CZ2018504A3 - Robotický efektor s duálním uchopovacím modulem - Google Patents

Abstract

Robotický efektor s duálním uchopovacím modulem se skládá z plošného rámu (2), v jehož spodní části je kyvně uložen efektor (3) pro bentonitové lože s rameny (7) efektoru pro bentonitové lože a efektor (4) pro UOS s rameny (9) efektoru pro UOS. V ramenech (7) efektoru pro bentonitové lože a ramenech (9) efektoru pro UOS jsou kyvně uloženy lineární aktuátory (8). Nad rámem (2) je prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanismu (6) uchycena horizontálně vodicí jednotka (5). Rám (2) je zavěšen na pohybových šroubech (12) s nimiž je pevně propojen, a jež jsou uloženy v otočných maticích (13) uložených v ložiskách (14) vertikálního stavěni rámu (15) horizontálně vodící jednotky. Pevnou součástí otočných matic (13) jsou ozubená kola (16), do kterých zapadá propojující ozubený tvarový element (17), do kterého pastorkem zabírá vertikální pohon (18) uložený v rámu (15) horizontálně vodící jednotky. V rámu (15) horizontálně vodící jednotky jsou v horní části uloženy vodící kladky (19) a ve spadni části vodicí kladky (20) excentrické tvarově zapadající do vodorovného nosníku (21). Na spodní hraně vodorovného nosníku (21) je uložen ozubený hřeben (22), do kterého zapadá pastorek horizontálního pohonu (23). Horizontální pohon (23) je pevně propojen s rámem (15) horizontálně vodicí jednotky.

Description

Robotický efektor s duálním uchopovacím modulem

Oblast techniky

Vynález se týká robotického efektoru s duálním uchopovacím modulem určeného zejména pro transport úložných obalových souborů a bentonitového lože, ale i jiných předmětů obdobného tvaru. Při změně kontaktní koncovky ramen efektoru lze systém využít pro transport předmětů odlišných tvarů.

Dosavadní stav techniky

V současné době v oblasti robotických efektorů pro uchopování a manipulaci válcových předmětů, zejména ve vyšších váhových kategoriích, neexistuje analogické zařízení navrhovaného robotického efektoru s duálním uchopovacím modulem.

Navrhovaný uchopovací modul vykazuje schopnost uchopovat, jedním efektorem s duálními uchopovacími moduly, tedy i jednou robotickou technologií, tvarově rozdílné komponenty současně, válcové pouzdro a následně současně jiný tvarový komponent, který nemá kruhový profil.

Patenty č. US 5409280 a č. EP 0619166A1 a řada dalších analogických efektorů využívají výrazně odlišné konstrukční řešení, které nevykazuje parametry a schopnost duálního úchopu tvarově odlišných komponentův podle navrhovaného řešení vynálezu.

V patentovém spisu US 8328071 B2 je zachyceno řešení synchronizace ramen efektoru, mechanikou propojovacího synchronizačního táhla. Mechanismus uchopovacích segmentů je individuálně nastavitelný v orientaci k hlavnímu nosníku, v jednom nebo více směrech, nastavitelnost funguje na principu kladičkových mechanismů, diametrálně odlišných od elektromechanického systému s lineárními aktuátory a regulátorem uchopovací síly robotického efektoru, podle vynálezu.

V patentovém spisu US 20120146353 AI je zachyceno řešení s čtyřkloubovým mechanismem uchopování, kde je možno měnit sílu uchopení prostřednictvím ovládání hydraulickým nebo pneumatickým válcem, uchopovací sílu je tedy možno měnit změnou tlaku pracovního média, prostřednictvím čerpadla nebo proporcionálního ventilu. Nevýhodou této technologie je velká objemnost mechanických bloků hydrauliky nebo pneumatiky, nezbytnost využití agregátu, vysoká hmotnost, vysoká energetická náročnost. Uvedené zařízení je do prostorového řešení navrhovaného robotického efektoru neimplementovatelné.

Mechanický systém podle patentu US 5409280 A umožňuje zvedání a manipulaci komponentů kruhových profilů s výhodou dvou pohyblivých ramen, tlačených směrem vně předepjatými pružinami, uchopovací prvky jsou uspořádány na ramenech a jejich propojovacím skeletu. Zdvihací síla působí na vačkové segmenty proti pohyblivě uloženým válcům. Tato technologie neřeší požadované fůnkce robotického efektoru podle vynálezu.

Patentové řešení US 4097084 A určené pro manipulaci zejména v omezeném prostoru, pro uchopování válcových předmětů, upínací člen končí ve zvedacím oku, takže přítlačná síla uchopovacího mechanismu je přímo úměrná váze uchopovaného válce. Toto technologické řešení nevykazuje prvky technologických vazeb navrhovaného patentu.

Jednou z nejbližších technologií navrhovaného technického řešení jsou robotické manipulátory firmy La Valley Industries (https avail ey irs dnstrs es, com /i ndex). Široké spektrum řady využívaných efektorů touto firmou je orientováno na uchopování kruhových válců a potrubních

- 1 CZ 2018 - 504 A3 komponentů ve vyšších váhových kategoriích, zavěšených na jeřábových manipulátorech. Tyto vysoce sofistikované uchopovací efektory využívají speciální lineární akuátory, žádný z těchto typů efektorů ale nevykazuje technologické řešení podle navrhovaného patentu. Využívané aktuátory mají odlišnou technologickou skladbu pracovních komponentů a nevykazují kombinaci silového aktuátoru s novým technologickým řešením regulátorů uchopovací síly, která vytváří podmínky pro řízenou regulaci přítlačné síly silového aktuátoru.

Například v patentovém spisu US 8328071 B2 je zachyceno řešení synchronizace ramen efektorů, které je však řešeno mechanicky pomocí propojovacího synchronizačního táhla. Synchronizace pohybu uchopovacích kleštin tak není zcela přesná a pokud je nutno měnit uchopovací sílu, je možné změny dosáhnout pouze změnou tlaku použitého média, což má za následek vyšší složitost mechaniky a vyšší finanční náročnost.

V dalším patentovém spise US 20120146353 AI je zachyceno řešení s čtyřkloubovým mechanizmem uchopování, kde je možno měnit sílu uchopení prostřednictvím ovládání hydraulickým nebo pneumatickým válcem, sílu je tedy možno měnit změnou tlaku pracovního média a je zde je nutno měnit tlak buď čerpadlem nebo proporcionálním ventilem. Nevýhodou řešení jsou navíc použité mechanizmy s využitím pneumatiky, případně hydrauliky, která je prostorově velmi náročná (včetně nutnosti využití hydraulického agregátu), má vysokou hmotnost a vyšší energetickou náročnost. Z uvedených nevýhod rovněž vyplývá vyšší ekonomická náročnost.

Pokud se jedná o lineární aktuátory, opět existuje široká škála produktů s osovým uspořádáním aktuátoru s elektromotorem, jak je tomu u námi předkládaného typu řešení. V rámci uvedené skupiny existují dva typy aktuátorů:

První typ: pohon v ose je za pohybovým šroubem, to je v prostoru mimo polohovaný pohybový šroub. Nevýhodou uvedeného řešení je větší délka lineárního aktuátoru, a to o délku tohoto pohonu. Tento první typ řešení je zachycen v patentovém spise WO 2006133716 AI (využívá například dánská společnost CONCENS).

Druhý typ: pohon je s dutou hřídelí a je v oblasti pohybu poloho vání pohybového šroubu, ale jeho pohyb je uskutečňován válečkovou pohybovou maticí, tak jak je zachyceno řešení například v patentovém spise C. B. Strandgren 2,683, 379 - viz obr. 1,2,3, a v patentovém spise US 7044017 B2 - viz obr. 2. Nevýhodou uvedeného řešení je vysoká náročnost na přesnost i složitost, a z toho vyplývající také značná ekonomická náročnost.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody do značné míry odstraňuje Robotický efektor s duálním uchopovacím modulem, jehož stěžejními částmi jsou rám, efektor pro bentonitové lože, efektor pro UOS, horizontálně vodicí jednotka s rámem horizontálně vodící jednotky, vodorovný nosník a vertikálně stavitelný mechanismus, přičemž ve spodní části plošného rámu je kyvné uložen efektor pro bentonitové lože s rameny efektorů pro bentonitové lože a efektor pro UOS s rameny efektorů pro UOS, přičemž v ramenech efektorů pro bentonitové lože a ramenech efektorů pro UOS jsou kyvné uloženy lineární aktuátory, přičemž nad rámem je prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanismu uchycena horizontálně vodicí jednotka, kdy rám je zavěšen na pohybových šroubech s nimiž je pevně propojen, a jež jsou uloženy v otočných maticích uložených v ložiskách vertikálního stavění rámu horizontálně vodící jednotky, přičemž pevnou součástí otočných matic jsou ozubená kola do kterých zapadá propojující ozubený tvarový element do kterého pastorkem zabírá vertikální pohon uložený v rámu horizontálně vodící jednotky, přičemž v rámu horizontálně vodící jednotky jsou v horní části uloženy vodicí kladky a ve spodní části vodicí kladky excentrické tvarově zapadající do vodorovného nosníku, přičemž na spodní hraně vodorovného nosníku je uložen ozubený hřeben, do kterého zapadá pastorek

-2CZ 2018 - 504 A3 horizontálního pohonu, přičemž horizontální pohon je pevně propojen s rámem horizontálně vodící jednotky.

Dále je výhodné, když jsou ramena efektoru pro bentonitové lože zakončené koncovkou válcovou.

Dále je výhodné, když jsou ramena efektoru pro UOS zakončené opěrkou prizmatickou

Dále je výhodné, když se vertikálně stavitelný mechanismus skládá z pohybového šroubu, otočné matice, ozubeného kola, ložisek vertikálního stavění, ozubeného tvarového elementu a vertikálního pohonu

Výhodami navrženého zařízení je, že robotický efektor s duálním uchopovacím modulem lze využít na uchopení a transport předmětů válcového nebo jiného tvaru o velké tonáži, přičemž lze měnit kontaktní koncovky ramen efektoru, čímž je dosaženo efektu možnosti uchopování předmětů odlišných tvarů.

Objasnění výkresů

Na přiložených listech jsou znázorněny obrázky a legenda.

OBR. 1 sestava robotického efektoru s duálním uchopovacím modulem v axonometrickém pohledu, kde jsou patrny všechny podsestavy zařízení

OBR. 2 robotický efektor s duálním uchopovacím modulem ve své plné využitelnosti, kdy na dvou obrázcích levé strany je zobrazeno využití efektoru prvního typu s prizmatickými koncovkami, ve fázi, kdy je uchopen UOS - úložný obalový soubor, tj. těleso válcovitého tvaru. Na dvou obrázcích pravé strany je zobrazeno využití efektoru druhého typu s válcovými koncovkami, v našem případě nesoucí bentonitové lože, ale může to být i těleso deskovitého tvaru, v lepším případě toto těleso má podélnou drážku, tak jako v našem případě.

OBR. 3 v horní části je nárys zařízení a je zde patrno složení efektoru prvního typu a ve spodní části je v nárysu patrno složení efektoru druhého typu

OBR. 4 řez vertikálně stavitelným mechanizmem, kde je znázorněno uložení pohybového šroubu

OBR. 5 v bokoryse je patrna horizontálně vodicí jednotka a do ní vložený vertikálně stavitelný mechanizmus. Je zde dobře znázorněn záběr pastorku horizontálního pohonu do ozubeného hřebenu vodorovného nosníku

OBR. 6 řez horizontálně vodicí jednotkou. Je zde znázorněn záběr pastorku horizontálního pohonu do ozubeného hřebenu vodorovného nosníku

Příklady uskutečnění vynálezu

Robotický efektor 1 s duálním uchopovacím modulem je tvořen rámem 2 deskovitého tvaru, na němž jsou ve spodní části uchyceny efektor 3 pro bentonitové lože a efektor 4 pro UOS. Nad rámem 2 je prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanizmu 6 uchycena horizontálně vodicí jednotka 5. Součástí rámu 2 jsou oka, v nichž jsou kyvné uloženy čepy ramen 7 efektoru pro bentonitové lože a jeho lineární aktuátory 8, uložené na protilehlé straně v ramenech 7 efektoru pro bentonitové lože. Totéž platí pro ramena 9 efektoru pro UOS, ve kterých jsou kyvné uloženy

-3 CZ 2018 - 504 A3 lineární aktuátory 8. Každé rameno je zakončeno kontaktní koncovkou, která je dána tvarem uchopovaného protikusu. V případě uchopovacího efektoru 3 pro bentonitové lože je to koncovka 10 válcová a v případě efektoru 4 pro UOS je koncovkou opěrka 11 prizmatická.

Rám 2 je zavěšen ve čtyřech pohybových šroubech 12. s nimiž je pevně propojen, a ty jsou uloženy v otočných maticích 13 uložených v ložiskách 14 vertikálního stavění rámu 15 horizontálně vodicí jednotky. Pevnou součástí otočných matic 13 jsou ozubená kola 16, do kterých zapadá propojující ozubený tvarový element 17 ovládaný pastorkem vertikálního pohonu 18 uloženého v rámu 15 horizontálně vodicí jednotky.

V tomto rámu jsou dále uloženy v horní části tvarové vodicí kladky 19. a ve spodní části vodicí kladky 20 excentrické tvarově zapadající do vodorovného nosníku 21 portálového systému přemisťování. Ve spodní hraně vodorovného nosníku 21 je uložen ozubený hřeben 22, do kterého zapadá pastorek horizontálního pohonu 23.

Funkce

Robotický efektor 1 s duálním uchopovacím modulem je určen především k přemisťování předmětu v oblasti jaderného odpadu, ale je možno jej použít i pro přemisťování jiných předmětů, zvláště při změně kontaktní koncovky u ramen efektoru 7 pro bentonitové lože nebo ramen 9 efektoru pro UOS.

Základním dílem robotického efektoru 1 s duálním uchopovacím modulem je plošný rám 2, ve kterém jsou kyvné uloženy efektor 3 pro bentonitové lože a efektor 4 pro UOS, včetně jejich ovládání lineámími aktuátory 8, které jsou opět kyvné uloženy v ramenu 7 efektoru pro bentonitové lože zakončené koncovkou válcovou 10 a v ramenu efektoru 9 pro UOS zakončené opěrkou prizmatickou 11.

Tyto koncovky slouží k uchopování předmětů různého tvaru a mohou být podle potřeby zaměněny. Koncovkou válcovou 10 je možno uchopit předměty s vnějšími rovnoběžnými plochami, nebo předměty opatřené vybráním, v našem konkrétním případě jimi uchopujeme bentonitové lože určené pro zavážení jaderného odpadu. Opěrka prizmatická 11 je určena k uchopování válcových předmětů, v našem konkrétním případě je to UOS - úložný obalový soubor vyhořelého jaderného paliva.

Nad rámem 2 je umístěna horizontálně vodicí jednotka 5, pohybující se po vodorovném nosníku 21 a s rámem 2 je stavitelně propojena prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanizmu 6.

K přesnému vertikálnímu polohování při přenosu předmětů slouží pohybové šrouby 12 pevně zasazené do rámu 2 uložené v otočných maticích 13. které jsou pevně propojeny s ozubenými koly 16, a toto složení je uloženo otočně v ložiskách vertikálního stavění 14, která jsou vložena do rámu horizontálně vodicí jednotky 15. Otočné matice 13 jsou poháněny přes ozubená kola 16 ozubeným tvarovým elementem 17. do kterého pastorkem zabírá vertikální pohon 18 uložený v rámu 15 horizontálně vodicí jednotky. Tím je zajištěno velmi přesné vertikální stavění. Sestavy vertikálně stavitelných pohybových šroubů 12 jsou v našem případě čtyři, ale mohly by být např. i tři nebo dvě. Vedení pohybu ve vodorovném směruje realizován horními vodícími kladkami 19 a spodními vodícími kladkami 20 excentrickými, uloženými v rámu 15 horizontálně vodicí jednotky, přičemž excentricita spodních kladek slouží k vymezování vodicích vůlí. Pohyb je potom uskutečňován záběrem pastorku horizontálního pohonu 23 do ozubeného hřebenu 22 umístěného na spodní hraně vodorovného nosníku 21. Horizontální pohon 23 je přitom fixován na rám 15 horizontálně vodicí jednotky.

Předpokladem k plošnému pokrytí pohybu v rovině je další stupeň volnosti ve vodorovné ose reprezentovaný např. portálovým manipulátorem, ve kterém by byl výše uvedený systém uložen.

-4CZ 2018 - 504 A3

Průmyslová využitelnost

Vynález se týká robotického efektoru s duálním uchopovacím modulem určeného zejména pro transport úložných obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem a bentonitového lože, ale i jiných předmětů obdobného tvaru. Při změně kontaktní koncovky ramen efektoru lze systém využít pro transport předmětů odlišných tvarů.

Vzhledem k tomu, jak je vynález koncipován, je tedy mimořádně vhodné zejména pro využití v jaderné energetice, je však uplatnitelné i v široké škále odvětví strojírenského průmyslu vyžadující uchopování a transport předmětů válcového nebo jiného tvaru o velké tonáži.

Claims (5)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Robotický efektor (1) s duálním uchopovacím modulem, vyznačující se tím, že jeho stěžejními částmi jsou rám (2), efektor (3) pro bentonitové lože, efektor (4) pro UOS, horizontálně vodicí jednotka (5) s rámem (15) horizontálně vodící jednotky, vodorovný nosník (21) a vertikálně stavitelný mechanismus (6), přičemž ve spodní části plošného rámu (2) je kyvné uložen efektor (3) pro bentonitové lože s rameny (7) efektoru pro bentonitové lože a efektor (4) pro UOS s rameny (9) efektoru pro UOS, přičemž v ramenech (7) efektoru pro bentonitové lože a ramenech (9) efektoru pro UOS jsou kyvné uloženy lineární aktuátory (8), přičemž nad rámem (2) je prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanismu (6) uchycena horizontálně vodicí jednotka (5), kdy rám (2) je zavěšen na pohybových šroubech (12) s nimiž je pevně propojen, a jež jsou uloženy v otočných maticích (13) uložených v ložiskách (14) vertikálního stavění rámu (15) horizontálně vodící jednotky, přičemž pevnou součástí otočných matic (13) jsou ozubená kola (16) do kterých zapadá propojující ozubený tvarový element (17) do kterého pastorkem zabírá vertikální pohon (18) uložený v rámu (15) horizontálně vodící jednotky, přičemž v rámu (15) horizontálně vodící jednotky jsou v horní části uloženy vodicí kladky (19) a ve spodní části vodicí kladky (20) excentrické tvarově zapadající do vodorovného nosníku (21), přičemž na spodní hraně vodorovného nosníku (21) je uložen ozubený hřeben (22), do kterého zapadá pastorek horizontálního pohonu (23), přičemž horizontální pohon (23) je pevně propojen šrámem (15) horizontálně vodící jednotky

2. Robotický efektor (1) s duálním uchopovacím modulem podle nároku 1, vyznačující se tím, že ramena (7) efektoru pro bentonitové lože jsou zakončené koncovkou válcovou (10)

3. Robotický efektor (1) s duálním uchopovacím modulem podle nároku 1, vyznačující se tím, že ramena (9) efektoru pro UOS jsou zakončené opěrkou prizmatickou (11)

4. Robotický efektor (1) s duálním uchopovacím modulem podle nároku 1, vyznačující se tím, že vertikálně stavitelný mechanismus (6) se skládá z pohybového šroubu (12), otočné matice (13),

-5 CZ 2018 - 504 A3 ozubeného kola (16), ložisek vertikálního stavění (14), ozubeného tvarového elementu (17) a vertikálního pohonu (18)