ISO 17874-5:2007
(Main)Remote handling devices for radioactive materials — Part 5: Remote handling tongs
Remote handling devices for radioactive materials — Part 5: Remote handling tongs
The purpose of ISO 17874-5:2007 is to provide guidance for the selection, installation and use of manually-operated remote handling tongs within nuclear installations. ISO 17874-5:2007 covers only the specific engineering aspects of manually-operated remote handling tongs and their interfaces with the nuclear facilities in which these devices are to be installed. Specifically, ISO 17874-5:2007 does not address design options concerning aspects such as the process and general maintenance arrangements that lead to the selection of any particular type of remote handling device.
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 5: Pinces de manipulation à distance
L'objectif de l'ISO 17874-5:2007 est de guider dans le choix, dans la mise en place et dans l'utilisation de pinces de manipulation à distance manuelles dans une installation nucléaire. L'ISO 17874-5:2007 traite uniquement des aspects techniques spécifiques aux pinces de manipulation à distance opérées de manière manuelle et de leurs interfaces avec les installations nucléaires dans lesquelles elles doivent être implantées. L'ISO 17874-5:2007 ne couvre pas, en particulier, les critères généraux de conception de l'installation tels que procédé, dispositions de maintenance et d'intervention, conduisant à la mise en oeuvre de pinces de manipulation à distance.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 17874-5
First edition
2007-02-01
Remote handling devices for radioactive
materials —
Part 5:
Remote handling tongs
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs —
Partie 5: Pinces de manipulation à distance
Reference number
ISO 17874-5:2007(E)
©
ISO 2007
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ISO 17874-5:2007(E)
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ISO 17874-5:2007(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 2
4 General features and classification . 4
4.1 General. 4
4.2 Classification and mode of use. 4
4.2.1 Horizontal remote handling tongs . 4
4.2.2 Vertical remote handling tongs . 4
4.3 Kinematics. 5
4.3.1 General. 5
4.3.2 Horizontal remote handling tongs . 5
4.3.3 Vertical remote handling tongs . 9
5 Basic selection criteria. 11
5.1 General criteria. 11
5.2 Particular criteria . 12
5.2.1 General. 12
5.2.2 Main characteristics of remote handling tongs. 12
5.2.3 Installation of horizontal remote handling tongs . 13
5.3 Leak-tightness and protection against contamination. 15
5.3.1 General. 15
5.3.2 Gaiter material. 16
5.3.3 Gaiters mounted on interchangeable support rings. 16
5.3.4 Leak-tight couplings. 18
5.4 Maintenance . 18
5.4.1 Removal of remote handling tongs. 18
5.4.2 Replacement of gaiters . 18
5.5 Shielding. 18
5.6 Tongs units. 19
6 Examples of special handling tongs. 20
6.1 Remote handling tongs for repetitive movements. 20
6.2 Articulated remote handling tongs used for delicate work. 21
7 Accessories. 21
Annex A (normative) Sphere units . 22
Annex B (informative) Tongs jaws. 24
Annex C (informative) Accessories . 26
Annex D (informative) Gaiters for remote handling tongs. 29
Annex E (informative) Replacement of gaiters for remote handling tongs. 30
Annex F (informative) Relationship between the characteristics of the remote handling tongs
and the operating volume . 33
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ISO 17874-5:2007(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 17874-5 was prepared by Technical Committee ISO/TC 85, Nuclear energy, Subcommittee SC 2,
Radiation protection.
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 4: Power manipulators
⎯ Part 5: Remote handling tongs
The following part is under preparation:
⎯ Part 3: Electrical master-slave manipulators
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ISO 17874-5:2007(E)
Introduction
This part of ISO 17874 concerns multi-purpose remote handling tongs for nuclear applications.
These remote handling tongs replace some functions of human hands and arms in inaccessible areas
(generally, behind shielding or containment walls). In general, remote handling tongs provide limited
functionality compared to master-slave manipulators, such as those described in ISO 17874-2.
Remote handling tongs are typically used in hot cells for the following applications: fuel element examination,
radio-isotope manipulation, reprocessing and waste treatment, radio-chemical analysis.
Vertically mounted remote handling tongs are typically applied in pools for work on radioactive sources and
irradiated fuel elements.
End-effectors other than tongs, e.g. special-purpose tools, can be mounted on similar actuators, but these are
not included within the normative part of this part of ISO 17874.
This part of ISO 17874 addresses only manually-actuated remote handling tongs and does not address any
powered versions.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 17874-5:2007(E)
Remote handling devices for radioactive materials —
Part 5:
Remote handling tongs
1 Scope
The purpose of this part of ISO 17874 is to provide guidance for the selection, installation and use of
manually-operated remote handling tongs within nuclear installations.
This part of ISO 17874 covers only the specific engineering aspects of manually-operated remote handling
tongs and their interfaces with the nuclear facilities in which these devices are to be installed.
Specifically, it does not address design options concerning aspects such as the process and general
maintenance arrangements that lead to the selection of any particular type of remote handling device.
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 10648-2, Containment enclosures — Part 2: Classification according to leak tightness and associated
checking methods
ISO 17874-1, Remote handling devices for radioactive materials — Part 1: General requirements
ISO 17874-2, Remote handling devices for radioactive materials — Part 2: Mechanical master-slave
manipulators
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ISO 17874-5:2007(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
axis
direction of a Cartesian coordinate system defined from the operator standing point, considered as the origin
of this system
NOTE The following axes are considered:
⎯ X axis, from right to left along the shielding wall;
⎯ Y axis, forward into the shielded cell;
⎯ Z axis, up towards the ceiling of the shielded cell.
3.2
containment enclosure
enclosure designed to prevent leakage of products contained in the internal environment under consideration
into the external environment, or the penetration of substances of the external environment into the internal
environment, or both simultaneously
NOTE This is a generic term to designate all kinds of enclosures, including glove boxes, or cells of different
geometries used for handling or to store radioactive materials, with handling devices.
3.3
shielded containment enclosure
hot cell
containment enclosed by a shielding wall intended to provide complementary shielding against penetrating
radiation
NOTE This shielding wall can be integral with, mounted on or independent of the containment enclosure wall. The
choice and thickness of the protection material are determined according to the type of radiation (beta, gamma or neutron)
and the type of handling required.
3.4
disconnection
mechanical operation allowing the separation of two assembled elements, such as the disconnection of the
tongs from the leak-tight coupling
3.5
disconnection device
mechanical device located inside a hot cell and used to connect or disconnect the end-effectors of a remote
handling device, e.g. tongs, jaws, special tool, etc.
NOTE Such a device can also be used to store these elements.
3.6
enclosure ring
plastic or metallic ring mounted on containment enclosure or glove box walls, using threaded components or
by welding or bonding
NOTE The ring is used to allow fitting of interchangeable leak-tight units mounted on a support ring (e.g. gloves, rigid
plugs, gaiters for remote handling tongs, etc.).
3.7
ejection device
device used to release an interchangeable element, e.g. a gaiter or a seal, and to replace it with another
element without compromising the integrity of the containment
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ISO 17874-5:2007(E)
3.8
handle
component gripped by the operator, fixed to the end of the rod and enabling control of the movement of the
remote-handling device
3.9
jaws (of tongs)
components fixed to the actuator assembly of the tongs which enable the handling of an object
NOTE The jaws can be disconnectable.
3.10
joint
assembly of several moveable components allowing at least one rotational motion about one axis
3.11
operating volume
space in which the operation of tongs is possible, considering all the positions reached by any end-effector
3.12
tongs
gripping device fixed at the active end of the rod and consisting of an actuator assembly and jaws
NOTE The actuator assembly is also referred to as the tongs unit.
3.13
sphere unit
component inserted in the shielding or containment wall used to support a spherical or cylindrical moving part
and forming the pivot for the remote handling tongs
NOTE Swivel joints, or systems using pins but having the same properties of two parts swivelling at right angles to
one another (as in universal joints or gimbals), can also be referred to as sphere units.
3.14
gaiter
booting US
specially profiled flexible sleeve designed to protect the mechanical parts of the remote handling tongs from
contamination or to provide the continuity of the leak-tightness of the hot cell
3.15
gaiter assembly
gaiter equipped at one side with a leak-tight coupling and at the other side with a support ring or an
expandable ring
3.16
rod
rigid tube which connects the handle and the tongs and contains the transmission elements for the gripping
motions
NOTE The length of the rod defines the working range of the tongs.
3.17
leak-tight coupling
intermediate device mounted between the tongs unit and the rod, ensuring the continuity of the leak-tightness
of the gaiter and the transmission of the gripping motion in a leak-tight way
3.18
motion
term defining the possibility to execute a movement, which may be linear or rotation about a defined axis
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3.19
orientation motion
rotational motions around certain axes of the tongs.
NOTE According to the axes considered, three following motions are distinguished: tilt (α), twist (β) and swivel or
azimuth motion (γ).
3.20
positioning motion
motion effecting a linear displacement of the tongs (or end-effector)
NOTE According to the axes considered, three different motions are distinguished: x, y and z.
4 General features and classification
4.1 General
Remote handling tongs consist of an end-effector and a handle connected together by means of a tubular rod
containing elements providing the mechanical linkage between the handle and the end-effector. They are
either installed in a shielding or containment wall, or mounted on a carrying system or held by an operator.
Remote handling tongs permit the direct transfer of the operator’s movements from the handle to the
end-effector (in accordance with ISO 17874-1). Through this direct mechanical linkage, the operator is able to
feel the forces applied to the end-effector and any reaction forces transferred back. This is termed “bilateral
force reflection”.
When installed on a shielding or containment wall, remote handling tongs may be fitted with a gaiter assembly
which ensures leak tightness and protection against contamination.
Depending on the intended use, the tongs unit mounted at the end of the rod may have to be interchangeable
in order to allow the use of different end-effectors or to replace the gaiter assembly.
4.2 Classification and mode of use
4.2.1 Horizontal remote handling tongs
These are remote handling tongs where the central axis of the rod is essentially horizontal. The load capacity
is modest (see 5.2).
Horizontal remote handling tongs are used in cases where medium or low dexterity and a small operating
volume are required. They are generally used in containment enclosures with shielding walls, mounted in
pairs by means of sphere units (in accordance with ISO 7212 and ISO 9404-1).
The design of the overall assembly must ensure that the shielding effect of the wall is not significantly
compromised by this installation.
A similar class of remote handling tongs may also be held by the operator, without any support. When using
such devices (sometimes referred to as “reachers”), a sufficient distance between the operator and the
radioactive source must be provided to ensure the required protection.
4.2.2 Vertical remote handling tongs
These are remote handling tongs where the central axis of the rod is essentially vertical. The absence of
significant bending moments allows the load capacity to be considerably larger than with the horizontal type
(see 5.2).
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ISO 17874-5:2007(E)
They are used where medium or low dexterity is required, generally in pools. They can be held by the operator
or mounted on a carrying system that takes the vertical load, throughout the X and Y positioning axes. The z
motion is realized via a separate hoist or crane.
The design of the overall assembly must ensure that the shielding effect provided by the water it displaces is
not compromised by this installation (e.g. a gas-filled hollow structure would not generally be advisable).
4.3 Kinematics
4.3.1 General
Remote handling tongs ensure four to six motions and a gripping motion, as described below. Accordingly
three different designs of remote handling tongs are distinguished:
⎯ with a rigid rod: four motions;
⎯ with an articulated rod (allowing variation of the inclination of the gripper): five motions;
⎯ with a wrist joint (providing articulation and rotation motion of the gripper): six motions.
4.3.2 Horizontal remote handling tongs
4.3.2.1 Remote handling tongs with a rigid rod
The kinematics of such tongs includes four motions [see Figures 1 a) and 1 b)] and provides (when placed in
the basic position):
⎯ the rotation of a sphere unit inserted in a shielding wall: the two motions of rotation around the X and Z
axes permit the displacements of the end-effector primarily in the Z and X directions respectively;
⎯ the sliding of the tubular rod within the sphere, along the Y axis;
⎯ the rotation of the tubular rod around the Y axis (β motion).
This type of handling device is referred to as “rigid tongs”.
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ISO 17874-5:2007(E)
Key
1 tongs 6 shielding wall
2 rod (rigid) 7 shielding window
3 handle 8 enclosure wall
4 sphere unit 9 hot cell
5 leak-tight gaiter 10 operating room
a) General view
b) Kinematics
Figure 1 — Horizontal remote handling tongs (rigid rod), with a gaiter
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4.3.2.2 Remote handling tongs with an articulated rod
Such tongs are equipped with an articulation enabling the tongs to reproduce inclination of the handle as
moved by the operator (α rotation). Their kinematics thus provides five motions [see Figures 2 a) and 2 b)].
This type of handling device is referred to as “articulated tongs”.
Key
1 tongs 5 shielding wall
2 articulated rod 6 shielding window
3 handle 7 hot cell
4 sphere unit 8 operating room
a) General view, with gaiter
b) Kinematics, without gaiter
Figure 2 — Horizontal remote handling tongs (articulated rod)
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ISO 17874-5:2007(E)
Figure 3 gives an example of rigid tongs equipped with a gaiter, mounted on a shielding wall [Figure 3 a)] and
rigid tongs without gaiter [Figure 3 b)].
a) Rigid remote handling tongs with gaiter
b) Rigid remote handling tongs without gaiter
Key
1 optional sphere rotation lock
a
The dimensions of the length L are given in 5.2.1.2.
Figure 3 — Rigid remote handling tongs
Figure 4 gives an example of articulated tongs equipped with a gaiter, mounted on a shielding wall.
Key
1 optional sphere rotation lock
2 gaiter designed to protect the pivot from dust and the operator's fingers from harm
Figure 4 — Articulated remote handling tongs with gaiter
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ISO 17874-5:2007(E)
4.3.2.3 Remote handling tongs with a wrist joint
These tongs include a wrist joint which enables the inclination of the tong (α rotation) and the rotation of the
tong around the Y axis (β rotation). This inclination is actuated by an identical motion of the handle made by
the operator. Accordingly, the tongs provide six motions [see Figures 5 a) and 5 b)].
This type of handling device is referred to as “tongs with a wrist joint”.
Key
1 tongs 5 shielding wall
2 sphere unit 6 shielding window
3 handle 7 hot cell
4 articulated rod 8 operating room
a) General view
b) Kinematics
Figure 5 — Articulated remote handling tongs with wrist joint
4.3.3 Vertical remote handling tongs
In this configuration, the remote handling tongs are equipped with a long vertical rod between the gripper and
the handle to facilitate their use in pools. These types of remote handling tongs are available in the same
three concepts (rigid tongs, articulated tongs, tongs with wrist joint similar to that of a mechanical master-slave
manipulator).
The movements of vertical remote handling tongs are similar to those provided by horizontal tongs, the
orientation of the gripper being adjusted by identical movement of the handle. Figure 6 gives an example of
vertical remote handling tongs providing the functions corresponding to the third design above. The
differences between the horizontal and vertical remote handling tongs are primarily represented by the
detailed design of the rods, which are much longer and larger in diameter for the vertical class.
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ISO 17874-5:2007(E)
Any movements associated with a carrying system may be added to the range of movements inherent in the
handling device itself [Figure 7 a)]. The number of motions, excluding the gripping motion, therefore varies
between four and six [see Figures 7 a and 7 b)].
Remote handling tongs for pools usually have a carrying system to take the weight and to enable precise
positioning (see Figure 7a). Such a device typically provides additional x and y motions. z and γ motions are
typically achieved respectively via a separate hoist or crane and manual rotation of the rod.
Variations are possible, e.g. remote handling tongs with a rigid rod (without α and β motions) or with an
articulated rod (without β motion).
Key
1 tongs 4 carrying system
2 rod 5 pool
3 handle
Figure 6 — Vertical remote handling tongs: General view
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ISO 17874-5:2007(E)
a) Motions associated with vertical remote handling b) Wrist motions
tongs on a carrier
Figure 7 — Vertical remote handling tongs on a carrying system: Kinematics
5 Basic selection criteria
5.1 General criteria
The work to be done within the containment enclosure or the pool determines the choice of the type of remote
handling tongs:
⎯ rigid tongs;
⎯ articulated tongs;
⎯ tongs with a wrist joint.
In general, the less complex types are easier to use and maintain, are of lower weight and of higher reliability.
To facilitate the operation, the design of the containment enclosure and the positioning of the remote handling
tongs in the containment wall shall be made so as to allow the handling of the objects in the simplest possible
way. Objects to be handled should be positioned and orientated to allow them to be moved with the simplest
possible handling device, respecting the operating volume. The design of the containment enclosure should
allow objects that do not need to be handled by the tongs to be excluded from the operating volume of the
tongs.
Where these objectives are fulfilled, rigid handling tongs will generally be sufficient. Articulated tongs or tongs
with a wrist are necessary given any of the following requirements:
a) extended dexterity for complicated tasks;
b) extended operating volume;
c) particular orientations of the tongs or of the objects;
d) easier use of special tools;
e) special operating conditions.
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ISO 17874-5:2007(E)
NOTE Articulated handling tongs and tongs with a wrist can be considered as intermediate devices between rigid
handling tongs and mechanical master-slave manipulators with articulated arms (see ISO 17874-2).
5.2 Particular criteria
5.2.1 General
This section describes the technical characteristics which need to be specified to enable the choice of the type
of remote handling tongs.
5.2.2 Main characteristics of remote handling tongs
5.2.2.1 General
5.2.2.1.1 Load capacity
In order to select the appropriate type of remote handling tongs, it is necessary to define the task to be
performed. For this purpose, the following parameters shall be considered:
⎯ the maximum as well the likely weight of the loads to be handled or lifted (objects, tools);
⎯ the forces (static and dynamic) to be exerted on objects to be handled;
⎯ the reaction forces of tools;
⎯ the geometry/shape of the object(s) to be handled.
5.2.2.1.2 Horizontal remote handling tongs
The useful load capacity depends upon the intended application.
1)
⎯ Laboratory work requiring some dexterity should be restricted to loads of up to about 2 kg. Such loads
also ensure a good reliability of the tongs.
⎯ Work involving very simple tasks (i.e. just moving an object) is readily possible with loads of up to 5 kg,
although 10 kg may be possible depending on the rod dimensions and the lever lengths around the
sphere unit.
5.2.2.1.3 Vertical remote handling tongs
Vertical remote handling tongs are typically used in pools, often for tasks involving heavy equipment and high
forces. The maximum handling capacity is usually 10 kg and the maximum load to be lifted (using a carrying
system) is generally 45 kg.
To increase reliabil
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 17874-5
Première édition
2007-02-01
Dispositifs de manipulation à distance
pour matériaux radioactifs —
Partie 5:
Pinces de manipulation à distance
Remote handling devices for radioactive materials —
Part 5: Remote handling tongs
Numéro de référence
ISO 17874-5:2007(F)
©
ISO 2007
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ISO 17874-5:2007(F)
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ii © ISO 2007 – Tous droits réservés
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ISO 17874-5:2007(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Caractéristiques générales et classification. 4
4.1 Généralités . 4
4.2 Classification et conditions d’utilisation. 4
4.2.1 Pinces de manipulation à distance horizontales. 4
4.2.2 Pinces de manipulation à distance verticales . 5
4.3 Cinématique . 5
4.3.1 Généralités . 5
4.3.2 Pinces de manipulation à distance horizontales. 5
4.3.3 Pinces de manipulation à distance verticales . 9
5 Critères principaux de sélection . 11
5.1 Critères généraux . 11
5.2 Critères particuliers. 12
5.2.1 Généralités . 12
5.2.2 Caractéristiques principales des pinces de manipulation à distance . 12
5.2.3 Installation des pinces de manipulation à distance. 13
5.3 Étanchéité et protection contre la contamination . 15
5.3.1 Généralités . 15
5.3.2 Matériaux constitutifs des soufflets . 16
5.3.3 Soufflets d’étanchéité montés sur bagues éjectables. 16
5.3.4 Raccord étanche. 18
5.4 Maintenance . 18
5.4.1 Retrait des pinces de manipulation à distance . 18
5.4.2 Changement d’un soufflet de pince. 18
5.5 Blindage. 18
5.6 Têtes de pinces . 19
6 Exemples de pinces de manipulation à distance spéciales. 20
6.1 Pinces de manipulation à distance pour mouvements répétitifs . 20
6.2 Pinces articulées de manipulation à distance pour travaux délicats. 21
7 Accessoires. 21
Annexe A (normative) Rotules.22
Annexe B (informative) Doigts de pinces . 24
Annexe C (informative) Accessoires. 26
Annexe D (informative) Soufflets pour pinces à distance. 29
Annexe E (informative) Changement de soufflet de pinces de manipulation à distance . 30
Annexe F (informative) Relation entre les caractéristiques des pinces de manipulation à distance
et les caractéristiques de l’espace de travail. 33
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ISO 17874-5:2007(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 17874-5 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 85, Énergie nucléaire, sous-comité SC 2,
Radioprotection.
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 4:Télémanipulateurs télécommandés
⎯ Partie 5: Pinces de manipulation à distance
La partie suivante est en cours d’élaboration:
⎯ Partie 3: Télémanipulateurs maître-esclave électriques
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ISO 17874-5:2007(F)
Introduction
La présente partie de l’ISO 17874 concerne les pinces de manipulation à distance à usages multiples pour
des applications nucléaires.
Ces pinces de manipulation à distance remplacent les mains et les bras dans les zones inaccessibles au
personnel (le plus souvent derrière des parois blindées ou des parois étanches). En règle générale, les pinces
de manipulation à distance ont des fonctionnalités plus limitées que les télémanipulateurs maitres-esclaves
mécaniques décrits dans l'ISO 17874-2.
Les pinces de manipulation à distance sont principalement utilisées en cellules de haute activité pour les
opérations suivantes: examen d'éléments combustibles, manipulation d’isotopes radioactifs, démantèlement
et traitement de déchets, analyse d'éléments radiochimiques.
Les pinces de manipulation à distance verticales trouvent principalement leur application pour la manipulation
en piscine de sources radioactives et d'éléments combustibles.
Les outillages spécifiques utilisés comme systèmes de préhension terminaux à la place des têtes de pinces
standards peuvent constituer des alternatives aux pinces traditionnelles, mais ils ne sont pas inclus dans la
présente partie de l’ISO 17874.
La présente partie de l’ISO 17874 ne traite que des dispositifs de manipulation à distance commandés
manuellement et pas de ceux à commande électrique ou hydraulique.
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NORME INTERNATIONALE ISO 17874-5:2007(F)
Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux
radioactifs —
Partie 5:
Pinces de manipulation à distance
1 Domaine d'application
L'objectif de la présente partie de l’ISO 17874 est de guider dans le choix, dans la mise en place et dans
l'utilisation de pinces de manipulation à distance manuelles dans une installation nucléaire.
La présente partie de l’ISO 17874 traite uniquement des aspects techniques spécifiques aux pinces de
manipulation à distance opérées de manière manuelle et de leurs interfaces avec les installations nucléaires
dans lesquelles elles doivent être implantées.
Elle ne couvre pas, en particulier, les critères généraux de conception de l’installation tels que procédé,
dispositions de maintenance et d'intervention, conduisant à la mise en œuvre de pinces de manipulation à
distance.
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 10648-2, Enceintes de confinement — Partie 2: Classification selon leur étanchéité et méthodes de
contrôle associées
ISO 17874-1, Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 1: Exigences
générales
ISO 17874-2, Dispositifs de manipulation à distance pour matériaux radioactifs — Partie 2: Télémanipulateurs
maître-esclave mécaniques
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ISO 17874-5:2007(F)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
3.1
axe
direction d’un système de coordonnées cartésiennes définies depuis la position de l’opérateur, considéré
comme l’origine du système
NOTE Les axes suivants sont pris en compte:
⎯ axe x, de la droite vers la gauche le long de la paroi blindée;
⎯ axe y, en avant vers la cellule blindée;
⎯ axe z, montée vers le plafond de la cellule blindée.
3.2
enceinte de confinement
enceinte conçue pour empêcher la fuite de produits contenus dans l’environnement interne concerné vers
l’environnement extérieur ou la pénétration de substances de l’environnement extérieur vers l’environnement
interne ou les deux simultanément
NOTE Il s'agit là d'un terme générique servant à désigner tous les types d'enceintes, y compris les boîtes à gants, les
enceintes étanches et les cellules blindées équipées de moyens de manipulation à distance.
3.3
enceinte blindée
cellule de haute activité
enceinte doublée d’un écran de protection additionnel, destiné à assurer une protection supplémentaire contre
les rayonnements pénétrants
NOTE Cette protection additionnelle peut être incorporée, rapportée ou indépendante de la structure assurant la
barrière de confinement. Le choix et l'épaisseur du matériau assurant le blindage dépendent du type de rayonnement
considéré (bêta, gamma ou neutron) et du mode de manipulation retenu.
3.4
déconnexion
opération mécanique permettant la séparation de deux éléments assemblés, telle que la déconnexion d’une
pince de son raccord étanche
3.5
dispositif de déconnexion
dispositif mécanique installé à l’intérieur d’une cellule de haute activité et utilisé pour la connexion ou la
déconnexion des systèmes de préhension terminaux d’un dispositif de manipulation à distance, par exemple
pinces, doigts, outils spécifiques, etc.
NOTE Ce dispositif peut éventuellement servir à entreposer ces éléments.
3.6
bague d’enceinte
anneau profilé, en alliage métallique, en matière plastique ou en métal, fixé sur la paroi d’une boîte à gants ou
d’une enceinte de confinement soit au moyen d’un système vissé, soit par collage, soit par soudage
NOTE Cette bague est destinée à recevoir des accessoires d’étanchéité interchangeables montés sur des bagues
supports (par exemple gants, obturateurs souples, soufflets pour pinces de manipulation à distance).
3.7
dispositif d’éjection
dispositif permettant la dépose à distance d’un élément interchangeable, par exemple un soufflet d’étanchéité
de pince à distance ou un obturateur souple, et son remplacement par autre élément sans rupture
d’étanchéité de l’enceinte
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ISO 17874-5:2007(F)
3.8
poignée
composant fixé à l’extrémité de la tige et saisi par l’opérateur pour permettre la commande du dispositif de
manipulation à distance
3.9
doigts (de pince)
éléments fixés à l’extrémité des pinces pour permettre la préhension d’un objet
NOTE Les doigts peuvent être déconnectables.
3.10
articulation
assemblage de plusieurs éléments mobiles permettant un mouvements de rotation autour d’un seul axe
3.11
espace de travail
espace dans lequel le fonctionnement d’une pince est possible, en considérant toutes les positions atteintes
par tout dispositif de préhension terminal
3.12
pince
dispositif de préhension fixé à l'extrémité de la tige et comprenant un élément actionneur et des doigts
NOTE L’élément actionneur se réfère également à la tête de pince.
3.13
rotule
élément inséré dans la paroi blindée ou dans la paroi de confinement servant de support à une partie mobile
sphérique ou cylindrique, formant le pivot des pinces à distance
NOTE Les articulations pivotantes ou les systèmes utilisant des broches avec la propriété d'assurer deux rotations
disposées à angle droit (tels un joint universel ou un cardan) peuvent aussi être appelés rotules.
3.14
manche de protection
soufflet d’étanchéité
manchette flexible, spécialement conçue pour assurer la protection contre la contamination des parties
mécaniques d’une pince pour manipulation à distance ou pour assurer la continuité de l’étanchéité de la
cellule
3.15
ensemble manche de protection
ensemble soufflet d’étanchéité
soufflet équipé à une extrémité d’un raccord étanche et à l’autre extrémité d’une bague support ou d’une
bague extensible
3.16
tige
tube rigide reliant la poignée et les pinces et contenant les éléments de transmission pour le mouvement de
serrage de la pince
NOTE La longueur de la tige définit la portée des pinces.
3.17
raccord étanche
dispositif monté entre les pinces et la tige, garantissant la continuité de l'étanchéité du soufflet et la
transmission du mouvement de serrage de la pince de façon étanche
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ISO 17874-5:2007(F)
3.18
mouvement
terme désignant la possibilité d’exécution d’un mouvement, qui peut être une translation linéaire ou une
rotation autour d’un axe défini
3.19
mouvement d’orientation
rotation autour de certains axes de la pince
NOTE Selon les axes considérés, on distingue les trois mouvements suivants: élévation de la pince (α), rotation de la
pince (β ) et pivotement de la pince ou mouvement azimutal de la pince (γ).
3.20
mouvement de positionnement
mouvement effectuant un déplacement linéaire de la pince (ou du dispositif de préhension terminal)
NOTE Selon les axes considérés, on distingue trois mouvements différents: x, y et z.
4 Caractéristiques générales et classification
4.1 Généralités
Une pince de manipulation à distance se compose d’un dispositif de préhension terminal et d’une poignée
reliés par une tige tubulaire assurant le lien mécanique entre la poignée et la tête de pince. Elle est installée
soit sur une paroi blindée, soit sur une paroi de confinement, soit montée sur un porteur, soit maintenue par
un opérateur.
Une pince de manipulation à distance assure la transmission directe des mouvements depuis la poignée
jusqu’au dispositif de préhension terminal (voir les exigences de l’ISO 17874-1). Grâce à cette liaison
mécanique directe, l’opérateur est capable d’appréhender les forces exercées sur les pinces et les efforts de
réaction engendrés en retour. Cela est appelé le retour d’effort.
Lorsqu'elle est installée sur une paroi blindée ou sur une paroi de confinement, la pince de manipulation à
distance peut être équipée d'un ensemble manche de protection qui assure l'étanchéité et la protection contre
la contamination.
Selon l'utilisation qui en est faite, l’unité de pince montée à l'extrémité de la tige doit pouvoir être
interchangeable afin de permettre l'utilisation de différents dispositifs de préhension terminaux ou le
changement de l'ensemble manche de protection.
4.2 Classification et conditions d’utilisation
4.2.1 Pinces de manipulation à distance horizontales
Ce sont les pinces à distance dont l'axe central de la tige est essentiellement horizontal. Elles ne peuvent être
utilisées qu'avec des charges modestes (voir 5.2).
Les pinces à distance horizontales sont utilisées dans les cas où une dextérité moyenne ou faible et un
espace de travail réduit sont requis. Elles sont généralement utilisées dans des enceintes de confinement
avec des murs blindés, et montées par paires, sur rotule (conformément à l’ISO 7212 et à l’ISO 9404-1).
La conception de l'ensemble ne doit pas compromettre significativement l'efficacité de la protection biologique.
Des pinces de manipulation à distance similaires peuvent aussi être manipulées directement par l'opérateur,
sans aucun support. En cas d’utilisation de tels systèmes (parfois dénommées perches), on s'assurera que la
distance entre la source radioactive et l'opérateur est suffisante pour garantir la protection requise.
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ISO 17874-5:2007(F)
4.2.2 Pinces de manipulation à distance verticales
Ce sont les pinces à distance dont l'axe central de la tige est essentiellement vertical. Compte tenu de
l’absence significative de bras de leviers, la capacité de levage peut être considérablement supérieure à celle
procurée par les pinces de type horizontal (voir 5.2).
Les pinces à distance verticale sont utilisées dans le cas où une dextérité moyenne ou faible est requise,
principalement dans les piscines. Elles peuvent être portées par l’opérateur ou fixées sur un engin porteur qui
supporte la charge verticale suivant les axes de positionnement X et Y. Le déplacement z est assuré par un
palan ou par un pont séparé.
La conception de l'ensemble doit assurer que l'efficacité de la protection biologique générée par l'eau du
milieu dans lequel il se déplace n'est pas compromise par cette installation (par exemple l'utilisation de corps
creux contenant du gaz est généralement déconseillée).
4.3 Cinématique
4.3.1 Généralités
Les pinces à distance assurent de quatre à six mouvements ainsi qu'un serrage de pince comme décrit
ci-dessous. De ce fait, on distingue trois types de pinces:
⎯ avec une tige rigide: quatre mouvements;
⎯ avec une tige articulée (autorisant une variation de l'inclinaison de l'outil de préhension): cinq
mouvements;
⎯ avec une genouillère (permet l'articulation et la rotation de l'outil de préhension): six mouvements.
4.3.2 Pinces de manipulation à distance horizontales
4.3.2.1 Pinces de manipulation à distance avec tige rigide
La cinématique de ces pinces permet quatre mouvements [voir Figures 1a) et 1b)] et assure (si placée en
position de référence)
⎯ la rotation de la rotule qui est insérée dans la paroi blindée. Les deux mouvements de rotation autour des
axes x et z permettent le déplacement du dispositif de préhension terminal le long des axes z et x
respectivement,
⎯ le coulissement de la tige tubulaire à l'intérieur de la sphère, le long de l’axe y,
⎯ la rotation de la tige tubulaire autour de l’axe y (mouvement β).
Ce type d'outil de manipulation est appelé «pince rigide».
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ISO 17874-5:2007(F)
Légende
1 pinces 6 paroi blindée
2 tige (rigide) 7 hublot
3 poignée 8 enceinte de confinement
4 rotule 9 cellule de haute activité
5 soufflet d’étanchéité 10 zone avant
a) Vue général
b) Cinématique
Figure 1 — Pinces de manipulation à distance horizontales, rigides, avec soufflet de protection
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ISO 17874-5:2007(F)
4.3.2.2 Pinces de manipulation à distance avec tige articulée
Ces pinces sont équipées d'une articulation permettant aux pinces de reproduire l’inclinaison de la poignée à
l'identique du mouvement donné par l’opérateur (rotation α). Leur cinématique permet ainsi cinq mouvements
[Voir Figures 2a) et 2b)].
Ce type d'outil de manipulation est appelé «pince articulée».
Légende
1 pinces 5 paroi blindée
2 tige articulée 6 hublot
3 poignée 7 cellule de haute activité
4 rotule 8 zone avant
a) Vue générale
b) Cinématique
Figure 2 — Pinces de manipulation à distance horizontales, articulées, sans soufflet de protection
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ISO 17874-5:2007(F)
La Figure 3 ci-dessous montre un exemple de pince rigide équipée d'un soufflet de protection, fixé sur une
paroi étanche [Figure 3a)] et d’une pince rigide sans soufflet de protection [Figure 3b)].
a) Pince de manipulation à distance, rigide, avec soufflet de protection
b) Pince de manipulation à distance, rigide, sans soufflet de protection
Légende
1 verrouillage optionnel de la rotation de la rotule
a
Les dimensions de la longueur, L, de la tige sont indiquées en 5.2.1.2.
Figure 3 — Pinces de manipulation à distance, rigides
La Figure 4 ci-dessous montre un exemple de pince articulée équipée d'un soufflet de protection fixé sur la
paroi étanche.
Légende
1 verrouillage optionnel de la rotation de la rotule
2 soufflet de protection de la genouillère contre la poussière et des doigts de l’opérateur contre la blessure
Figure 4 — Pince de manipulation à distance, articulée, avec soufflet de protection
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ISO 17874-5:2007(F)
4.3.2.3 Pinces de manipulation à distance avec une genouillère
Ces pinces comportent une genouillère qui permet l'inclinaison de la pince (rotation α) et la rotation de la
pince autour de l'axe y (rotation β ). L'inclinaison est obtenue par un mouvement identique à celui effectué par
l'opérateur. De ce fait, ces pinces permettent de réaliser six mouvements [voir Figures 5a) et 5b)].
Ce type de système de manipulation est appelé «pince à poignée articulée».
Légende
1 pinces 5 paroi blindée
2 rotule 6 hublot
3 poignée 7 cellule de haute activité
4 tige articulée 8 zone avant
a) Vue générale
b) Cinématique
Figure 5 — Pinces de manipulation à distance avec poignée articulée
4.3.3 Pinces de manipulation à distance verticales
Dans cette configuration, les pinces de manipulation à distance sont équipées d’une longue tige verticale
entre le dispositif de préhension et la poignée, de manière à faciliter leur utilisation dans les piscines. Ces
types de pinces de manipulation à distance sont disponibles dans les trois conceptions précédentes (avec tige
rigide, avec tige articulée, avec genouillère) identiques à celles des télémanipulateurs maître-esclave
mécaniques).
Les mouvements des pinces de manipulation à distance verticales sont similaires aux mouvements des
pinces à axe horizontal, l'orientation du dispositif de préhension étant ajustée par des mouvements identiques
de la poignée. La Figure 6 montre un exemple de pince à axe vertical offrant les fonctionnalités décrites
ci-dessus, pour le troisième type de conception. Les différences entre les pinces à axe vertical et les pinces à
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ISO 17874-5:2007(F)
axe horizontal sont principalement dans la conception détaillée des tiges, qui sont plus longues et d'un
diamètre plus important dans le cas des pinces à axe vertical.
Tout mouvement associé au système de soutien doit être ajouté à l'ensemble des mouvements inhérents au
système de manipulation lui-même [Figure 7a)]. Le nombre de mouvements, à l'exception du serrage de
pince, varie donc, en général, de quatre à six [voir Figures 7a) et 7b)].
Les pinces de manipulation à distance pour les piscines ont généralement un système de soutien qui
supporte le poids et qui permet un positionnement précis [voir Figure 7a)]. Un tel système apporte en général
des mouvements supplémentaires x et y. Les mouvements z et γ sont assurés respectivement par un palan ou
un pont séparé et une rotation manuelle de la tige.
Des variantes sont possibles, par exemple des pinces de manipulation à distance avec tige rigide (sans
mouvement α, β ) ou avec une tige articulée (sans mouvement β ).
Légende
1 pinces 4 système de support
2 tige 5 piscine
3 poignée
Figure 6 — Pinces de manipulation à distance verticales: Vue d’ensemble
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a) Mouvements associés aux pinces articulées b) Mouvements de la genouillère
verticales avec dispositif de portage
Figure 7 — Pinces de manipulation à distance, verticales, avec dispositif de portage: Cinématique
5 Critères principaux de sélection
5.1 Critères généraux
Les tâches à exécuter dans l’enceinte de conf
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.