DE3533058A1

DE3533058A1 - Vorrichtung zum fernhantierten instandhalten von anlagenteilen in einer abgeschirmten kerntechnischen anlage

Info

Publication number: DE3533058A1
Application number: DE19853533058
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. 4630 Bochum Berning; Günter Dr.-Ing. Dr. 4950 Minden Schröder
Original assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Current assignee: Deutsche Gesellschaft fuer Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen mbH
Priority date: 1984-09-22
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1986-06-12
Also published as: DE3533058C2

Description

Vorrichtung zum fernhantierten Instandhalten von Anlagen-
teilen in einer abgeschirmten kerntechnischen Anlage Die Erfindung betrifft eine fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Anlagen zur Wiederaufarbeitung von abgebrannten Kernbrennstoffen weisen zur Aufnahme des verfahrenstechnischen Teiles sogenannte 'hebe' Großzellen auf. In diesen strahlungsabschirmenden Großzellen sind die Verfahrenskomponenten in Gerüsten oder Gestellen (sogenannten Racks) aufgestellt.
Die Instandhaltungsarbeiten innerhalb der mit radioaktiver Strahlung belasteten Großzelle sollen möglichst ohne die Notwendigkeit des Betretens der Zelle von Arbeitspersonen durchgeführt werden. Es wurde daher vorgeschlagen, die Instandhaltungsarbeiten über ortsbewegliche Fernhantierungsmaschinen durchzuführen.
Es wurde bisher vorgeschlagen, Manipulatorträgersysteme mit horizontalem Eingriff von einem Mittelgang aus zu den Verfahrenskomponenten anzuordnen. Ein derartiges Manipulatorträgersystem öffnet die Möglichkeit für den Einsatz von elektrischen Servo- und Kraftmanipulatoren sowie auch von Robotern bzw. programmierbaren Geräten.
Der Einsatz eines Roboters in der radioaktiv belasteten Zelle war bisher mit Schwierigkeiten verbunden, da seine Winkelkodierer unter radioaktiver; Belastung versagten.
Winkelkodierer erfassen die Informationssignale über optische Bildmuster. Im Strahlenfeld sind derartige Winkel- kodierer nicht beständig, weil die Halbleiterbauelemente von der Strahlung beeinflußt werden und daher Falschinformationen abgehen können.
Es wurde daher bereits vorgeschlagen, anstelle der Winkelkodierer Resolver als Drehgeber einzusetzen, die eine elektromagnetische Impulszählung bewirken. Die Informationssignale werden hierbei durch Induktion gewonnen. Bei Zählbeginn steht der Resolver an einem definierten Nullpunkt.
Resolver induzieren in einer Spule Informationssignale, die nach einer Auszählung die Stellung des zugehörigen bewegten Robotergelenkarmes kennzeichnen (DE-OS 24 28 573).
Allerdings hat sich herausgestellt, daß beispielsweise im Abschaltzustand eines Roboters eine Lageveränderung des jeweiligen Gelenkarmes aufgrund der nach unten gerichteten Schwerkraft erfolgen kann. Der Gelenkarm verändert im Ausschaltzustand seine zuletzt erfaßte Lage, die im Rechner als Ist-Lage gespeichert bleibt. Nach dem Anschalten des Roboters ist nun die Stellung des Gelenkarmes anders als dem Rechner bekannt. Resolver und Zähler sind nicht mehr auf den Nullpunkt des Gelenkarmes abgestimmt. Ein Zählvorgang ergibt nun eine Falschinformation und nicht die aktuelle Lage bzw. Stellung des Gelenkarmes.
Diese nachteilige Möglichkeit des Versatzes des Robotergelenkarmes gegen den einmal festgelegten Zählnullpunkt ist auch im Betrieb möglich.
Es ist eine Vorrichtung bekannt (DE-AS 24 42 865), deren Einstellungsgenauigkeit last- und verschleißunabhängig ist. Bei diesem Vorschlag wird eine Scheibe, die Anschläge trägt, drehfest aber achsial beweglich angebracht.
Es ist ein Roboter bekannt (DE-OS 28 31 361), der eine Rückholvorrichtung aufweist, die mit zwei Anschlägen ausgestattet ist. Die Anschläge stellen eine begrenzte Ruhestellung dar.
In der DE-OS 30 45 094 wird ein programmierbarer Manipulator beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fernhantierungseinrichtung der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, daß stets eine Informationslinie vorhanden ist, über die Lageänderungen und Abweichungen von dem dem Rechner bekannten Zustand des Gelenkarmes erfaßt werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Welle des Resolvers mit der Antriebswelle des Robotergelenkes drehbar ist, wobei die Antriebswelle mit dem zu überwachenden Gelenkarm drehfest verbunden ist, daß diese Antriebswelle in dem anderen Gelenkarm des Robotergelenkes drehbar gelagert ist, daß an diesem Gelenkarm eine gegenständliche Nullmarke ortsfest angeordnet ist, daß koaxial zu der Welle des ersten Resolvers ein zweiter Resolver angeordnet ist, daß der zweite Resolver auf seiner Welle eine geeignete Einrichtung aufweist, die mit der Welle gegen die gegenständliche Nullmarke drehbar ist, und daß der zweite Resolver mit seiner Einrichtung auf der Welle gegen eine gegenständliche Einrichtung auf der Welle des ersten Resolvers verfahrbar ist.
Der zweite Resolver wird nur zur Überprüfung der wahren Verhältnisse des zu überwachenden Gelenkarmes in die Welle des ersten Resolvers eingerückt. Dann fährt der zweite Resolver von einer gegenständlichen Nullmarke am als Bezug gewählten Gelenkarm gegen eine Nullmarke auf der Welle des ersten Resolvers. Während dieses Abfahrens kann über den zweiten Resolver die veränderte Lage des anderen Gelenkarmes bzw. des Hauptresolvers gegenüber der gegenständlichen Nullmarke am Bezugsgelenkarm abgezählt werden. Dadurch wird indirekt die wahre Lage des anderen Gelenkarmes überprüft. Dem Rechner wird diese Zählinformation zugeführt.
In dem weiteren Betrieb des Roboters kann dann die wahre Ausgangslage des Hauptresolvers durch den Rechner berücksichtigt werden.
Es ist über einen derartigen nun möglichen Soll/Ist-Vergleich die wirkliche Lage des anderen Gelenkarmes als Information vorhanden. Ein weiterer Betrieb ist also ungestört möglich. Diese Kontrolle mit dem zweiten Resolver ist beliebig oft möglich, d. h. auch im Betrieb des Roboters. Es ist also eine ständige Überprüfung möglich, ob die von den Instrumenten erfaßte und angezeigte Stellung wirklich wahr ist.
Nach der jeweiligen Messung dreht ein Motor den Kontrollresolver über seine Welle in seine Nullage zurück.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.
Die Erfindung ist unabhängig davon einsetzbar, ob der erste Resolver koaxial zu der Antriebswelle des Robotergelenkes oder wegen Platzmangels außerhalb der Wellenachse angeordnet ist. In diesem zweiten Fall wird die Drehbewegung der Antriebswelle in an sich bekannter Weise über Zahnriemen zum Resolver übertragen. Auch in diesem Fall ist der Kontrollresolver gemäß der Erfindung koaxial zum ersten Resolver angeordnet.
Durch die Erfindung wird es möglich, Industrieroboter in heißen Zellen einzusetzen und über Prozeßrechner zu steuern. Damit werden Arbeitsabläufe billiger und sicherer.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Gelenk mit zwei zueinander schwenkbaren Gelenkarmen, Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1 mit einer geschnittenen Darstellung einer zwei Resolver enthaltenden Meßvorrichtung, durch die Winkelinformationen aufgenommen werden, Fig. 3 die Meßvorrichtung aus der Fig. 2 im Schnitt und im größeren Maßstab zur Darstellung der Einzelheiten, Fig. 4 eine Detaildarstellung aus der Fig. 3 in Richtung des Pfeiles IV.
Das in Fig. 1 und 2 gezeigte Robotergelenk weist einen Gelenkarm 5 auf, der an seinem Ende über eine Antriebswelle 7 mit einem anderen Gelenksarm 9 gegeneinander schwenkbar verbunden ist. Die Antriebswelle 7 ist mit dem Gelenkarm 9 drehfest verbunden und drehbar in Bohrungen im Ende des Gelenkarmes 5 gelagert.
Am Gelenkarm 5 ist ein Gehäuse 11 befestigt (Fig. 2), in dem ein erster Resolver 13, der Hauptresolver, angeordnet ist. Die Welle 15 des Hauptresolvers 13 ist drehfest mit der Antriebswelle 7 des Gelenkarmes 9 gekoppelt. Auf dem anderen Ende der Welle 15 des Hauptresolvers 13 ist eine Zeigernabe 17 formschlüssig befestigt.
Koaxial zu dem Hauptresolver 13 ist in dem Gehäuse 11 ein zweiter Resolver 19, der Kontrollresolver, angeordnet. Die Welle 21 des Kontrollresolvers 19 weist an dem Ende, das dem Hauptresolver 13 zugewandt ist, eine Zeigernabe 23 auf, die einen Zeiger 25 trägt. Der Zeiger 25 stützt sich in der Ruhestellung auf einen im Gehäuse 11 eingeschraubten Justierstift 27 ab.
In der Fig. 3 wird das am Gelenkarm 5 angeflanschte Gehäuse 11 im Schnitt und im größeren MaBstab der besseren Übersicht halber dargestellt. Das Gehäuse 11 ist koaxial zu der Gelenkwelle 7 angeflanscht.
In dem Gehäuse 11 ist der Hauptresolver 13 befestigt. Die Welle 15 ist mit der Antriebswelle 7 an dem einen Ende drehfest gekoppelt. Am anderen Ende der Welle 15 des Hauptresolvers 13 ist die Zeigernabe 17 befestigt, die sich mit der Welle 15 dreht. Die Zeigernabe 17 weist einen Zeiger 31 auf. Die Stellung des Zeigers 31 entspricht der jeweiligen Stellung der Antriebswelle 7 des Gelenkes und damit der Stellung des Gelenkarmes 9 zu dem Gelenkarm 5, der als Bezugsarm dient.
Koaxial zu dem Hauptresolver 13 ist in zwei sich diametral gegenüberliegenden, achsparallelen Führungsnuten 33 und 35 im Gehäuse 11 der zweite Resolver 19 verschiebbar ange- bracht. Dieser zweite Resolver 19 ist der Kontrollresolver, über den die Abweichung der Lage des Gelenkarmes 9 von der angezeigten Lage ermittelt werden soll.
Das Gehäuse 11 ist am dem Gelenk gegenüberliegenden Ende von einem Deckel 37 verschlossen. An diesem Deckel 37 ist ein kleineres Gehäuse 39 angeflanscht, in dem ein Elektromotor 41 angeordnet ist, der über ein Ritzel 43 eine Schraubenspindel 45 verschieben kann. Die Schraubenspindel 45 ist im Deckel 37 gleitend gelagert. Die Schraubenspindel 45 ist am Kontrollresolver 19 befestigt, so daß dieser Kontrollresolver 19 bei einem Verschieben der Schraubenspindel 45 in den Führungsnuten 33 und 35 verfahren werden kann.
Die den Kontrollresolver 19 durchdringende Welle 21 weist an ihrem dem Hauptresolver 13 benachbarten Ende die Zeigernabe 23 auf, die den Zeiger 25 trägt. Dieser Zeiger 25 liegt mit einer unteren Kontaktfläche 51 auf dem im Gehäuse 11 eingeschraubten Justierstift 27. Der Zeiger 25 weist vorn eine schräge Gleitfläche 52 auf. Der Zeiger 31 an der Zeigernabe 17 des Hauptresolvers 13 weist ebenfalls vorn eine schräge Gleitfläche 54 auf. Die Gleitflächen 52 und 54 haben entgegengesetzte Neigungen.
Der Zeiger 31 ist mit einer Meßkontaktfläche 53 ausgerüstet, die mit einer Meßkontaktfläche 55 des Zeigers 25 zusammenwirken soll.
Am anderen Ende der Welle 21 des Kontrollresolvers 19 ist ein Antriebsrad 61 für einen Schnurantrieb 63 angebracht, der einen am Kontrollresolver 19 angebrachten Elektromotor 65 aufweist. Die Abtriebswelle des Elektromotors 65 weist ein Antriebsrad 67 auf, das über eine Schnur 69 mit dem Antriebsrad 61 des Kontrollresolvers 19 verbunden ist.
Über den Schnurantrieb 63 wird der Welle 21 eine Drehbewegung übertragen.
Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist wie folgt: Im Betrieb des Roboters wird das gezeigte Gelenk über den ersten Resolver 13 abgetastet und somit Informationen über die Stellung des Gelenkarmes 9 zu dem Gelenkarm 5 gewonnen. Dabei entspricht die Stellung des Zeigers 31 der Zeigernabe 17 der jeweiligen Stellung der Antriebswelle 7 des Gelenkes. Der Gelenkarm 5 ist mit dem Gehäuse 11 fest verbunden und dient als Bezugsarm.
Für eine Kontrollmessung der wahren Lage des Gelenkarmes 9 wird der Motor 41 betätigt und der Kontrollresolver 19 über die Schraubenspindel 45 aus der Stellung A in die Stellung A' verfahren. Der auf der Welle 21 angeordnete Zeiger 25, der sich in der Ruhestellung mit seiner Kontaktfläche 51 auf dem im Gehäuse 11 eingeschraubten Justierstift 27 abstüzt, wird frei und wird zur Durchführung der Kontrollmessung vom Motor 65 über den Schnurantrieb 63 und die Welle 21 mit dem Uhrzeigersinn (Blickrichtung von A nach A') um die Zeigernabe 31 des Hauptresolvers 13 gedreht, bis sich die beiden Meßkontaktflächen 53 und 55 der Zeiger 25 und 31 berühren. Die dabei von der Zeigernabe 23 des Kontrollresolvers 19 bis zur Herstellung des Kontaktes ausgeführte Drehung ist das Ergebnis der Kontrollmessung.
Über die Drehung wurden in dem Kontrollresolver 19 Informationssignale erzeugt, die dem Rechner zugeführt werden.
Im Rechner werden diese Informationssignale mit den vom Hauptresolver 13 gewonnenen Signale verglichen und Abweichungen festgestellt.
Sollte der Zeiger 31 einmal eine Stellung während einer Kontrollierung innehaben, die dem Zeiger 25 in etwa gegenüberliegt, so laufen die schrägen Gleitflächen 52 und 54 beim Einschieben des Kontrollresolvers 19 aufeinander. Dabei wird der Zeiger 25 während des Auflaufens der Gleitflächen 52 und 54 im Uhrzeigersinn bereits verdreht. Dieser Drehungsbeginn wird von dem Kontrollresolver 19 erfaßt und ausgezählt. Durch diese Ausbildung wird ein Totbereich der Meßvorrichtung verhindert.
Die in dem Schnurantrieb 63 verwendete Schnur 69 ist so leicht vorgespannt, daß nach dem Auflegen der Zeiger 25 und 31 das Drehmoment des Motors 65 aufgehoben wird.
Nach Abschluß der Kontrollmessung und der Verarbeitung der Zählinformation wird die Welle 21 des Kontrollresolvers 19 etwas zurückgedreht. Dann wird der Kontrollresolver 19 aus der Position A' durch Verschieben der Schraubenspindel 45 wieder nach der Position A, die in der Zeichnung dargestellt ist, zurückgezogen. Die Welle 21 des Kontrollresolvers 19 wird über den Motor 41 gedreht bis der Zeiger 25 mit der Kontakt fläche 51 wieder auf dem Justierstift 27 aufliegt. Der Kontrollresolver 19 ist wieder in der Ausgangsstellung, seiner Nullpunktlage.
Bezugszeichenliste 5 Gelenkarm 7 Antriebswelle 9 Gelenkarm 11 Gehäuse 13 erster Resolver; Hauptresolver 15 Welle; Hauptresolver 17 Zeigernabe; Hauptresolver 19 zweiter Resolver; Kontrollresolver 21 Welle; Kontrollresolver 23 Zeigernabe; Kontrollresolver 25 Zeiger; Kontrollresolver 27 Justierstift 31 Zeiger; Hauptresolver 33 Führungsnut 35 Führungsnut 37 Deckel 39 kleines Gehäuse 41 Elektromotor 43 Ritzel 45 Schraubenspindel 51 Kontaktfläche für den Justierstift 27 52 schräge Gleitfläche 53 Meßkontaktfläche des Zeigers 31 54 schräge Gleitfläche 55 Meßkontaktfläche des Zeigers 25 61 Antriebsrad 63 Schnurantrieb 65 Elektromotor 67 Antriebsrad 69 Schnur - Leerseite -

Claims

Schutzansprüche 1. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung zum Einsatz in verfahrenstechnischen, radioaktiv belasteten Großzellen von Anlagen zur Wiederaufarbeitung von bestrahlten Kernbrennstoffen mit einem über einen Prozeßrechner gesteuerten Industrieroboter, der zur Ermittlung der Stellung eines Gelenkarmes an einem Robotergelenk mit einem die Winkelstellung des Gelenkarmes ermittelnden Drehgeber versehen ist, der als auf dem Induktionsprinzip aufgebauter Resolver ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (15) des Resolvers (13) mit der Antriebswelle (7) des Robotergelenkes drehbar ist, wobei die Antriebswelle (7) mit dem zu überwachenden Gelenkarm (9) drehfest verbunden ist, daß diese Antriebswelle (7) in dem anderen Gelenkarm (5) des Robotergelenkes drehbar gelagert ist, daß an diesem Gelenkarm (5) eine gegenständliche Nullmarke (27) ortsfest angeordnet ist, daß koaxial zu der Welle (15) des ersten Resolvers (13) ein zweiter Resolver (19) angeordnet ist, daß der zweite Resolver (19) auf seiner Welle (21) eine geeignete Einrichtung (23, 25) aufweist, die mit der Welle (21) gegen die gegenständliche Nullmarke (27) drehbar ist, und daß der zweite Resolver (19) mit seiner Einrichtung (23, 25) auf der Welle (21) gegen eine gegenständliche Einrichtung (17, 31) auf der Welle (15) des ersten Resolvers (13) verfahrbar ist.
2. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (15) des Resolvers (13) koaxial zur Antriebswelle (7) angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist.
3. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Resolver (13 und 19) koaxial zueinander in einem an dem Gelenkarm (5) angeflanschten Gehäuse (11) angeordnet sind, daß die ortsfeste, gegenständliche Nullmarke (27) im Gehäuse (11) als eingeschraubter Justierstift (27) augebildet ist, daß die Einrichtung (23, 25) auf der Welle (21) des Kontrollresolvers (19) eine Zeigernabe (23) mit einem daran angebrachten Zeiger (25) ist, daß die gegenständliche Einrichtung (17, 31) auf der Welle (15) des ersten Resolvers (13) eine Zeigernabe (17) mit einem daran angebrachten Zeiger (31) ist.
4. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeiger (25, 31) der beiden Zeigernaben (17, 23) schräge Gleitflächen (52, 54) aufweisen, die entgegenge- setzte Neigungen haben, und daß die Zeiger (25, 31) zueinander gewandte Kontaktflächen (53, 55) aufweisen.
5. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollresolver (19) in dem Gehäuse (11) achsial verfahrbar angeordnet ist.
6. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontrollresolver (19) in achsparallelen Führungsnuten (33, 35) des Gehäuses (11) verschiebbar ist, daß am Gehäuse (11) ein Elektromotor (41) mit einem Schraubenspindelgetriebe (43, 45) zur achsialen Verschiebbarkeit des Kontrollresolvers (19) angeordnet ist.
7. Fernbedienbare Fernhantierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) des Kontrollresolvers (19) über einen Schnurantrieb (63) mit einem am Kontrollresolver (19) angeordneten Elektromotor (65) drehbar verbunden ist.