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Einrichtung zur Vornahme von ferngesteuerten
Manipulationen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Vornahme von ferngesteuerten Manipulationen, vorzugsweise für Arbeiten in radioaktiven, verseuchten, giftigen oder sonst für den menschlichen Organis- mus ungeeigneten Räumen mit einem mehrteiligen Arbeitsarm, der einen Oberarm. einen Unterarm und einen Handteil mit Greiffingern umfasst. Es wird darauf hingewiesen, dass mit dem Ausdruck "Ober-" je- weils der dem Fahrerhaus nähere Teil bezeichnet ist ; mit"Unter-"wird in ähnlicher Weise der entferntere
Teil benannt. Die Bezeichnung erfolgt unabhängig von der örtlichen Stellung der genannten Teile zuein- ander.
Es istdas Zielder vorliegenden Erfindung einen gelenkigen Manipulator zu schaffen, der viele Frei- heitsgrade besitzt, bei dem aber die Bedienungsperson des Manipulators in einer unbewohnbaren Umge- bung innerhalb eines vom Fahrzeug, auf welchem der Manipulator selbst gelagert ist, getragenen schützen- den Fahrerhauses oder einer Kabine verbleibt. Diese Kabine wird hiebei je nach der Art der gefährlichen
Umgebung, gegen radioaktive Strahlung masseabgeschirmt, gegen das Hindurchkriechen giftiger Gase ab- gedichtet und/oder mit Sauerstoff unter Druck gesetzt und versorgt sein. Demgemäss erlaubt die oben ge- schilderte Einrichtung der Bedienungsperson, den Manipulator von einer sicheren Beobachtungsstelle inner- halb der Kabine aus zu kontrollieren, während sie die verschiedenen Manipulationen im unbewohnbaren
Bereich oder Umgebung ausführt.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm an einem in einer Hülse längsverschieb- baren Verschiebeteil schwenkbar befestigt ist und einen Oberteil sowie einen Unterteil besitzt, die gegen- einander um ihre Längsachse drehbar sind, wobei der Oberteil teleskopisch in Längsrichtung ausziehbar ist.
Dabei ist der Arbeitsarm mittels einer Schulterstütze um eine Achse in Richtung der Verstellung des Ver- schiebeteiles drehbar. Die Ausziehbewegung des teleskopischen Oberteiles erfolgt mittels eines Spindelsme- bes, der innerhalb der Teleskoprohre angeordnet ist, wobei die Teleskoprohre gegen eine Drehung gegen- einander gesichert sind. Der Arbeitsarm selbst ist an einem Fahrzeug angeordnet, wobei der Arbeitsarm über einer Kabine dieses Fahrzeuges vorgesehen und mit der genannten Kabine rotierbar ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemässen Einrichtung erreicht man z. B., dass man beim Zerlegen oder Abbauen von Kernkraftmaschinen für Luftfahrzeuge, warten kann, bis sich eine vorläufige Untersuchung durchführen lässt, indem eine kleine Fernsehkamera in die Maschinenkammer eingeschoben wird, wobei diese Kamera gegebenenfalls an einem der mehreren Träger oder Befestigungsarme angeordnet wird, die innerhalb der Kammer bei den Betrachtungsstellen vorgesehensind, sodass sich der tatsächliche Zerlegungsvorgang dann entsprechend beobachten lässt. Dieser Zerlegungsvorgang umfasst natürlich das Lösen von Bolzen durch Anwendung eines von dem Handmechanismus getragenen. sich drehenden Mutternstechschlüssels. Zuweilen ist auch ins Auge zu fassen, dass kleine Zangen, z. B. Beiss- oder Spannzangen mittels des Handmechanismus z.
B. beim Zusammenfügen und Trennen elektrischer Drähte manipuliert werden müssen. Ferner wird gelegentlich ein Schraubenzieher oder ein anderes Werkzeug gebraucht. Sodann kannes auch vorkommen, dass der ganze Handmechanismus entfernt wird, wenn Umstände dies gebieten, um zu ermöglichen, dass spezielle Geräte, Werkzeuge oder andere Handmecaanismen verwendet werden sollen.
Auch nach dem Ausbau der einzelnen Teile erfordern verschiedene Teile ein Auseinandernehmen und eine eingehende Untersuchung. Aus diesem Grunde soll die Einrichtung so beweglich sein, dass die einzelnen Teile nahe zum Betrachtungsfenster (oder-fenstem) der geschützten Kabine gebracht werden können.
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wo sich die Bedienungsperson aufhält.
Hiebei schützt die Kabine selbst den Manipulator ab, während die Kabine ihrerseits auf einem zweckentsprechenden Fahrzeug angeordnet ist, das genügend Beweglichkeit für die Durchführung der verschiedenen Aufgaben besitzt, für die sich der Manipulator bestimmungsgemäss eignet. j Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemässen Einrichtung bei Verwendung in ei- nem verseuchten Bereich und an einem kemkraftgetriebenem Flugzeug, Fig. 2 eine weitere perspektivi- sche Ansicht der Einrichtung, wobei der Handmechanismus in die Nähe des Betrachtungsfensters eines Be- dienungshauses gebracht ist.
Fig. 3 eine Vorderansicht der im Führerstandhaus befindlichen Steuerta- fel mit Hilfe deren die Bedienungsperson die verschiedenen Bewegungen des Manipulators kontrolliert, ) Fig. 4 die auf dem Dach des Hauses angeordnete Auslegerstütze mit dem Triebteil, Fig. 5 den an die
Auslegerstütze anschliessenden Teil mit der Schulterstütze und dem teleskopischen Oberteil, Fig. 6 den
Anschluss an den Oberteil der Fig. 5 mit Unterarmteil, Handgelenkteil und Handteil, Fig. 7 den Sei- tenriss zu Fig. 4, Fig. 8 den Seitenriss zu Fig. 5, Fig. 9 den Seitenriss zu Fig. 6.
Im einzelnen zeigt zunächst Fig. 1, ganz allgemein mit 10 angedeutet, den betreffenden unbewohni baren Bereich. Innerhalb dieses Bereiches befindet sich ein kernkraftgetriebenes Flugzeug 12, mit einer Öffnung 14, die in die Maschinenkammer führt. Es sei angenommen, dass sich die Kernkraftmaschine innerhalb der Kammer im Zustand der Demontage zwecks Entfemens in einem besonderen Warfungsbe- reich befindet.
Inder Nähe des Flugzeuges 12 befindet sich ein Fahrzeug 16, das im veranschaulichten Ausführungbeispiel mit endlosen Antriebsketten 18 od. dgl. versehen ist. Obwohl das Fahrzeug nicht näher veran- schaulicht ist, versteht sich, dass es beweglich ausgeführt ist und sich um den Arbeitsbereich 10 herum in
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dienenden Objektes bewegen lässt.
Über dem Fahrzeug 16 befindet sich eine geschützte Kabine 20 (es sei angenommen, dass der Bereich
10 radioaktiv ist), das mit einem Betrachtungsfenster 22 ausgerüstet ist, durch das hindurch die Bedie- nungsperson im Führerstandhaus den umgebenden Bereich innerhalb des Arbeitsbereiches 10 beobachten kann. Die Kabine 20 ist unmittelbar auf einer vertikalen Teleskopstange 24 angeordnet. Es sei lediglich erwähnt, dass sich die Stange dank der verschiedenen, sich bildenden Teleskopabschnitte aufwärts in eine bevorzugte Hubhöhe ausstrecken lässt. Ausserdem lässt sich die Stange um eine vertikale Achse drehen.
Die Einrichtung zum Anheben der Kabine durch Ausstrecken der Stange 24 befindet sich innerhalb des Hauptkörpers des Fahrzeuges 16 und kann eine hydraulische Einrichtung sein. In gleicher Weise kann auch der Motor zum Drehen der Kabine 20 um eine durch die Stange 24 geschaffene vertikale Achse innerhalb des Fahrzeuges 16 untergebracht sein.
Ein allgemein durch die Bezugsziffer 26 bezeichneter gelenkiger Arbeitsarm wird von der Kabine 20 getragen und nachstehend im einzelnen beschrieben. Zunächst sei jedoch auf eine innerhalb der Kabine
20 untergebrachte Steuertafel 28 verwiesen, mittels welcher der Arbeitsarm 26 in verschiedene Winkellagenund Stellungen zur Durchführung vorbestimmter Aufgaben bewegt werden kann. Wie aus Fig. 1 hervorgeht, trägt der Arbeitsarm 26 an seinem freien Ende eine Fernsehkamera 30, welche durch die Öffnung 14 hindurch in die Maschinenkammer eingeführt werden kann. Geschieht dies, so lässt sich eine vorläufige Prüfung der Maschine durchführen, bevor sie demontiert wird.
Ferner kann die Kamera 30 während der tatsächlichen Demontage der Maschine innerhalb der Maschinenkammer belassen werden, wofür zweck- entsprechende Lagerarme od. dgl. an den Operationsstellen innerhalb der Kammer angeordnet werden können.
Oben an der Kabine 20 ist eine Lagerplatte 32 fest angeordnet (Fig. 7). An der Platte ist seinerseits wiederum fest angebracht, was mit dem Ausdruck Auslegerdrehlager 34 bezeichnet werden kann. Das Lager 34 wird von einem Ringgetriebeteil 36 umfangen. Mit diesem Triebteil 36 steht ein Treibritzel 38 in Eingriff, das am oberen Ende einer Triebwelle 40 angebracht ist. Am unteren Ende der Welle 40, die sich ganz ausserhalb der Kabine 20 befindet, ist ein mechanisch gekuppelter Auslegerdrehmotor 58 vorgesehen. Dank der zuvor beschriebenen Lagerausbildung, welche den gelenkigen Manipulator 26 trägt, lässt sich der Arbeitsarm, wie ersichtlich, um eine vertikale Achse 50 drehen, wobei diese Drehung relativ zur Kabine 20 erfolgt.
Unmittelbar am Ringtriebteil 36 ist ein Lagerstuhl 52 angeordnet. Am Stuhl ist eine Auslegerstütze 54 vonrechtwinkeligemQuerschnitt angebracht. Die Auslegerstütze 54 trägt teleskopisch einen Verschiebeteil 56. Durch die Mitwirkung von Führungsrollen 57 wird dem Verschiebeteil 56 zwangsläufig ein gradliniger Vorschub und Rückschub mit Bezug auf die Auslegerstütze 54 erteilt.
Vorschub und Rückschub werden mit Hilfe einer sich längs einer Seite des Verschiebeteiles 56 erstreckenden Zahnstange 60. verwirklicht. In diese Zahnstange greift ein Ritzel 62 ein, das vor einem An-
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entnehmen, dass diese Schulterstützelenkig gelagert und bewegbar, welche dank einer Welle oder Zapfens 112 rechtwinkelig zur Längsachse des Ober-Armes 76 verläuft. Die tatsächliche Gelenkbewegung erfolgt mittels eines Trieblings 114, der unmittelbar am einen Ende des Zapfens gelagert ist, wobei in den Triebling 114 ein Ritzel 116 eingreift, das mit Hilfe eines Unterarmgelenkmotors 118 gedreht werden kann. Wie sich aus Fig. 6 entnehmen lässt, ist der Unterarmgelenkmotor am Unterteil des Ober-Armes 76 fest gelagert.
Während ein Ende des Unterarmes 110 mit einem Ende des Ober-Armes 76, wie oben beschrieben, gelenkig verbunden ist, trägt das entgegengesetzte Ende des Unterarmes 110 gelenkig einen Handgelenkteil 120.. Um diesen Handgelenkteil 120 mit Bezug auf den Unterarm 110 gelenkig zu machen, ist eine Querwelle oder-Zapfen 122 vorgesehen. Wie sich aus Fig. 6 ergibt, ist die Welle oder Zapfen 122 mit einem Triebling 124 einteilig ausgebildet, der mittels eines Ritzels 126 angetrieben wird, das seinerseits von einem unmittelbar auf dem Unterarm gelagerten Motor 128 angetrieben wird.
Das Handgelenkteil 120 ist für den drehbaren Einbau eines Handmechanismus mittig hohl ausgebildet.
Um eine Drehung dieses Handmechanismus um seine eigene Längsachse hervorzurufen, die zufällig auch die Längsachse des Handgelenkteiles 120 ist, ist innerhalb des Handgelenkteiles ein Lagerpaar 134, 136 angeordnet. Diese Lager dienen als drehbare Stütze des Handmechanismus 130. Im besonderen weist der Handmechanismus 130 einen zylindrischen Abschnitt 138 auf, der von den Lagern 134 und 136 aufgenommen wird.
Um die Drehung des Handmechanismus 130 um seine eigene Längsachse zu erzeugen, ist am vorspringenden Teil des zylindrischen Abschnittes 138 ein Triebling 140 vorgesehen. Dieser Triebling wird mittels eines Ritzels 142 angetrieben, das von einem unmittelbar am Handgelenkteil 120 gelagerten Motor 144 betätigt wird.
Wie sich aus einer Betrachtung der Fig. 9 ergibt, weist der Handmechanismus ein Paar gelenkiger Greiferfinger 146 auf. Diese Finger 146 sind mittels eines Paares von Gelenkstücken 148 angebracht, deren eines Ende mit den Fingern und deren anderes Ende mit einem mit Gewinde versehenen Stössel 149 verbunden ist, dersichin den zylindrischen Abschnitt 138 erstreckt. Der Gewindestössel 149 wird mit Hilfe eines mit Innengewinde versehenen Schneckenrades 150 vorgeschoben oder zurückgezogen, das gegen
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zweckentsprechendzylindrischen Abschnitt 138 aufgenommenen Motor 152 betätigt wird.
Weiter oben war bereits die Kontrolltafel 28 erwähnt. Aus Fig. 3 ergibt sich, dass diese Tafel einen "Leistungein"-Schalter 160 für den Zweck der Versorgung der (nicht veranschaulichten) Tafelschaltkreise mit Leistung trägt. Ein doppelter Umschaltkippschalter 162 liegt im Kreis mit dem Motor 58, wodurch der Ausleger um die vertikale Achse 50 gedreht werden kann. Dank eines ähnlichen Schalters 164 kann der Motor 64 mit Leistung versorgt werden, um einen Vorschub der Zurückziehung des Verschiebeteiles 56 relativ zu seiner Stütze 54 zu bewirken. Ein weiterer Schalter 166, im Kreis mit dem Motor 74. bewirkt eine Drehung der Schulterstütze 66 um die horizontale Achse des Verschiebeteiles 56. In gleicher Weise erzeugt ein Schalter 167, der im Kreis des Motors 81 liegt, eine Schwenkung oder Gelenkbewegung des Ober-Armes 76 um die Verbindung 78.
Ebenso gestattet ein Schalter 168 eine Leistungszufuhr zum Motor 100, um auf diese Weise ein Ausstrecken oder Zurückziehen des inneren Rohres 86 des Ober-Armes 76 zubewirken. Ein weiterer Schalter 170 erlaubt es, dass der Teil 82 um die Längsachse seines Armes 76 gedreht wird, wobei dieser Schalter den Motor 108 in der gewünschten Richtung Leistung zuführt. Als nächstes bewirkt ein Schalter 172 eine Betätigung des Motors 118. um am Verbindungsglied 112einen"Ell- bogenknick"hervorzurufen. Femer bewirkt ein Schalter 174, dass. dem Motor 128 Leistung zugeführt wird, wodurch eine gelenkige Bewegung, z. B. ein Schwenken des Handgelenkteiles 120 um das Verbindungglied 122 hervorgerufen wird.
Sodann verwirklicht ein Schalter 176 die Energieversorgung des Motors 144 und hiedurch eine Drehung des Handmechanismus 130 um seine eigene Längsachse. Schliesslich können die Backenteile 146 mit Hilfe eine Schalters 178 in eine offene oder geschlossene Stellung gebracht werden, wobei der Motor 152 in dem Kreis dieses besonderen Schalters liegt.
Um die Wirkungsweise gemäss der vorliegenden Erfindung besser zu veranschaulichen, sei angenommen, dass sich die Bedienungsperson innerhalb der Kabine 20 befindet und einen bestimmten Teil der von der Kernkraft-Luftfahrzeugmaschine entfernen soll. Um dies zu erleichtern, muss der Maschinenteil zuerst vom Luftfahrzeuggestell losgelöst oder demontiert werden, und muss dann in einen Wartungsbereich oder eine Werkstatt weggebracht werden, wo sie mittels derselben Einrichtung oder einer zweiten derartigen Einheit behandelt werden kann.
Der erste Schritt zur praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Kamera 30 durchdie Öffnung 14 indie Maschinenkammer an eine zweckentsprechende Stelle einzuführen, damit die
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1).Dreh- Verwindebewegungen ausgeführt werden. Die Drehung des Handgelenkes wird von einem Motor
144 VOI1fülut, der von einem Schalter 174 eingeschaltet wird, der sich auf dem Teil 120 befindet. Am
Motor 144 ist zum Zwecke der Drehung das Ritzel 142 fest angebracht, das mit dem verzahnten Abschnitt des Zylinders 138 kämmt und hiedurch bewirkt, dass sich der Handmechanismus 130 um die Längsachse des Handgelenkes 120 dreht, z. B. wenn ein Bolzen gedreht oder geschwenkt oder eine Mutter wegge- nommen werden soll.
Innerhalb des Handgelenkteiles 120 ist ein Motor 152 angeordnet, der mittels des Schalters 178 ein- geschaltet wird. Der Motor 152 bewirkt, dass ein hin-und hergehender Stössel 149 vorgestossen oder zu- rückgezogen wird und hiedurch die Backenteile 146 dazu bringt, dass sie sich öffnen oder schliessen, um die Bedienungsperson in den Stand zu setzen, ein gewünschtes Objekt zu ergreifen.
Für Fig. 2 kann unterstellt werden, dass die Bedienungsperson die Maschine vom Gestell des Luftfahr- zeuges gelöst oder demontiert, sie von dort entfernt und in einen Wartungsbereich 180 gebracht hat. Ge- mäss der Figur hat er einen Teil oder Element 182 von der Maschine entfernt und hat, indem er die ver- schiedenen Abschnitte des Manipulators 26 richtig einstellte, den Teil 182 in eine Betrachtungsstellung einige Zentimeter vorne vor dem Beobachtungsfenster 22 des Führerstandhauses 20 näher gebracht, um dort eine nähere Untersuchung vorzunehmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Vornahme von ferngesteuerten Manipulationen, vorzugsweise für Arbeiten in radioaktiven, verseuchten, giftigen oder sonst für den menschlichen Organismus ungeeigneten Räumen mit einem mehrteiligen Arbeitsarm, der einen Oberarm, einen Unterarm und einen Handteil mit Greiffingern umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Oberarm (76) an einem in einer Hülse (54) längsverschiebbaren Verschiebeteil (56) schwenkbarbefestigt ist und einen Oberteil (80) sowie einen Unterteil (82) besitzt, die gegeneinander um ihre Längsachse drehbar sind, wobei der Oberteil teleskopisch (Rohre 84, 86) in Längsrichtung ausziehbar ist.