également être utilisés sur des véhicules (y compris à l'air libre).
4.5 Pinces pour manipulation à distance
4.5.1 Pinces pour manipulation à distance, utilisées à l'horizontale
Ces pinces à distance permettent la transmission d'efforts peu importants, qu'un homme effectuant un travail
sans aucune aide qualifierait de faibles. Elles ne peuvent être utilisées que si un niveau moyen de dextérité et
un faible volume de travail sont requis. En mode d'utilisation horizontale, les pinces pour manipulation à
distance sont la plupart du temps installées par paires. Elles sont généralement utilisées dans des cellules de
haute activité ayant des parois blindées en plomb. L'installation sur la paroi blindée s'effectue au moyen de
sphères normalisées appelées rotules (voir l'ISO 7212 et l'ISO 9404-1).
NOTE Ces pinces de manipulation peuvent également être utilisées sans rotule ni blindage. Dans ce cas, l'opérateur
devra se tenir à distance des sources radioactives afin de disposer d'une protection suffisante.
4.5.2 Pinces pour manipulation à distance, utilisées à la verticale
Ces pinces à distance permettent la transmission d'efforts importants (selon le type utilisé), proches des
efforts maximaux réalisés par un opérateur lors d'une activité manuelle sans aucune aide. Elles peuvent être
utilisées si une dextérité faible à moyenne est requise. Dans ce mode d'utilisation, les pinces pour
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ISO 17874-1:2010(F)
manipulation à distance sont généralement installées au-dessus des piscines. Elles peuvent être actionnées
par l'opérateur ou fixées sur un système porteur qui comporte normalement trois axes de déplacement.
NOTE Pour une meilleure compréhension de la présente partie de l'ISO 17874, seules les quatre catégories
communes de dispositifs de manipulation à distance citées précédemment et leurs applications courantes sont
considérées. Cela n'exclut pas le développement d'équipements ayant des caractéristiques spécifiques.
5 Systèmes cinématiques pour les différents dispositifs de manipulation à distance
Un dispositif de manipulation à distance doit disposer de plusieurs possibilités de mouvement (dénommées
également degrés de liberté) de façon à pouvoir réaliser de nombreuses tâches de manipulation à distance.
Les déplacements sont effectués mécaniquement par les mains et les bras de l'opérateur ou par des moteurs
électriques.
Un dispositif de manipulation à distance entièrement articulé, dont les mouvements ne doivent pas être limités
en principe, doit pouvoir effectuer au moins sept mouvements indépendants. Il doit être en mesure de réaliser
trois mouvements indépendants de translation (et des efforts) sur un objet dans les trois axes de coordonnée
et à n'importe quel point de l'espace de travail. Il doit également être capable de réaliser trois mouvements
indépendants de rotation (et des couples de serrage) sur un objet autour des trois axes de coordonnée sans
aucun réglage spécifique préalable, à n'importe quel point de l'espace de travail. Le septième mouvement
correspond au mouvement de la pince.
NOTE Des aspects spécifiques sur les systèmes cinématiques pour la manipulation sont décrits dans l'Annexe A.
6 Exigences générales concernant les différentes catégories de dispositifs de
manipulation à distance
6.1 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques
Un télémanipulateur maître-esclave mécanique doit être constitué de trois composants principaux: un bras
maître et un bras esclave reliés par un tube de connexion comportant des éléments mécaniques
(voir Figures 2 et 4). Le bras maître et le bras esclave doivent avoir une quantité, une géométrie et une
possibilité de mouvements identiques. La connexion doit être conçue de telle façon que les mouvements, les
efforts et les couples de serrage respectivement effectués par la main de l'opérateur sur la poignée du bras
maître soient transmis fidèlement au bras esclave.
Le télémanipulateur doit avoir sept degrés de liberté; trois en translation, trois en orientation et un serrage
pince, ce qui correspond aux exigences de l'Article 5. Le télémanipulateur doit assurer une transmission
d'effort entre le bras esclave et le bras maître. Les éléments de transmission doivent être réversibles pour les
déplacements, les efforts et les couples de serrage. Le tube de connexion peut être non étanche pour les
cellules de haute activité β-γ ou étanche pour les cellules de haute activité α-γ. Les mâchoires de la pince
et/ou la pince complète doivent être échangeables à distance.
Le bras esclave peut être équipé d'une manche de protection. Les manches de protection normalisées sont
décrites dans l'ISO 11933-2. En ce qui concerne les télémanipulateurs maître-esclave mécaniques, deux
conceptions distinctes doivent être considérées: les télémanipulateurs maître-esclave à bras télescopiques et
les télémanipulateurs maître-esclave à bras articulés. Les deux types sont généralement installés sur des
parois blindées (voir Figures 2 et 4).
Les télémanipulateurs maître-esclave doivent être conformes à l'ISO 17874-2.
NOTE Pour l'observation du travail réalisé dans une cellule de haute activité, des fenêtres blindées sont utilisées.
Les contraintes liées à la vision peuvent être prises en compte lors de la conception générale.
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ISO 17874-1:2010(F)
6.1.1 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques à bras télescopiques
La cinématique des télémanipulateurs maître-esclave mécaniques à bras télescopiques doit correspondre à
la Figure 3. Selon le type de télémanipulateur, les capacités en charge vont de 4,5 kg à 45 kg.
Légende
1 fourreau 8 fenêtre blindée
2 tube de connexion 9 paroi blindée
3 contre-poids 10 câble de transmission audio
4 bras maître 11 microphone
5 poignée 12 pinces avec mâchoires parallèles
6 haut-parleur 13 cellule de haute activité
7 zone avant 14 bras esclave
Figure 2 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique avec bras télescopiques
Il convient que les mouvements x et y soient complétés d'une motorisation permettant d'effectuer un décalage
de la position du bras esclave par rapport au bras maître. Cela dans le but d'augmenter le volume de travail et
de réduire l'effort de l'opérateur. Certaines versions extensibles disposent d'un double télescope sur le bras
esclave permettant d'augmenter le mouvement z par l'intermédiaire d'un moteur électrique.
Sur certains modèles, le bras esclave peut être déconnecté et évacué à distance.
Pour les cellules de haute activité de hauteur réduite (et/ou avec un volume de travail plus petit), des modèles
compacts avec double télescope actionné manuellement sur le bras esclave sont requis.
Outre le contrôle visuel, la transmission audio de la cellule de haute activité dans la salle des opérations peut
s'avérer utile.
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ISO 17874-1:2010(F)
Figure 3 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique à bras télescopiques (schéma cinématique)
6.1.2 Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques à bras articulés
La cinématique des télémanipulateurs maître-esclave mécaniques à bras articulés doit correspondre à
la Figure 5. Selon le type de télémanipulateur, les capacités en charge vont de 2,3 kg à 12 kg.
Légende
1 fourreau 8 tube de connexion
2 contre-poids 9 paroi blindée
3 bras supérieur 10 porte-à-faux
4 avant-bras 11 pinces avec mâchoires parallèles
5 bras maître 12 bras esclave
6 poignée 13 cellule de haute activité
7 fenêtre blindée 14 zone avant
Figure 4 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique à bras articulés
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ISO 17874-1:2010(F)
Le bras maître peut avoir la même longueur que le bras esclave ou peut être plus court que le bras esclave.
Un levier à la poignée peut être prévu pour bloquer le mouvement de préhension. Des freins peuvent
également être disponibles pour bloquer les déplacements de positionnement et d'orientation.
L'inclinaison du bras esclave supérieur peut aussi être modifiée par rapport au bras maître par l'intermédiaire
d'un moteur électrique actionné du bras maître afin de minimiser l'effort de l'opérateur. Le porte-à-faux du bras
esclave dans la cellule de haute activité peut être réglé sur certains modèles pour accroître la portée de
l'ensemble télémanipulateur en déplaçant celui-ci sur l'axe du fourreau.
Figure 5 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique à bras articulés (schéma cinématique)
6.2 Télémanipulateurs maître-esclave électriques
Un télémanipulateur maître-esclave électrique doit se composer d'un bras maître et d'un bras esclave
connecté par un système électrique muni de moteurs électriques et d'un contrôle commande associé
(voir Figure 6).
Légende
1 cellule chaude 8 paroi blindée
2 dispositif porteur pour bras esclave 9 câble de transmission audio
3 microphone 10 zone avant
4 caméra TV 11 bras maître
5 bras esclave 12 haut-parleur
6 câbles de transmission pour télémanipulateur 13 armoire de contrôle commande pour télémanipulateur
et dispositif porteur et dispositif porteur
7 fenêtre blindée 14 moniteur TV
Figure 6 — Télémanipulateur maître-esclave électrique
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ISO 17874-1:2010(F)
Les dépl
...
PROJET
NORME ISO/FDIS
FINAL
INTERNATIONALE 17874-1
ISO/TC 85/SC 2
Dispositifs de manipulation à distance
Secrétariat: AFNOR
pour matériaux radioactifs —
Début de vote:
2009-10-07
Partie 1:
Exigences générales
Vote clos le:
2009-12-07
Remote handling devices for radioactive materials —
Part 1: General requirements
LES DESTINATAIRES DU PRÉSENT PROJET SONT
INVITÉS À PRÉSENTER, AVEC LEURS OBSER-
VATIONS, NOTIFICATION DES DROITS DE PRO-
PRIÉTÉ DONT ILS AURAIENT ÉVENTUELLEMENT
CONNAISSANCE ET À FOURNIR UNE DOCUMEN-
TATION EXPLICATIVE.
OUTRE LE FAIT D'ÊTRE EXAMINÉS POUR
ÉTABLIR S'ILS SONT ACCEPTABLES À DES FINS
INDUSTRIELLES, TECHNOLOGIQUES ET COM-
Numéro de référence
MERCIALES, AINSI QUE DU POINT DE VUE DES
ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
UTILISATEURS, LES PROJETS DE NORMES
INTERNATIONALES DOIVENT PARFOIS ÊTRE
CONSIDÉRÉS DU POINT DE VUE DE LEUR POSSI-
BILITÉ DE DEVENIR DES NORMES POUVANT
SERVIR DE RÉFÉRENCE DANS LA RÉGLEMENTA-
©
ISO 2009
TION NATIONALE.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
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Les contrevenants pourront être poursuivis.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.2
3 Termes et définitions .2
4 Application des différents dispositifs de manipulation à distance polyvalents.3
4.1 Généralités .3
4.2 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques.3
4.3 Télémanipulateurs maîtres-esclaves électriques .4
4.4 Télémanipulateurs télécommandés .4
4.5 Pinces pour manipulation à distance.4
5 Systèmes cinématiques pour les différents dispositifs de manipulation à distance .4
6 Exigences générales concernant les différentes catégories de dispositifs de manipulation
à distance .5
6.1 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques.5
6.2 Télémanipulateurs maîtres-esclaves électriques .8
6.3 Télémanipulateurs télécommandés .10
6.4 Pinces pour manipulation à distance.11
7 Critères principaux pour le choix des dispositifs de manipulation à distance polyvalents .17
7.1 Généralités .17
7.2 Capacités en charge des dispositifs de manipulation à distance.17
7.3 Dextérité des dispositifs de manipulation à distance .18
7.4 Fiabilité des dispositifs de manipulation à distance .19
8 Autres critères .20
8.1 Généralités .20
8.2 Zone de travail .20
8.3 Dispositions périphériques et auxiliaires .21
9 Résumé de la conception .22
Annexe A (normative) Systèmes cinématiques de manipulation.23
Bibliographie.27
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 17874-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, sous-comité SC 2,
Radioprotection.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 17874-1:2004), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
L'ISO 17874 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Dispositifs de manipulation à
distance pour matériaux radioactifs:
⎯ Partie 1: Exigences générales
⎯ Partie 2: Télémanipulateurs maître-esclave mécaniques
⎯ Partie 3: Télémanipulateurs maître-esclave électriques
⎯ Partie 4: Télémanipulateurs télécommandés
⎯ Partie 5: Pinces de manipulation à distance
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
Introduction
La présente partie de l'ISO 17874 concerne principalement les dispositifs polyvalents de manipulation à
distance utilisés pour des applications nucléaires.
Ces dispositifs remplacent les mains et les bras dans des zones inaccessibles au personnel (le plus souvent
derrière des parois blindées).
Il existe par ailleurs des dispositifs de manipulation à distance conçus pour des champs d'application
particuliers ou des domaines spécifiques, mais ces dispositifs de manipulation ne sont pas traités dans la
présente partie de l'ISO 17874.
Les dispositifs polyvalents de manipulation à distance sont capables de faire entre cinq et dix mouvements,
voir plus, pour réaliser l'étendue des tâches planifiées.
Quatre catégories de dispositifs de manipulation à distance sont utilisées universellement pour la
manipulation de matériaux radioactifs. Ces catégories sont les suivantes:
⎯ télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques;
⎯ télémanipulateurs maîtres-esclaves électriques;
⎯ télémanipulateurs télécommandés;
⎯ pinces pour manipulation à distance.
Certains autres modèles, machines pneumatiques ou hydrauliques, prototypes, dispositifs expérimentaux
ainsi que des types obsolètes, ne peuvent être classés dans aucune de ces catégories ou ne sont pas
totalement conformes aux exigences de la présente partie de l'ISO 17874. Ces dispositifs spécifiques sont
exclus de la présente partie de l'ISO 17874.
Les principales applications des différentes catégories sont traitées dans l'Article 4.
Les dispositifs de manipulation à distance ont été initialement développés pour les cellules de haute activité
dans un but de recherche et de développement sur les éléments combustibles des réacteurs nucléaires. À
l'heure actuelle, ils sont également utilisés dans d'autres installations nucléaires, telles que les usines de
fabrication ou de retraitement d'éléments combustibles, les stations de traitement des déchets radioactifs et le
déclassement des installations nucléaires.
Les dispositifs de manipulation à distance sont parfois utilisés dans le cadre d'applications non nucléaires. La
présente partie de l'ISO 17874 ne traite aucune des exigences spécifiques à ces domaines, même si les
concepteurs peuvent tirer partie de certains composants normalisés développés dans le secteur nucléaire afin
de réduire leur coût de conception en vue d'autres applications, le cas échéant.
© ISO 2009 – Tous droits réservés v
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PROJET FINAL DE NORME INTERNATIONALE ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux
radioactifs —
Partie 1:
Exigences générales
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 17874 décrit les exigences concernant les dispositifs de manipulation à distance
pour matériaux radioactifs. La classification de ces dispositifs (catégorisation et répartition des différents types
de conception dans une même catégorie) et les parties dans lesquelles ils sont traités sont illustrées à la
Figure 1.
Figure 1 — Catégorisation des dispositifs de manipulation à distance
et répartition dans toutes les parties de l'ISO 17874
© ISO 2009 – Tous droits réservés 1
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
En ce qui concerne l'espace de travail, deux types de conception doivent être considérés.
a) Dispositifs fixes de manipulation à distance:
ces dispositifs sont fixés sur les parois blindées ou parfois sur le plafond des cellules de haute activité et
par conséquent ne peuvent fonctionner que dans un espace relativement limité. Il s'agit des
télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques et des pinces de manipulation à distance.
b) Dispositifs mobiles de manipulation à distance:
ces dispositifs sont installés sur un dispositif porteur (par exemple pont mobile ou véhicule au sol). Dans
ce cas, l'espace de travail dépend essentiellement du degré de mobilité du dispositif porteur. Il s'agit des
télémanipulateurs maîtres-esclaves électriques et des télémanipulateurs télécommandés.
NOTE La présente partie de l'ISO 17874 est conçue comme une aide aux concepteurs d'installations mettant en
œuvre des procédés nucléaires, ainsi qu'aux fabricants, aux utilisateurs et aux organismes habilités à délivrer des
licences.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7212, Enceintes pour la protection contre les rayonnements ionisants — Éléments de blindage en plomb
pour murs de 50 mm et 100 mm d'épaisseur
ISO 9404-1, Enceintes pour la protection contre les rayonnements ionisants — Éléments de blindage en
plomb pour murs de 150 mm, 200 mm et 250 mm d'épaisseur — Partie 1: Éléments à chevrons de 150 mm et
200 mm d'épaisseur
ISO 11933-1, Composants pour enceintes de confinement — Partie 1: Ronds de gant et de sac, obturateurs
de ronds de gant et de sac, bagues d'enceintes et éléments interchangeables à distance
ISO 11933-2, Composants pour enceintes de confinement — Partie 2: Gants, sacs à souder, manches de
protection pour pinces à distance et télémanipulateurs
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
télémanipulateur maître-esclave mécanique
télémanipulateur reproduisant les mouvements de la main et du bras au moyen de bras maître et esclave
isocinématiques pourvus de transmissions réversibles
NOTE Le télémanipulateur est généralement installé sur une paroi blindée.
3.2
télémanipulateur maître-esclave électrique
télémanipulateur reproduisant les mouvements de la main et du bras de l'opérateur au moyen de bras maître
et esclave isocinématiques pourvus d'un système d'asservissement bilatéral (retour d'effort)
NOTE 1 Le mot «bilateral» se rapporte à la propriété du système de pouvoir être déplacé indifféremment en actionnant
le bras maître ou le bras esclave.
NOTE 2 Le bras esclave est généralement embarqué sur un dispositif porteur (mobile).
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
3.3
télémanipulateur télécommandé
télémanipulateur entraîné par des moteurs commandés par commutateurs
3.4
pinces pour manipulation à distance
dispositif mécanique composé d'une pince et d'une poignée reliées entre elles par une tige
NOTE Les pinces à distance sont soit installées sur une paroi blindée au moyen d'un dispositif de fixation, soit
suspendues à un système mobile destiné à être utilisé dans une piscine ou encore à être porté par un opérateur.
3.5
isocinématique
propriété d'un manipulateur où les bras maître et esclave présentent, depuis la base jusqu'à l'extrémité libre,
le même type de mouvement (rotation ou translation) dans le même ordre et avec les mêmes orientations
relatives
4 Application des différents dispositifs de manipulation à distance polyvalents
4.1 Généralités
Les différentes catégories de dispositifs de manipulation à distance sont utilisées pour de multiples
applications, telles que décrites dans le présent article.
4.2 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques
4.2.1 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques à bras télescopiques
Ces télémanipulateurs permettent la transmission d'efforts de l'ordre des efforts maximaux pouvant être
réalisés par un opérateur qui effectuerait une activité manuelle sans aucune aide. En fonction du type
d'appareil, des charges maximales allant jusqu'à 45 kg peuvent être atteintes (voir 7.2). Ils conviennent pour
des tâches complexes et sont généralement installés par paires à un poste de travail. Ils sont conçus pour les
cellules de haute activité de toute dimension ayant des parois blindées en béton ou parfois en plomb. Ils
constituent les principaux dispositifs de travail dans ce type de cellules.
Différentes longueur de bras sont disponibles en fonction des dimensions des cellules de haute activité à
équiper. Cependant, les modèles à bras courts permettent de porter des charges plus lourdes que les
modèles à bras allongés qui conviennent à des efforts réduits. Il existe également des télémanipulateurs
compacts avec bras esclave à double télescope, utilisables dans les cellules de haute activité à hauteur
limitée.
4.2.2 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques à bras articulés
Ces télémanipulateurs permettent non seulement la transmission d'efforts, tels que ceux effectués par un
opérateur sans aucune aide. En fonction du type d'appareil, des charges maximales allant jusqu'à 100 kg
peuvent être atteintes (voir 7.2). Ils sont appropriés pour des tâches complexes et sont généralement installés
par paires au poste de travail. Ils sont conçus pour les cellules de haute activité de toute dimension ayant des
parois blindées composées généralement de plomb ou éventuellement de fonte dans certains cas. Ils sont
également utilisés dans des enceintes de confinement. Étant donné leurs petites dimensions, ils sont destinés
à opérer dans un volume relativement restreint. Ils sont utilisés à la place des pinces pour manipulation à
distance, décrites en 4.5, si un espace de travail supérieur et/ou une plus grande dextérité sont requis.
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ISO/FDIS 17874-1:2009(F)
4.3 Télémanipulateurs maîtres-esclaves électriques
Ces télémanipulateurs permettent non seulement d'exécuter des travaux nécessitant des efforts tels que ceux
pouvant être effectués par un opérateur sans aucune aide, mais également (selon le type utilisé) des travaux
requérant des efforts beaucoup plus importants. Ils sont appropriés pour des tâches complexes et sont
souvent installés par paires. Ils permettent de réaliser des opérations compliquées dans tout l'espace des
grandes cellules de haute activité et pas uniquement près des parois de manipulation, grâce à la mobilité du
bras esclave. Compte tenu de leur capacité en charge, ils peuvent être utilisés à la place des
télémanipulateurs télécommandés de faible capacité ou de capacité moyenne. Ils sont exploités à l'intérieur
des installations et également à bord de véhicules (y compris à l'air libre).
4.4 Télémanipulateurs télécommandés
Ces télémanipulateurs permettent d'exécuter des tâches nécessitant des efforts importants et donc de
déplacer des objets lourds, ce qui caractérise leur application. En fonction de la capacité en charge en pince
et sous crochet (au niveau du bras téléscopique), ils peuvent également être utilisés comme unité de levage
de faible capacité. Ils ne conviennent pas pour des tâches complexes et sont utilisés dans des cellules de
haute activité de taille moyenne ou grande. Ils sont généralement de dimensions importantes et sont utilisés
pour assister les télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques. Ils permettent d'effectuer des opérations
dans des zones inaccessibles aux télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques et de déplacer des objets
sur des distances significatives. Ils peuvent également être utilisés sur des véhicules (y compris à l'air libre).
4.5 Pinces pour manipulation à distance
4.5.1 Pinces pour manipulation à distance, utilisées à l'horizontale
Ces pinces à distance permettent la transmission d'efforts peu importants, qu'un homme effectuant un travail
sans aucune aide qualifierait de faibles. Elles ne peuvent être utilisées que si un niveau moyen de dextérité et
un faible volume de travail sont requis. En mode d'utilisation horizontale, les pinces pour manipulation à
distance sont la plupart du temps installées par paires. Elles sont généralement utilisées dans des cellules de
haute activité ayant des parois blindées en plomb. L'installation sur la paroi blindée s'effectue au moyen de
sphères normalisées appelées rotules (voir l'ISO 7212 et l'ISO 9404-1).
NOTE Ces pinces de manipulation peuvent également être utilisées sans rotule ni blindage. Dans ce cas, l'opérateur
devra se tenir à distance des sources radioactives afin de disposer d'une protection suffisante.
4.5.2 Pinces pour manipulation à distance, utilisées à la verticale
Ces pinces à distance permettent la transmission d'efforts importants (selon le type utilisé), proches des
efforts maximaux réalisés par un opérateur lors d'une activité manuelle sans aucune aide. Elles peuvent être
utilisées si une dextérité faible à moyenne est requise. Dans ce mode d'utilisation, les pinces pour
manipulation à distance sont généralement installées au-dessus des piscines. Elles peuvent être actionnées
par l'opérateur ou fixées sur un système porteur qui comporte normalement trois axes de déplacement.
NOTE Pour une meilleure compréhension de la présente partie de l'ISO 17874, seules les quatre catégories
communes de dispositifs de manipulation à distance citées précédemment et leurs applications courantes sont
considérées. Cela n'exclut pas le développement d'équipements ayant des caractéristiques spécifiques.
5 Systèmes cinématiques pour les différents dispositifs de manipulation à distance
Un dispositif de manipulation à distance doit disposer de plusieurs possibilités de mouvement (dénommées
également degrés de liberté) de façon à pouvoir réaliser de nombreuses tâches de manipulation à distance.
Les déplacements sont effectués mécaniquement par les mains et les bras de l'opérateur ou par des moteurs
électriques.
Un dispositif de manipulation à distance entièrement articulé, dont les mouvements ne doivent pas être limités
en principe, doit pouvoir effectuer au moins sept mouvements indépendants. Il doit être en mesure de réaliser
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trois mouvements indépendants de translation (et des efforts) sur un objet dans les trois axes de coordonnée
et à n'importe quel point de l'espace de travail. Il doit également être capable de réaliser trois mouvements
indépendants de rotation (et des couples de serrage) sur un objet autour des trois axes de coordonnée sans
aucun réglage spécifique préalable, à n'importe quel point de l'espace de travail. Le septième mouvement
correspond au mouvement de la pince.
NOTE Des aspects spécifiques sur les systèmes cinématiques pour la manipulation sont décrits dans l'Annexe A.
6 Exigences générales concernant les différentes catégories de dispositifs de
manipulation à distance
6.1 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques
Un télémanipulateur maître-esclave mécanique doit être constitué de trois composants principaux: un bras
maître et un bras esclave reliés par un tube de connexion comportant des éléments mécaniques
(voir Figures 2 et 4). Le bras maître et le bras esclave doivent avoir une quantité, une géométrie et une
possibilité de mouvements identiques. La connexion doit être conçue de telle façon que les mouvements, les
efforts et les couples de serrage respectivement effectués par la main de l'opérateur sur la poignée du bras
maître soient transmis fidèlement au bras esclave.
Le télémanipulateur doit avoir sept degrés de liberté; trois en translation, trois en orientation et un serrage
pince, ce qui correspond aux exigences de l'Article 5. Le télémanipulateur doit assurer une transmission
d'effort entre le bras esclave et le bras maître. Les éléments de transmission doivent être réversibles pour les
déplacements, les efforts et les couples de serrage. Le tube de connexion peut être non étanche pour les
cellules de haute activité β-γ ou étanche pour les cellules de haute activité α-γ. Les mâchoires de la pince
et/ou la pince complète doivent être échangeables à distance.
Le bras esclave peut être équipé d'une manche de protection. Les manches de protection normalisées sont
décrites dans l'ISO 11933-2. En ce qui concerne les télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques, deux
conceptions distinctes doivent être considérées: les télémanipulateurs maîtres-esclaves à bras télescopiques
et les télémanipulateurs maîtres-esclaves à bras articulés. Les deux types sont généralement installés sur des
parois blindées (voir Figures 2 et 4). (Pour plus de détails sur les télémanipulateurs, voir l'ISO 17874-2.)
NOTE Pour l'observation du travail réalisé dans une cellule de haute activité, des fenêtres blindées sont utilisées.
Les contraintes liées à la vision peuvent être prises en compte lors de la conception générale.
6.1.1 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques à bras télescopiques
La cinématique des télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques à bras télescopiques doit correspondre à
la Figure 3. Selon le type de télémanipulateur, les capacités en charge vont de 4,5 kg à 45 kg.
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Légende
1 fourreau 8 fenêtre blindée
2 tube de connexion 9 paroi blindée
3 contre-poids 10 câble de transmission audio
4 bras maître 11 microphone
5 poignée 12 pinces avec mâchoires parallèles
6 haut-parleur 13 cellule de haute activité
7 zone avant 14 bras esclave
Figure 2 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique avec bras télescopiques
Il convient que les mouvements x et y soient complétés d'une motorisation permettant d'effectuer un décalage
de la position du bras esclave par rapport au bras maître. Cela dans le but d'augmenter le volume de travail et
de réduire l'effort de l'opérateur. Certaines versions extensibles disposent d'un double télescope sur le bras
esclave permettant d'augmenter le mouvement z par l'intermédiaire d'un moteur électrique.
Sur certains modèles, le bras esclave peut être déconnecté et évacué à distance.
Pour les cellules de haute activité de hauteur réduite (et/ou avec un volume de travail plus petit), des modèles
compacts avec double télescope actionné manuellement sur le bras esclave sont requis.
Outre le contrôle visuel, la transmission audio de la cellule de haute activité dans la salle des opérations peut
s'avérer utile.
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Figure 3 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique à bras télescopiques (schéma cinématique)
6.1.2 Télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques à bras articulés
La cinématique des télémanipulateurs maîtres-esclaves mécaniques à bras articulés doit correspondre à
la Figure 5. Selon le type de télémanipulateur, les capacités en charge vont de 2,3 kg à 12 kg.
Légende
1 fourreau 8 tube de connexion
2 contre-poids 9 paroi blindée
3 bras supérieur 10 porte-à-faux
4 avant-bras 11 pinces avec mâchoires parallèles
5 bras maître 12 bras esclave
6 poignée 13 cellule de haute activité
7 fenêtre blindée 14 zone avant
Figure 4 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique à bras articulés
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Le bras maître peut avoir la même longueur que le bras esclave ou peut être plus court que le bras esclave.
Un levier à la poignée peut être prévu pour bloquer le mouvement de préhension. Des freins peuvent
également être disponibles pour bloquer les déplacements de positionnement et d'orientation.
L'inclinaison du bras esclave supérieur peut aussi être modifiée par rapport au bras maître par l'intermédiaire
d'un moteur électrique actionné du bras maître afin de minimiser l'effort de l'opérateur. Le porte-à-faux du bras
esclave dans la cellule de haute activité peut être réglé sur certains modèles pour accroître la portée de
l'ensemble télémanipulateur en déplaçant celui-ci sur l'axe du fourreau.
Figure 5 — Télémanipulateur maître-esclave mécanique à bras articulés (schéma cinématique)
6.2 Télémanipulateurs maîtres-esclaves électriques
Un télémanipulateur maître-esclave électrique doit se composer d'un bras maître et d'un bras esclave
connecté par un système électrique muni de moteurs électriques et d'un contrôle commande
...
Questions, Comments and Discussion
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