DE2948164A1

DE2948164A1 - Manipulator

Info

Publication number: DE2948164A1
Application number: DE19792948164
Authority: DE
Inventors: Robert Alec Coulson
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1978-11-30
Filing date: 1979-11-29
Publication date: 1980-06-19
Also published as: JPS5577489A; IT1207945B; US4260308A; FR2442701A1; IT7969314A0; FR2442701B1

Description

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^ -Manipulator

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Durch die Erfindung werden Abdichtungsvorrichtungen geschaffen, insbesondere eine Abdichtungsvorrichtung zur Minimierung des Austritts von giftige oder radioaktive Verunreinigungen enthaltenden Atmosphären durch Durchführungen eines biologischen Schutzschildes, durch welche sich bewegende, den Schutzschild durchdringende Komponenten hindurchverlaufen.

In einer üblichen Form eines fernbedienten Manipulators desjenigen Typs, der als --Manipulator bekannt ist, ist ein Ausführungsarm ( ^l -) mittels zugfester, flexibler Zugelemente wie Kabeln, Bändern oder Ketten an einen Bedienungsarm (-) angeschlossen, die längs eines Rohres mit großem Durchmesser, das als Durchführungsrohr bekannt ist, durch dieses hindurchverlaufen und sich in ihm in Längsrichtung bewegen. Es ist erforderlich, einen Durchtritt von verunreinigter Luft von dem dem Ausführungsarm zugewendeten Ende des Durchführungsrohres durch dieses hindurch zu verhindern, ohne die Bewegung der Kabel, Bänder oder Ketten zu behindern. In der Praxis wird daher die Umgebung an dem dem Ausführungsarm zugewendeten Ende des Durchführungsrohrs auf einem Unterdruck gegenüber dem in der Umgebung des dem Bedienungsarm zugewendeten Endes des Durchführunqsrohrs ge-

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halten, so daß ein Druckgefälle entsteht, durch welches die Leckströme durch das Durchführungsrohr hindurch nur in die verunreinigte Umgebung an dem dem Ausführungsarm zugewendeten Ende des Rohrs strömen können.

Gemäß der Erfindung ist eine Abdichtungsvorrichtung für ein zugfestes, längsbewegliches, langgestrecktes Zugelement geschaffen, welche ein Durchführungsrohr, das sich über eine den maximalen Längsbewegungsweg des flexiblen Zugelementes nicht unterschreitende Länge hin erstreckt, und ein inneres Dichtungselement aufweist, welches zwischen die Enden des flexiblen Zugelementes einsetzbar ist und mit dem flexiblen Zugelement in dem Innenkanal des Durchführungsrohres derart angeordnet ist, daß es darin gleiten kann und dabei über den gesamten Bewegungsweg des Zuqelementes hin eine Dichtung aufrechterhält.

Außerdem ist durch die Erfindung eine Anordnung aus Abdichtungsvorrichtungen für eine Mehrzahl von einander benachbarten, zugfesten, längsbeweglichen, langgestreckten flexiblen Zugelementen geschaffen, die jeweils ein Durchführungsrohr mit einem darin ausgebildeten Innenkanal, der sich über eine den maximalen Längsbewegungsweg eines zugehörigen flexiblen Zugelementes nicht unterschreitende Länge hin erstreckt, und ein inneres Dichtungselement aufweisen, welches zwischen

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die Enden des zugehörigen flexiblen Zugelementes einsetzbar ist und mit dem zugehörigen flexiblen Zugelement in dem Innenkanal derart angeordnet ist, daß es in diesem gleitet und in diesem eine Dichtung über den Längsbewegungsweg des zugehörigen flexiblen Zugelementes hin aufrechterhält.

Der oder jeder Innenkanal kann einen Kreisquerschnitt haben und das oder jedes innere Dichtungselement kann aus einem Zylinderblock bestehen, welcher im Gleitsitz in dem Innenkanal angeordnet ist und aus Polytetrafluoräthylen, oder aus Nylon bestehen kann, welches mit Molybdän imprägniert ist.

Ferner wird durch die Erfindung ein Master-Slave-Manipulator geschaffen, welcher einen Bedienungsarm, einen Ausführungsarm und eine Durchführungsrohranordnung aufweist, die mit einer Abdichtungsvorrichtung gemäß der Erfindung oder mit einer Anordnung aus Abdichtungsvorrichtungen gemäß der Erfindung ausgestattet ist.

Die Erfindung wird anhand von beispielhaften Ausführungsformen erläutert, die wenigstens schematisch aus der Zeichnung ersichtlich sind. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Master-Slave-Manipulators,

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Fig. 2 eine schematische Ansicht des Verlaufs und der Aus bildung eines flexiblen Zugelementes zur Bewegungsübertragung in dem Manipulator aus Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Abdichtungsvorrichtung für das flexible Zugelement aus Fig. 2,

Fig. 4 in verkleinertem Maßstab eine perspektivische, teilweise aufgebrochene Ansicht eines Teils einer Abdichtungsvorrichtung, die aus einer Anordnung von Abdichtungsvorrichtungen aus Fig. 3 zusammengestellt ist,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Abdichtungsvorrichtung aus Fig. und

Fig. 6 im verkleinerten Maßstab eine perspektivische Ansicht einer Anordnung aus Abdichtungsvorrjrhtungnn gemäß Fig. 5.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich weist der Master-Slave-Manipulator einen Bedienungsarni 11 und einen Ausführungsarm 12 auf, die durch eine Durchführungsrohranordnunq 13 hindurch mit-

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einander verbunden sind, welche in einem biologischen Schutzschild 14 angeordnet ist. Eine Gelenkanordnung 15 an dem unteren Ende des Bedienungsarms 11 steuert die Bewegung einer Zangenanordnung 16 an dem entsprechenden Ende des Ausführungsarms 12. Diese Bewegungen werden in bekannter Weise mit Hilfe von zugfesten, flexiblen Zugelementen (in Fig. 1 nicht gezeigt) z.B. Ketten, herbeigeführt, für die ein typischer Verlauf aus Fig. 2 ersichtlich ist, auf die nun Bezug genommen wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich wird ein zugfestes, endloses, flexibles Zugelement 18 von einem Antriebselement 19 angetrieben, welches um eine Achse parallel zu der Längsachse des Bedienungsarms 11 verdrehbar ist, und verläuft an der Unterseite zweier unterer Umlenkrollen 20 und über zwei Paare oberer Umlenkrollen 21 bzw. 22. Das Zugelement 18 läuft dann horizontal durch die Durchführungsrohranordnung zu dem Ausführungsarm 12, wobei es über zwei Paare von oberen Umlenkrollen 24 bzw. 25 nach unten zu einem Paar von unteren Umlenkrollen 27, unter diesen hindurch, und um eine angetriebene Rolle 28 verläuft. Es ist ersichtlich, daß durch Verdrehen des Antriebsteils 19 sich eine entsprechende Drehung der angetriebenen Rolle 28 in dem Ausführungsarm 12 ergibt. Ähnliche Anordnungen sind für die meisten Bewegungen des Master-Slave-Manipulators vorgesehen.

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Um die Umgebungsatmosphären zwischen dem Bedienunasarm 11 und dem Ausführungsarm 12 voneinander getrennt zu halten, ist eine Dichtung vorgesehen, die aus Fig. 3 ersichtlich ist, gemäß welcher eine Dichtungsvorrichtung 30 an jedem Ende mit einer Stahlkette 31 fest verbunden ist, welche dem flexiblen Zugelement 18 aus Fig. 2 entspricht. Die Abdichtungsvorrichtung 30 enthält ein äußeres Durchführungsrohr 32 mit rechteckigem Querschnitt, das in der Durchführungsrohranordnung 13 aus Fig. 1 angeordnet ist, sowie einen inneren, langgestreckten Block 33 rechteckigen Querschnitts, der aus PoIytetrafluoräthylen (P.T.F.E.) besteht und in einem Innenkanal angeordnet ist, der von dem Durchführungsrohr 32 umgrenzt ist. Der Block 33 ist im Gleitsitz in den Innenkanal des Durchführungsrohres 32 eingepaßt und an jeder Stirnfläche mit einem Anschlußelement 34 für den Anschluß an die Kette 31 versehen. Hierdurch ist der Block 33 wirksam in einem Bereich zwischen den Enden der Kette 31 angeordnet, und wenngleich die Kette 31 an jedem der Anschlußelemente 34 endet, ist die Wirkung dieselbe wie in dem Fall, in welchem die Kette 31 ohne Unterbrechung durch den Block 33 hindurchläuft. Das Durchführungsrohr 32 erstreckt sich über eine Länge hin, die gleich oder größer ist als der erwartete maximale Bewegungsweg der Kette 31 entlang des Innenkanals des Durchführungsrohres 32, so daß zwischen dem Block 33 und dem Durchführungsrohr 32 über den gesamten Längsbewegungsweg

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der Kette 31 eine Dichtung aufrechterhalten ist. Durch den Rechteckquerschnitt des Blockes 33 und des Innenkanals des Durchführungsrohrs 32 ist verhindert, daß die Kette 31 um ihre Längsachse sich verdreht.

Da eine Mehrzahl von parallelen Ketten durch die Durchführungsrohranordnung 13 aus Fig. 1 hindurchlaufen, und da es erforderlich ist, ein Verdrehen des Ausführungsarms 12 aus Fig. 1 um die Längsachse der Durchführungsrohranordnung 13 relativ zu dem Bedienungsarm 11 zuzulassen, muß dafür gesorgt sein, daß an jedem Ende der Durchführungsrohranordnung 13 die Ketten 31 ihre korrekte Lage relativ zu den entsprechenden Umlenkrollen (Kettenrädern), in welche sie eingreifen, beibehalten, während zugelassen ist, daß die Ketten 31 entlang ihrer Länge sich verdrehen können, so daß die Differenzdrehungen des Ausführungsarms 12 relativ zu dem Bedienungsarm 11 von den Ketten aufgenommen werden, wie aus Fig. 4 ersichtlich.

Gemäß Fig. 4 sind fünf Durchführungsrohre 32, die jeweils dem aus Fig. 3 entsprechen, parallel zueinander im Abstand voneinander angeordnet und mit Hilfe eines Klebmittels, wie Araldite, von zwei dünnen bevorzugt flexiblen Platten 36 zusammengehalten sind, die aus einem Kunststoffmaterial bestehen, das unter dem eingetragenen Handelsnamen "Warite"

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hergestellt wird, so daß eine Anordnung 40 geschaffen ist, durch welche neun rechteckige Innenkanäle 41 hindurchlaufen. Jedes Ende der Anordnung 40 ist mit einem Befestigungsflansch 37 versehen, an welchem die Anordnung 40 gasdicht an einer Endplatte (nicht gezeigt) des Bedienungsarms 11 bzw. des Ausführungsarms 12 des Master-Slave-Manipulators aus Fig. 1 festgelegt ist.

In jedem Innenkanal 41 ist ein rechteckiger P.T.E.F.-Block 33, der dem aus Fig. 3 entspricht, angeordnet und in einen Längenabschnitt einer Kette 31 derart eingeschaltet, daß im Ergebnis diese neun Dichtungsvorrichtungen 30 der aus Fig. entsprechen und insgesamt eine einzige Abdichtungsvorrichtung in Form der Anordnung 4 0 bilden.

Aufgrund der Gestaltung der Anordnung 40 aus Fig. 4 können die Befestigungsflansche 37 in parallelen Ebenen sich gegeneinander Verdrehen, ohne daß die Längsbewegung irgendeiner der Ketten 31 behindert ist, während gleichzeitig eine wirksame Dichtung zwischen jedem Innenkanal 41 und dem darin angeordneten Block 33 aufrechterhalten bleibt.

Aus Fig. 5 ist eine Dichtungsvorrichtung 50 ersichtlich, die größtenteils der Dichtungsvorrichtung 30 aus Fig. 3 entspricht, deren Durchführungsrohr 52 jedoch als rostfreies

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Stahlrohr mit Kreisquerschnitt gestaltet ist, in welchem ein P.T.F.E.-Block 53 mit kreisförmigem Querschnitt als Gleitdichtung angeordnet ist. Der Block 53 weist an jeder Stirnfläche ein Anschlußelement 54 für den Anschluß an eine Kette 31 auf. Das Durchführungsrohr 52 erstreckt sich über eine Länge hin, die gleich oder größer ist als der erwartete maximale Bewegungsweg der Kette 31 innerhalb des Durchführungsrohrs 52.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich können mehrere Abdichtungsvorrichtungen 50 (neun sind gezeigt) aus Fig. 5 gemeinsam in einer parallelen Reihe 60 auf einer "Warite"-Kunststoff-Folie oder Kunststoffplatte angeordnet sein. Nahe dem einen Ende der Reihe 60, welches sich an einen Ausführungsarm (nicht gezeigt) anschließt, erstrecken sich die Abdichtungsvorrichtungen 50 und die Platte 61 durch einen Befestigungsflansch 64 zur Festlegung der Reihe 60 an einem Schutzschildblock 66, wobei der Spalt zwischen den Abdichtungsvorrichtungen 50 und der Innenseite des Befestigungsflansches 64 mit einem elastomeren Dichtmittel 65 gefüllt ist, das beispielsweise "Devcon Flexane 30" ist, welches von Devcon Limited, Theale, Berkshire, England, geliefert wird. An dem anderen Ende der Reihe 60, das sich an einen Bedienungsarm (nicht gezeigt) anschließt, sind die Abdichtungsvorrichtungen 50 mittels eines Brückenteils 67 an zwei im Abstand voneinander ver-

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laufende U-Schienen 68 angeklemmt, wobei der Spalt zwischen den Abdichtungsvorrichtungen 50 und dem Brückenteil 67 mit dem Abdichtungsmittel 65 abgedichtet ist. Die Reihe 60 kann somit an dem Brückenteil 67 in einer Ebene parallel zu dem Befestigungsflansch 64 verdreht werden.

Es ist ersichtlich, daß die Durchführungsrohre 32, 52 sich zu den Bedienungsarmen 11 und den Ausführungsarmen 12 des Master-Slave-Manipulators erstrecken, so daß die Ketten 31 durch die Anordnungen 11, 12 in ähnlicher Weise verlaufen können, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Versuche mit einer Anordnung aus Abdichtungsvorrichtungen gemäß Fig. 6 haben gezeigt, daß eine maximale Leckrate von 5,66 l/min mit der Anordnung erzielt werden kann.

Wenngleich die Erfindung mit Bezug auf flexible, zugfeste Elemente in der Form von Ketten beschrieben wurde, können andere derartige flexible Elementen, wie Bänder oder Kabel, verwendet werden.

Es ist ersichtlich, daß die Innenkanäle und die zugeordneten Dichtungsblöcke einen anderen Querschnitt haben können, als die aus den Fig. 3 bis 6. Ferner können die Dichtungsblöcke aus einem anderen Material bestehen, beispielsweise aus

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Nylon, das mit Molybdän imprägniert ist ("Nylatron") und von Polypenco Limited, Gate House, Welwyn Garden City, Hertfordshire, England, geliefert wird, oder im wesentlichen aus einem metallischen Material sein können.

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AS

L e e r s e i t e

Claims

PATENTAN S P RÜC HE

1. -S-Manipulator, mit einem Bedienungsarm, einem Ausführungsarm, einer Durchführungsrohranordnung zum Verbinden des Bedienungsarms und des Ausführungsarms, und mit zugfesten, längsbeweglichen, flexiblen Zugelementen, von welchen die Bewegungen des Bedienungsarms durch die Durchführungsrohranordnung auf den Ausführunasarm übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in der Durchführungsrohranordnung eine Anordnung (40, 60) von Abdichtungsvorrichtungen (30, 50) vorgesehen ist, die jeweils ein Durchführungsrohr (32, 52), dessen Innenkanal sich über eine Länge hin erstreckt, die nicht kürzer als

I/W UJUU Telegramme: (0(9)9(1272 BERGSTAPFPATENT München 9» 82 73 TELEX: 9(1274 0524560 BERG d 9(3310

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Bankkomen: Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Swift Code: HYPO DE MM Bayet Vereinsbank München 453100(BLZ 70020270) Posischeck München 65343-808 (BLZ 70010080)

der maximale Bewegungsweg des zugehörigen flexiblen Zugelementes (31) ist, und ein inneres Dichtungselement (33, 53) enthalten, das zwischen den Enden des zugehörigen flexiblen Zugelementes (31) einsetzbar ist und in dem Innenkanal abdichtend gleitend angeordnet ist, so daß in dem Innenkanal eine während der Längsbewegung des Zugelementes (31) wirksame Dichtung vorliegt.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Innenkanal einen Kreisquerschnitt hat und das in dem Innenkanal angeordnete Dichtungselement (33, 53) als Zylinderblock ausgebildet ist.

3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführungsrohre (52) parallel nebeneinander verlaufen und auf einer ebenen Platte angeordnet sind, daß ein Befestigungsflansch (64) mit einer Durchgangsöffnung vorgesehen ist, durch welche die Durchführungsrohre (52) und die Platte (61) sich erstrecken, und daß der Spalt zwischen dem Flansch (64), den Durchführungsrohren (52) und der Platte (61) mit einem elastomeren Dichtungsmittel (65) ausgefüllt ist.

4. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß nahe des einen Endes der Durchführungsrohre (52) eine mit

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einem Brückenteil (67) versehene Befestigungseinrichtung vorgesehen ist, daß elastomeres Material (65) zwischen
die Durchführungsrohre (52) und das Brückenteil (67) gepackt ist, und daß das Brückenteil (67) an zwei im Abstand voneinander angeordneten Stützteilen (68) festgelegt ist, auf welchen die Platte (61) abgestützt ist.

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