DE3026273A1

DE3026273A1 - Fernbedienter manipulator

Info

Publication number: DE3026273A1
Application number: DE19803026273
Authority: DE
Inventors: Georges Gagliardi
Original assignee: BRETAGNE ATEL CHANTIERS; Ateliers et Chantiers de Bretagne ACB SA
Current assignee: BRETAGNE ATEL CHANTIERS; Ateliers et Chantiers de Bretagne ACB SA
Priority date: 1979-07-18
Filing date: 1980-07-11
Publication date: 1981-02-12
Also published as: ES493480A0; FR2461556A1; GB2053148A; IT1128941B; FR2461556B1; GB2053148B; IT8068145A0; JPS5615997A; US4370091A; ES8105182A1

Description

* f. Juii mo

FERNBEDIENTER MANIPULATOR

Die Erfindung bezieht sich auf einen fernbedienten Manipulator, bestehend aus angelenkten Gliedern zwischen einem Greiforgan und einem Träger, wobei die Glieder autonome Standardelemente sind und untereinander über Gelenke verbunden sind, über die eine unabhängige Bewegung übertragen wird im Hinblick auf eine vorgegebene Bewegung des Greiforgangs bezüglich des Trägers.

Derartige Manipulatoren sind beispielsweise aus der FR-PS 1 459 250 bekannt.

Ein Anwendungsbereich derartiger Manipulatoren liegt in Kernforschungslaboratorien, in denen hochradioaktive Gegenstände großen Gewichts zu bewegen sind. Wegen der Strahlenbelastung werden an die Konzeption und die Betriebssicherheit derartiger Manipulatoren große Anforderungen gestellt. Insbesondere sollen viele Freiheitsgrade für die Bewegung, günstige räumliche Anordnungen und große Grenzlasten erreichbar sein. Diese Forderungen dürfen jedoch nicht zu übergroßer radialer Ausdehnung der Manipulatorkonstruktion und zu einem allzugroßen Gewicht führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs erwähnten bekannten Manipulatoren dahingehend zu verbessern, daß der radiale Raumbedarf des Manipulators verringert und die Grenzlast erhöht wird, ohne daß die anderen Vorzüge bekannter Manipulatoren beeinträchtigt würden. Insbesondere sollten soweit wie möglich die Vorteile der aus zwei Standardgliedern bestehenden bekannten Manipulatoren mit denen aus drei Standardgliedern kombiniert ^werden· 030067/0899

Diese Aufgabe wird durch den Manipulator gelöst, der im Anspruch 1 gekennzeichnet ist. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele mithilfe der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Manipulator mit zwei Standardgliedern.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Manipulator mit drei Standardgliedern.

Fig. 3A und 3B zeigen in vergrößertem Maßstab das im erfindungsgemäßen Manipulator verwendete Zwischenglied aus Fig. 2.

Die Figuren 4A und 4B zeigen zwei orthogonale Ansichten einer Variante des Manipulators gemäß Fig. 2.

Fig. 5 zeigt eine Variante des Zwischenstücks gemäß Fig. 3.

Die Figuren 6A und 6B zeigen zwei orthogonale Ansichten eines weiteren erfindungsgemäßen Manipulators»unter Verwendung des Zwischenglieds aus Fig. 5.

Die Figuren 7A und 7B zeigen zwei zueinander orthogonale Ansienten einer weiteren Variante eines Zwischengliedsfür den erfindungsgemäßen Manipulator.

Der bekannte Manipulator gemäß Fig. 1 besitzt einen Träger 1, der im Betrieb senkrecht steht und um seine eigene Achse 2 drehbar ist. Dieser Träger endet unten in einer Schulter 3, an der über ein Gelenk 4 ein weiteres Glied angelenkt ist. Im Träger ist ein Motor 5 angedeutet, der die Drehung des Trägers um seine Achse 2 bewirkt, sowie ein Motor 6, der die Gelenkbe-

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wegung im Gelenk 4 bewirkt. Ein standardisiertes und autonomes Glied 7 ist über eine Schraube 8 mit dem Gelenk 4 des Trägers gekoppelt. Dieses Glied wird autonom genannt, da es einen Motor 9 besitzt, mit dem die Drehung eines am dem Träger abgewandten Ende des Glieds befindlichen Gelenks 10 bewirkt wird. Das an dieses Gelenk angeschlossene Glied ist hier der Greifarm 11 selbst, könnte jedoch auch ein weiteres Glied ähnlich dem Glied 7 sein, das über eine Schraubverbindung 12 an das Gelenk 10 angeschlossen ist. Das Greiforgan ist im vorliegenden Fall ein Zangenwerkzeug 13. Auch das Greiforgan Il ist autonom zu nennen, da es einen Motor 14 zur Steuerung der Drehung des Organs um seine Achse, einen Motor 15 für die Greifbewegung und einen Motor 16 enthält, mit dem das Organ teleskopisch ausgefahren oder eingefahren werden kann. Die mechanischen Kopplungen zwischen den Gliedern des Manipulators führen zugleich die pneumatische und/oder elektrische Verbindung der Steuerschaltkreise für die einzelnen Bewegungen aufgrund einer außerhalb der heißen Zelle befindlichen Steuervorrichtung durch.

Derartige Manipulatoren haben sich in der Praxis bewährt und können beispielsweise bei zweigliedrigen Manipulatoren bis zu 100 kg sowie bei dreigliedrigen Manipulatoren bis zu 50 kg anheben. Die Bewegungen des Greiforgans liegen stets in senkrechten Ebenen, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Möglichkeiten derartiger Manipulatoren durch Ausbildung mindestens eines der Glieder in besonderer Weise zu erweitern.

Fig. 2 zeigt eine derartige erfindungsgemäße Aus-

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führungsform des Manipulators mit einem Zwischenglied, mit dessen Hilfe die Anzahl der Glieder und ihre relative Anordnung verändert werden, können, mit dem Erfolg, daß ein minimaler .Raumaufwand nötig ist und unterschiedliche Anordnungen der Gelenkachsen zueinander gemäß der gewünschten Anwendung möglich werden. Außerdem führt das Zwischenglied zu einer höheren Lage des Schwerpunkts, so daß die Betriebseigenschaften insbesondere bei sehr kompakten Anordnungen verbessert werden.

Der Träger 1 in Fig. 2 ist wie bisher an ein Basisglied 7 angeschlossen. Zwischen dem Greiforgan 11 und dem Glied 7 liegt ein Zwischenglied 17 besonderer Ausführungsform. Man erkennt außer der Schraubkopplung 18 auf der trägernahen Seite, dem Gelenk 19 auf der greiforgannahen Seite und dem autonomen Motor 20, der die Gelenkbewegung auf der greifarmnahen Seite steuert, einen weiteren Koppelanschluß 21, an dem eine seitliche starre Verbindung im rechten Winkel möglich ist. Die in Fig. 2

^axg^est^tit^itoBEage^Bel" ^3er—dre--Koppiußgen-aile -in jRejJhe^JLiegen, soll nur zeigen, daß dieses Zwischenglied auch in klassi- . scher Form verwendet werden kann. Natürlich erreicht man mit dieser Montage nicht alle Vorteile, die bei einer Anordnung im Winkel erzielt werden.

. Insbesondere sei darauf hingewiesen, daß wie bei einem bekannten ilanipulator die ganze Gliederanordnung sich auch hier in einer gemeinsamen senkrechten Ebene bewegt.

Das GpLied 17 ist in den Figuren i3A und 3B genauer' dargestellt. Es besitzt ein Gehäuse 22, das auf der linken Koppelseite eine Überwurfmutter 18 zur Koppelung an ein Gelenk

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trägt. Das Gelenk l9 wirkt auf ein Koppelbauteil 23 und enthält eine übliche Motor-Getriebeanordnung mit Drehmomentbegrenzer nach dem Reibprinzip^ (hierdurch ergibt sich eine lange Lebensdauer, da die Reibuncf^nur bei Überschreiten des Drehmoments auftritt). Außerdem ist es möglich, das Glied zu zerlegen, um dem Manipulator bei einem Fehler aus der Zelle entfernen zu können. Die Steuerverbindungen erfolgen hier auf rein elektrische Weise, was sehr wirtschaftlich ist aus der Sicht des Verbrauchs. Man erkennt auf der Seite der Überwurfmutter 18 Steckerstifte 124 und auf der Seite des Koppelbauteils 23 eine Buchsenanordnung 125. Die mechanische Koppelung ist sehr einfach, da sie durch Aufschrauben der Überwurfmutter auf das ein Gewinde 24 tragende Koppelbauteil erfolgt, nachdem die Anordnung mithilfe der Zentrierstifte 26 und entsprechender Führungslöcher 27 in Stellung gebracht worden ist. Eine weitere Führung wird durch Schultern 22A und 23A der beiden sich aneinander annähernden Bauteile erreicht. Gleichzeitig erfolgt die elektrische Verbindung. Das Koppelbauteil 23 dreht sich unter dem Einfluß des letzten Zahnrads 25 des Getriebes.

Wie die Figuren 3A und 3B zeigen, befindet sich eine weitere Koppelstelle für ein Standardglied unter einem Winkel von 90 zwischen den beiden Enden des Gliedes. Hier kann also ein Standardglied starr angekoppelt werden. Eine Schutzhaube deckt diese Koppelstelle ab, solange sie nicht benötigt wird. Auch hier findet sich eine Überwurfmutter 18 und eine Steckverbindung 124. Gegenüber dieser Koppelstelle befindet sich ein Ausgang 29 der Vorrichtung zum Zerlegen, die hier nichts anderes

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als der nicht dargestellte Drehmomentbegrenzer ist.

Fig. 4A und 4B zeigen eine Winkelanordnung des erfindungsgemäßen Manipulators, bei der die zusätzliche Koppelstelle 21 verwendet wird. Betrachtet man die Bewegungsmöglichkeiten, so erkennt man eine Bewegung in senkrechter Ebene des Gliedes 7 und des Zwischengliedes 17 und eine Bewegung in horizontaler Ebene des Greiforgans 11 um eine senkrechte Achse Diese letztere Bewegung, die bei bekannten Manipulatoren nicht erreichbar ist, kann besonders vorteilhaft in Verbindung mit der Drehung des Trägers 1 um seine Achse 2 verwendet werden. Außerdem verschiebt sich der Schwerpunkt des Zwischengliedes nach links, d.h. in Richtung auf den Träger, und der Abstand zwischen der Hauptgelenkachse und der Last im Greiforgan ist kürzer geworden. Dadurch ergeben sich günstigere Belastungsmomente und höhere zulässige Grenzlasten.

Während des Transports einer Last wird das Gelenk zwischen dem Zwischenglied und dem Greiforgan nicht betätigt, was ebenfalls einen Vorteil bedeutet.

Fig. 5 zeigt eine Variante des Zwischenglieds 31 mit zwei zusätzlichen Koppelstellen 21, die gegeneinander einen Winkel von 90° einschließen. Mit diesem Zwischenglied läßt sich eine Anordnung gemäß Fig. 4 mit zwei Bewegungen in senkrechter und einer Bewegung in waagerechter Richtung ebenso aufbauen wie eine Winkelanordnung gemäß den Figuren 6A und 6B mit drei Bewegungen in senkrechter Richtung. In diesem letzteren Fall liegen zwar alle Gelenkachsen parallel wie bei bekannten Manipulatoren, jedoch ist die Baulänge der Gesamtanordnung gegenüber

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der in Fig. 2 gezeigten Anordnung verringert, so daß sich günstigere Lastbedingungen ergeben. Schließlich ist es möcjLich, das dargestellte Prinzip eu verallgemeinern, indem man ein Zwischenglied 32 gemäß den Figuren 7A und 7B verwendet. Hier ist die zusätzliche Koppelstelle 21 auf einem Ring 33 angebracht, der auf dem Gehäuse 22 des Gliedes in einer beliebigen Winkelstellung mithilfe einer Arretierschraube 34 arretierbar ist. Auf diese Weise sind zahlreiche Zwischenstellungen mithilfe eines einzigen Zwischenglieds erreichbar. Die elektrischen Drähte innerhalb des Gliedes müssen dann hinreichend lang und flexibel sein, um die verschiedenen Stellungen innerhalb eines 90 -Winkels einnehmen zu können.

Wenn auch nicht im einzelnen dargestellt, so kann der erfindungsgemäße Manipulator doch mit zahlreichen Sicherheitsmaßnahmen versehen sein, um alle möglichen Störfälle , d.h. die Blockade eines beliebigen Organs des Manipulators, zu berücksichtigen. Im Rahmen der Erfindung kann die elektrische Steuerung durch eine pneumatische oder hydraulische oder gemischte Steuerung ersetzt werden (z.B. pneumatische Steuerung für die Greifbewegung und elektrische Steuerung für die übrigen Bewegungen).

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Leerseite

Claims

FO 11 739 D

"\ "\ - ; \ ;"' '■_■■':: 11. JuIi 1980

ATELIERS ET CHANTIERS DE BRETAGNE - ACB S.A. Prairie-au-Duc, 44200 NANTES, Frankreich

FERNBEDIENTER MANIPULATOR

PATENTANSPRÜCHE

Ij- Fernbedienter Manipulator, bestehend aus angelenkten Gliedern zwischen einem Greiforgan und einem Träger, wobei die Glieder autonome Standardelemente sind und untereinander über Gelenke verbunden sind, über die eine unabhängige Bewegung übertragen wird im Hinblick auf eine vorgegebene Bewegung des Greif- ^ organs bezüglich des Trägers, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Glieder (17) mindestens eine Zwischenkopplung (21) aufweist, die eine seitliche starre Verbindung mit einem der benachbarten Glieder (7) bietet, wobei über diese Kopplung dieselben relativen Bewegungsmöglichkeiten zwischen den so verbundenen Gliedern erhalten bleiben.

2 - Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Glied (31) vorhanden ist, das zwei Zwischenkopplungen (21 - Fig. 5) aufweist, die je eine seitliche starre Verbindung mit einem der benachbarten Glieder (7) bieten und zueinander senkrecht stehen.

3 - Manipulator nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß mindestens eines der Glieder t (32 - Fig. 7) eine Zwischenkopplung (21) aufweist, die auf einem

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das Glied umschließenden Ring (33) angeordnet ist und daß der Ring innerhalb eines Drehbereichs von 90° in einer beliebigen Stellung fixierbar ist, so daß eine starre Winkelverbindung in einer beliebigen Winkelrichtung gegeben ist.

4 - Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenkopplung (21) von derselben Art wie die Hauptkopplung am Ende des Gliedes ist, derart, daß gleichzeitig die mechanische Verbindung und der elektrische und/oder pneumatische Kontakt der Steuerkreise erreicht,wird.

5 - Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4 mit drei angelenkten Gliedern, von denen das mittlere mindestens eine Zwischenkopplung (21) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem ersten Glied und dem mittleren Glied über die Zwischenkopplung

erfolgt, während die Verbindung zwischen dem Träger und dem ersten Glied sowie zwischen dem zweiten Glied und dem dritten Glied bzw. dem Greiforgan über die Hauptkopplungen an den Enden der Glieder erfolgt.

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