CZ309894B6 - Modul robotického duálního efektoru - Google Patents

Abstract

Modul robotického duálního efektoru obsahuje rám (2), v němž je kyvně uložen efektor (3) pro bentonitové lože s rameny (7) a efektor (4) pro úložný obalový soubor s rameny (9). V ramenech (7) efektoru pro bentonitové lože a ramenech (9) efektoru pro úložný obalový soubor jsou kyvně uloženy lineární aktuátory (8). Nad rámem (2) je prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanismu (6) uchycena horizontálně vodicí jednotka (5) s rámem (15), v jehož horní části jsou uloženy vodicí kladky (19) a ve spodní 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), přičemž horizontální pohon (23) je pevně propojen s rámem (15) horizontálně vodicí jednotky.

Description

Vynález se týká modulu robotického duálního efektoru 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.

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

V patentovém spisu US 8328071 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 A1 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 spisu US 5409280 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 funkce robotického efektoru podle vynálezu.

Řešení podle US 4097084 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 patentového řešení jsou robotické manipulátory firmy La Valley Industries (https://www.lavallevindustries.com/index). Široké spektrum řady využívaných efektorů touto firmou je orientováno na uchopování kruhových válců a potrubních komponentů ve vyšších váhových kategoriích, zavěšených na jeřábových manipulátorech. Tyto vysoce sofistikované uchopovací efektory využívají speciální lineární akuátory, žádný z těchto

- 1 CZ 309894 B6 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 je zachyceno řešení synchronizace ramen efektoru, 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 spisu, US 20120146353, je zachyceno řešení s čtyřkloubovým mechanismem 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 mechanismy 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 ve spisu WO 2006133716 (využívá například dánská společnost CONCEnS).

Druhý typ: pohon je s dutou hřídelí a je v oblasti pohybu polohování pohybového šroubu, ale jeho pohyb je uskutečňován válečkovou pohybovou maticí, jak je zachyceno řešení například ve spisu US 2683379 (C. B. Strandgren; viz obr. 1, 2, 3) a ve spisu US 7044017 (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 modul robotického duálního efektoru, jenž je tvořen rámem, efektorem pro bentonitové lože, efektorem pro úložný obalový soubor, horizontálně vodicí jednotkou s rámem horizontálně vodicí jednotky, vodorovným nosníkem a vertikálně stavitelným mechanismem. Ve spodní části plošného rámu je kyvné uložen efektor pro bentonitové lože s rameny efektoru pro bentonitové lože a efektor pro úložný obalový soubor s rameny efektoru pro úložný obalový soubor. V ramenech efektoru pro bentonitové lože a ramenech efektoru pro úložný obalový soubor jsou kyvně uloženy lineární aktuátory. 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 vodicí jednotky. Pevnou součástí otočných matic jsou ozubená kola, do kterých zapadá propojující ozubený tvarový element, do kterého pastorkem zabírá vertikální pohon uložený v rámu horizontálně vodicí jednotky. V rámu horizontálně vodicí 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 horizontálního pohonu, přičemž horizontální pohon je pevně propojen s rámem horizontálně vodicí jednotky.

- 2 CZ 309894 B6

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

Dále je výhodné, když jsou ramena efektoru pro úložný obalový soubor zakončena opěrkou prizmatickou.

Výhodami navrženého zařízení je, že modul robotického duálního efektoru 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 modulu robotického duálního efektoru v axonometrickém pohledu, kde jsou patrny všechny podsestavy zařízení;

Obr. 2 A axonometrický pohled na modul robotického duálního efektoru se zobrazením efektoru s prizmatickými koncovkami ve fázi uchopení úložného obalového souboru, tj. tělesa válcového tvaru;

Obr. 2 B modul robotického duálního efektoru se zobrazením efektoru s prizmatickými koncovkami ve fázi uchopení úložného obalového souboru, tj. tělesa válcového tvaru;

Obr. 2 C modul robotického duálního efektoru se zobrazením efektoru s válcovými koncovkami nesoucí bentonitové lože, tj. těleso ve tvaru části mezikruhové výseče;

Obr. 2 D axonometrický pohled na modul robotického duálního efektoru se zobrazením efektoru s válcovými koncovkami nesoucí bentonitové lože, tj. těleso ve tvaru části mezikruhové výseče;

Obr. 3 A nárys zařízení, kde je patrno složení efektoru s válcovými koncovkami;

Obr. 3 B nárys zařízení, kde je patrno složení efektoru s prizmatickými koncovkami;

Obr. 4 řez vertikálně stavitelným mechanismem, kde je znázorněno uložení pohybového šroubu;

Obr. 5 v bokoryse je patrna horizontálně vodicí jednotka a do ní vložený vertikálně stavitelný mechanismus. 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

Modul 1 robotického duálního efektoru je tvořen rámem 2 deskovitého tvaru, na němž jsou ve spodní části uchyceny efektor 3 pro bentonitové lože a efektor 4 pro úložný obalový soubor. Nad rámem 2 je prostřednictvím vertikálně stavitelného mechanismu 6 uchycena horizontálně vodicí jednotka 5. Součástí rámu 2 jsou oka, v nichž jsou kyvně uloženy čepy ramen 7 efektoru pro

- 3 CZ 309894 B6 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 úložný obalový soubor, ve kterých jsou kyvně uloženy 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 úložný obalový soubor 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:

Modul 1 robotického duálního efektoru je určen především k přemisťování předmětů 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 úložný obalový soubor.

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

Tyto koncovky slouží k uchopování předmětů různého tvaru a mohou být podle potřeby zaměněny. Koncovkou 10 válcovou 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 11 prizmatická je určena k uchopování válcových předmětů, v našem konkrétním případě je to 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 směru je realizován horními vodícími kladkami 19 a spodními vodicími 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.

- 4 CZ 309894 B6

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.

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

Claims (3)

1. Modul (1) robotického duálního efektoru, vyznačující se tím, že je tvořen rámem (2), efektorem (3) pro bentonitové lože, efektorem (4) pro úložný obalový soubor, horizontálně vodicí jednotkou (5) s rámem (15) horizontálně vodicí jednotky, vodorovným nosníkem (21) a vertikálně stavitelným mechanismem (6), přičemž ve spodní části plošného rámu (2) je kyvně uložen efektor (3) pro bentonitové lože s rameny (7) efektoru pro bentonitové lože a efektor (4) pro úložný obalový soubor s rameny (9) efektoru pro úložný obalový soubor, přičemž v ramenech (7) efektoru pro bentonitové lože a v ramenech (9) efektoru pro úložný obalový soubor jsou kyvně 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 vodicí jednotky, přičemž pevnou součástí otočných matic (13) j sou ozubená kola (16), do kterých zapadá propojující ozubený tvarový element (17), do kterého pastorkem zabírá vertikální pohon (18) uložený v rámu (15) horizontálně vodicí jednotky, přičemž v rámu (15) horizontálně vodicí 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 s rámem (15) horizontálně vodicí jednotky.

2. Modul (1) robotického duálního efektoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že ramena (7) efektoru pro bentonitové lože jsou zakončena koncovkou (10) válcovou.

3. Modul (1) robotického duálního efektoru podle nároku 1, vyznačující se tím, že ramena (9) efektoru pro úložný obalový soubor jsou zakončena opěrkou (11) prizmatickou.