DE3533058C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein fernbedienbares Handhabungs­ gerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Anlagen zur Wiederaufarbeitung von abgebrannten Kern­ brennstoffen weisen zur Aufnahme des verfahrenstechni­ schen Teiles sogenannte "heiße" Großzellen auf. In die­ sen strahlungsabschirmenden Großzellen sind die Verfah­ renskomponenten in Gerüsten oder Gestellen (sogenannte Racks) aufgestellt.

Die Instandhaltungsarbeiten innerhalb der mit radioak­ tiver Strahlung belasteten Großzelle sollen möglichst ohne die Notwendigkeit des Betretens der Zelle von Ar­ beitspersonen durchgeführt werden. Es wurde daher vor­ geschlagen, die Instandhaltungsarbeiten über ortsbeweg­ liche 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 sei­ ne Winkelkodierer unter radioaktiver Belastung versag­ ten. Winkelkodierer erfassen die Informationssignale über optische Bildmuster. Im Strahlenfeld sind derarti­ ge Winkelkodierer nicht beständig, weil die Halbleiter­ bauelemente von der Strahlung beeinflußt werden und da­ her Falschinformationen abgeben können.

Es wurde daher bereits vorgeschlagen, anstelle der Win­ kelkodierer Resolver als Drehgeber einzusetzen, die eine elektromagnetische Impulszählung bewirken. Die In­ formationssignale werden hierbei durch Induktion gewon­ nen. Bei Zählbeginn steht der Resolver an einem defi­ nierten 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 es sich herausgestellt, daß beispiels­ weise im Abschaltzustand eines Roboters eine Lagever­ änderung des jeweiligen Gelenkarmes aufgrund der nach unten gerichteten Schwerkraft erfolgen kann. Der Ge­ lenkarm verändert im Ausschaltzustand seine zuletzt er­ faßte Lage, die im Rechner als lst-Lage gespeichert bleibt. Nach dem Abschalten des Roboters ist nun die Stellung des Gelenkarmes anders als dem Rechner be­ kannt. Resolver und Zähler sind nicht mehr auf den Nullpunkt des Gelenkarmes abgestimmt. Ein Zählvorgang ergibt nun eine Falschinformation und nicht die aktuel­ le Lage bzw. Stellung des Gelenkarmes.

Diese nachteilige Möglichkeit des Versatzes des Robo­ tergelenkarmes gegen den einmal festgelegten Zählnull­ punkt ist auch im Betrieb möglich.

Es ist eine Vorrichtung bekannt (DE-AS 24 42 865), de­ ren Einstellungsgenauigkeit last- und verschleißunab­ hängig ist. Bei diesem Vorschlag wird eine Scheibe, die Anschläge trägt, drehfest aber axial beweglich ange­ bracht.

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.

ln der DE-OS 30 45 094 wird ein programmierbarer Mani­ pulator beschrieben.

Aus der DE-OS 24 03 698 ist ein Verfahren zur Messung der räumlichen Position von Roboter-Bauteilen bekannt, bei dem die Position durch Aufnahme von Kennzeichen an den Bauteilen durch Fernsehkameras und durch Analyse des Fernsehbildes im Computer errechnet wird. Optisch erfaßbare Symbole sind für den Einsatz in aggressiven, Verschmutzungen verursachenden Atmosphären nicht aus­ reichend sicher.

Aus der DE-OS 28 40 341 ist es bekannt, durch Winkelge­ ber die aktuellen Positionsdaten der Schwenkbewegung eines Roboterunterarmes zu ermitteln. Diese Positions­ daten werden dann mit gespeicherten Positionsdaten ver­ glichen. Das daraus gebildete Abweichungssignal wird der Robotersteuerung zugeführt. Ein Überprüfen der Stellung des jeweiligen Winkelgebers erfolgt über diese Einrichtung nicht. Eine Möglichkeit des Erfassens von im Stillstand des steuernden Roboterarmes erfolgenden Lageveränderungen ist nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein fernbe­ dienbares Handhabungsgerät der eingangs beschriebenen Art derart auszugestalten, daß bei stillgesetztem Ge­ lenkantrieb aufgetretene Lageveränderungen des Gelenk­ armes erfaßt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der zweite Resolver wird nur zur Überprüfung der wahren Verhältnisse des zu überwachenden Gelenkarmes in die Welle des ersten Resolvers eingerückt. Während der Überprüfung ist der Gelenkantrieb stillgesetzt. Dann fährt der zweite Resolver von einer gegenständlichen Nullmarke am als Bezug gewählten Gelenkarm gegen die gegenständliche Einrichtung auf der Welle des ersten Resolvers. Während dieses Abfahrens kann über den zwei­ ten Resolver die veränderte Lage des anderen Gelenkar­ mes bzw. des Hauptresolvers gegenüber der gegenständli­ chen Nullmarke am Bezugsgelenkarm abgezählt werden. Da­ durch wird indirekt die wahre Lage des anderen Gelenk­ armes überprüft. Dem Rechner wird diese Zählinformation zugeführt. In dem weiteren Betrieb des Roboters kann dann die wahre Ausgangslage des Hauptresolvers, das ist der erste Resolver, 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 al­ so ungestört möglich. Diese Kontrolle mit dem zweiten Resolver ist beliebig oft möglich, d. h. auch im Be­ trieb des Roboters. Es ist also eine ständige Überprü­ fung möglich, ob die von den Instrumenten erfaßte und angezeigte Stellung wirklich wahr ist.

Nach der jeweiligen Messung dreht ein Motor den Kon­ trollresolver über seine Welle in seine Nullage zurück.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wer­ den in den Ansprüchen 2 bis 6 gekennzeichnet.

Die Erfindung ist unabhängig davon einsetzbar, ob der erste Resolver koaxial zu der Antriebswelle des Robo­ tergelenkes oder wegen Platzmangels außerhalb der Wel­ lenachse angeordnet ist. In diesem zweiten Fall wird die Drehbewe­ gung 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 steu­ ern. Damit werden Arbeitsabläufe billiger und sicherer.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Gelenk mit zwei zueinander schwenkbaren Gelenkarmen,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1 mit einer ge­ schnittenen Darstellung einer zwei Resolver enthaltenden Meßvorrichtung, durch die Win­ kelinformationen 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 Ge­ lenkarm 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 Zeigernähe 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 eingeschraub­ ten Justierstift 27 ab.

In der Fig. 3 wird das am Gelenkarm 5 angeflanschte Ge­ häuse 11 im Schnitt und im größeren Maßstab 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 Kontrollresol­ ver, 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 Elektro­ motor 41 angeordnet ist, der über ein Ritzel 43 eine Schraubenspindel 45 verschieben kann. Die Schraubenspindel 45 ist im Deckel 37 gleitend gelagert. Die Schraubenspin­ del 45 ist am Kontrollresolver 19 befestigt, so daß dieser Kontrollresolver 19 bei einem Verschieben der Schrauben­ spindel 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 Zei­ gernabe 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 Zeiger­ nabe 17 des Hauptresolvers 13 weist ebenfalls vorn eine schrä­ ge Gleitfläche 54 auf. Die Gleitflächen 52 und 54 haben entge­ gengesetzte Neigungen.

Der Zeiger 31 ist mit einer Meßkontaktfläche 53 ausgerüstet, die mit einer Meßkontaktfläche 55 des Zeigers 25 zusammenwir­ ken 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 Drehbewe­ gung 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 gewon­ nen. Dabei entspricht die Stellung des Zeigers 31 der Zei­ gernabe 17 der jeweiligen Stellung der Antriebswelle 7 des Gelenkes. Der Gelenkarm 5 ist mit dem Gehäuse 11 fest ver­ bunden 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 Kon­ taktfläche 51 auf dem im Gehäuse 11 eingeschraubten Ju­ stierstift 27 abstützt, 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 Infor­ mationssignale erzeugt, die dem Rechner zugeführt werden. Im Rechner werden diese Informationssignale mit den vom Hauptresolver 13 gewonnenen Signale verglichen und Ab­ weichungen festgestellt.

Sollte der Zeiger 31 einmal eine Stellung während einer Kon­ trollierung innehaben, die dem Zeiger 25 in etwa gegenüber­ liegt, 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 ver­ hindert.

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 darge­ stellt ist, zurückgezogen. Die Welle 21 des Kontrollresol­ vers 19 wird über den Motor 41 gedreht bis der Zeiger 25 mit der Kontaktfläche 51 wieder auf dem Justierstift 27 aufliegt. Der Kontrollresolver 19 ist wieder in der Aus­ gangsstellung, 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

Claims (7)

1. Fernbedienbares Handhabungsgerät zum Einsatz in verfahrenstechnischen, radioaktiv belasteten Groß­ zellen von Anlagen zur Wiederaufarbeitung von be­ strahlten Kernbrennstoffen mit einem über einen Pro­ zeßrechner gesteuerten Industrieroboter, der zur Er­ mittlung der Stellung eines Gelenkarmes an einem Ro­ botergelenk mit einem die Winkelstellung des Gelenk­ armes ermittelnden Drehgeber versehen ist, der als auf dem Induktionsprinzip aufgebauter Resolver aus­ gebildet ist, und folgende Merkmale umfaßt:

• a) die Welle (15) des Resolvers (13) ist mit der Antriebswelle (7) des Robotergelenkes drehbar, wobei die Antriebswelle (7) mit dem zu überwa­ chenden Gelenkarm (9) drehfest verbunden ist,
• b) diese Antriebswelle (7) ist in dem anderen Ge­ lenkarm (5) des Robotergelenkes drehbar gela­ gert,

dadurch gekennzeichnet, daß

• c) an diesem Gelenkarm (5) eine gegenständliche Nullmarke (27) ortsfest angeordnet ist,
• d) auf der Welle (15) des ersten Resolvers (13) eine gegenständliche Einrichtung (17, 31) angeordnet ist,
• e) koaxial zu der Welle (15) des ersten Resolvers (13) ein zweiter Resolver (19) angeordnet ist, der axial verfahrbar ist,
• f) der zweite Resolver (19) auf seiner Welle (21) eine Einrichtung (23, 25) aufweist, die gegen die gegenständliche Nullmarke (27) drehbar ist und
• g) die Einrichtung (23, 25) des zweiten Resolvers (19) gegen die gegenständliche Einrichtung (17, 31) des ersten Resolvers (13) drehbar ist.

2. Fernbedienbares Handhabungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (15) des Resolvers (13) koaxial zur Antriebswelle (7) angeordnet und mit dieser drehfest verbunden ist.

3. Fernbedienbares Handhabungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und zweite Resolver (13 und 19) in einem an dem Gelenkarm (5) angeflanschten Ge­ häuse (11) angeordnet sind,
daß die ortsfeste gegenständliche Nullmarke (27) im Gehäuse (11) als eingeschraubter Justierstift (27) ausgebildet 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. Fernbedienbares Handhabungsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeiger (25, 31) der beiden Zeigernaben (17, 23) schräge Gleitflächen (52, 54) aufwei­ sen, die entgegengesetzte Neigungen haben, und,
daß die Zeiger (25, 31) zueinander gewandte Kon­ taktflächen (53, 55) aufweisen.

5. Fernbedienbares Handhabungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Kontrollresolver (19) in achsparallelen Führungsnuten (33, 35) des Gehäuses (11) ver­ schiebbar ist,
daß am Gehäuse (11) ein Elektromotor (41) mit einem Schraubenspindelgetriebe (43, 45) zur axialen Verschiebbarkeit des Kontrollresolvers (19) angeordnet ist.

6. Fernbedienbares Handhabungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) des Kontrollresolvers (19) über einen Schnurantrieb (63) mit einem am Kon­ trollresolver (19) angeordneten Elektromotor (65) drehbar verbunden ist.