DE4240435A1 - Three dimensional arm used to inspect reactor pressure vessels - comprises cylinders contg. elements connected by ball joints - Google Patents
Three dimensional arm used to inspect reactor pressure vessels - comprises cylinders contg. elements connected by ball jointsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen im dreidimensionalen Raum bewegbaren, in seiner Raumform veränderbaren Arm, der aus einer Mehrzahl aufeinanderfolgender, gegeneinander verschwenkbarer Einzelelemente zusammengesetzt ist.The invention relates to a spatial shape that is movable in three-dimensional space changeable arm, made up of a plurality of consecutive, against each other pivotable individual elements is composed.
Derartige Arme kommen in vielen Technik-Bereichen zum Einsatz. Sie werden insbesondere im Zusammenhang mit Handhabungsautomaten oder Industrierobotern verwendet. In der Medizin-Technik benötigt man derartige Arme z. B. für endoskopische Zwecke.Such arms are used in many areas of technology. You will be particular used in connection with handling machines or industrial robots. In the Medical technology you need such arms z. B. for endoscopic purposes.
Die Europäische Offenlegungsschrift 17 016 vermittelt einen Überblick über verschiedene, zum Stand der Technik gehörende Bauformen für Arme der eingangs bezeichneten Art. Dabei sind zur Verstellung der insbesondere aufeinander abwälzenden Einzelelemente des jeweiligen Armes jedem dieser Einzelelemente mehrere hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigbare Servomotoren zugeordnet.European Offenlegungsschrift 17 016 provides an overview of various, for Designs belonging to the state of the art for arms of the type described in the introduction to adjust the individual elements of the respective, in particular rolling on one another Poor each of these individual elements several hydraulically, pneumatically or electrically operable servomotors assigned.
Die elektrisch betätigten Servomotoren ermöglichen lediglich eine Verstellung zwischen zwei Endpositionen. Daraus ergeben sich erhebliche Beschränkungen für die insgesamt von dem Arm einnehmbaren Raumformen.The electrically operated servomotors only allow adjustment between two End positions. This results in significant restrictions on the total of that Arm ingestible room shapes.
Diese Beschränkungen werden z. T. überwunden durch die Verwendung hydraulisch betätigter Stellmotoren, deren Stellkolben stufenlos verschoben werden können. Dazu sind die verschiedenen Hydraulikzylinder gruppenweise an je eine Versorgungsleitung angeschlossen. Damit sind jedoch alle Hydraulikzylinder einer Gruppe stets nur mit einem allen gemeinsamen Druck beaufschlagbar, woraus sich neue Beschränkungen für die Verstellmöglichkeiten des Arms ergeben.These restrictions are e.g. T. overcome by the use of hydraulically operated Servomotors whose actuating pistons can be moved continuously. For that are the various hydraulic cylinders connected in groups to one supply line each. However, this means that all hydraulic cylinders in a group are always only common to one Pressurizable, resulting in new restrictions on the adjustment options of the Arms surrendered.
Bei einer anderen Ausführungsform nach der genannten EP-OS sind die Einzelelemente durch Zugdrähte miteinander verbunden und können gruppenweise durch Verkürzen oder Verlängern dieser Drähte in eine Winkelposition zueinander gebracht werden, woraus sich eine gekrümmte Raumform des gesamten Arms ergibt. Die Variationsmöglichkeiten für die Verstellung des gesamten Armes erscheinen auch hier beträchtlich eingeschränkt.In another embodiment according to the EP-OS mentioned, the individual elements are through Tension wires connected to each other and can be grouped by shortening or lengthening these wires are brought into an angular position to each other, resulting in a curved The spatial shape of the entire arm results. The possible variations for the adjustment of the entire arm appear considerably restricted here too.
Aus der DE-PS 37 12 067 ist ein beweglicher Arm bekannt, der aus einer Reihe von miteinander verbundenen gleichartigen Elementen besteht, die in Längsrichtung des Arms torsionssteif durch Gelenkachsen, insbesondere durch Kreuzgelenke allseitig miteinander verbunden sind, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Elementen ein zug- und druckfestes Raumgelenk sowie zwei Linearmotore angeordnet sind, die ebenfalls raumgelenkig an den benachbarten Gelenken angreifen. Die Linearmotore sind als doppeltwirkende Hydraulikzylinder ausgebildet. Als Steuereinrichtungen sind innerhalb der Elemente angeordnete Steuerventile vorgesehen. From DE-PS 37 12 067 a movable arm is known, which consists of a number of interconnected similar elements exist in the longitudinal direction of the arm Torsionally stiff due to joint axes, especially universal joints with each other are connected, with a tensile and compressive strength between each two adjacent elements Space joint and two linear motors are arranged, which are also articulated to the attack neighboring joints. The linear motors are double-acting Hydraulic cylinder trained. As control devices are within the elements arranged control valves provided.
Ein solcher Arm weist ebenfalls erheblich beschränkte Verstellmöglichkeiten auf. Zudem bedingt die Ansteuerung der in den Elementen untergebrachten Ventile einen beträchtlichen baulichen Aufwand.Such an arm also has considerably limited adjustment options. In addition the control of the valves housed in the elements requires a considerable amount construction effort.
Aus der DE-OS 34 00 362 ist ein Hydrogelenkarm bekannt, bei dem die hintereinander geschalteten Einzelelemente eine Anordnung aus mindestens drei periphären Zylindern und einem Zentralzylinder bilden, wobei sowohl eine Längenänderung als auch eine Beugung des Arms möglich ist. Die Zylinder befinden sich starr auf einer Grundplatte. Die peripheren Zylinder betätigen Kolbenstangen, die mit ihren Endgelenken in einem Schwenk- Schublagergehäuse verbunden sind. Bei der Beugung zweier Grundplatten zueinander findet eine Schiebebewegung in radialer Richtung, bezogen auf die Zentralzylinderachse, statt. Um die Verschiebung technisch zu ermöglichen wird eine Kurvenscheibe verwendet, die belegt ist durch den exzentrischen Zapfen eines Zahnrades, das durch eine Zahnstange bewegt wird, die mit einer Vorrichtung an die Kolbenstange des Zentralzylinders greift.From DE-OS 34 00 362 a hydraulic joint arm is known in which the one behind the other switched individual elements an arrangement of at least three peripheral cylinders and form a central cylinder, both a change in length and a diffraction of the Arms is possible. The cylinders are rigid on a base plate. The peripheral Cylinders actuate piston rods that are pivoted with their end joints Drawer housing are connected. When bending two base plates to each other a sliding movement in the radial direction, based on the central cylinder axis, instead. Around A cam disk that is occupied is used to technically enable the shift by the eccentric pin of a gear that is moved by a rack that engages with a device on the piston rod of the central cylinder.
Dieser Gelenkarm bietet zwar im Vergleich zu den zuvor beschriebenen erweiterte Möglichkeiten zur Verstellung des Arms im Raum - allerdings bedarf es eines ganz erheblichen baulichen Aufwands um diesen Vorteil zu erzielen. Die Vielzahl der benötigten Bauteile erlaubt einen besonders klein bauenden Arm, wie er zum Beispiel in der Medizin-Technik benötigt wird, nicht.This articulated arm offers extended compared to the previously described Possibilities for adjusting the arm in the room - however, a very substantial one is required construction effort to achieve this advantage. The variety of components required allows a particularly small arm, as required for example in medical technology will not.
Ausgehend von diesem Stand der Technik soll mit der Erfindung die Aufgabe gelöst werden, einen Arm der eingangs angegebenen Art zu schaffen, der bei einfacher Bauweise und geringem Bauvolumen mit hoher Genauigkeit und bei einfacher Handhabung nahezu beliebig im Raum verstellbar ist und daher in nahezu allen Technikbereichen - vom Industrieroboter bis z. B. zur Medizintechnik - Anwendung finden kann.Starting from this prior art, the object of the invention is to be achieved to create an arm of the type specified, the simple design and small volume with high accuracy and almost arbitrary with simple handling is adjustable in space and therefore in almost all technical areas - from industrial robots to e.g. B. for medical technology - can find application.
Die gestellte Aufgabe wird mit einem in seiner Raumform veränderbaren Arm gelöst, der die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.The task is solved with an arm that can be changed in terms of its spatial shape Features of claim 1.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Arms ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 10.Advantageous further refinements of the arm according to the invention result from the Claims 2 to 10.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung im Rahmen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention based on the drawing in the context of an embodiment explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Arm nach der Erfindung. Fig. 1 shows a longitudinal section through the arm according to the invention.
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Einzelelement. Fig. 2 shows a longitudinal section through a single element.
Fig. 3 einen Querschnitt durch den Arm. Fig. 3 shows a cross section through the arm.
Wie die Figuren zeigen, besteht der Arm (1) nach der Erfindung aus mehreren, durch steckbare Kugelgelenke (2) miteinander verbundenen Einzelelementen (3). Diese besitzen in der Mitte einen Kanal (9), durch welchen z. B. ein Antrieb für ein Werkzeug (8) geführt werden kann. Der Antrieb kann z. B. ein Seilzug sein.As the figures show, the arm ( 1 ) according to the invention consists of several individual elements ( 3 ) connected to one another by pluggable ball joints ( 2 ). These have in the middle a channel ( 9 ) through which z. B. a drive for a tool ( 8 ) can be performed. The drive can e.g. B. be a cable.
Außermittig befinden sich in jedem Einzelelement (3) drei weitere, zum Kanal (9) für den Werkzeugantrieb parallele Kanäle (10), durch welche z. B. Übertragungselemente für optische Signale, insbesondere Glasfaserbündel, verlegt sein können.Eccentrically, in each individual element ( 3 ) there are three further channels ( 10 ) parallel to the channel ( 9 ) for the tool drive, through which channels z. B. transmission elements for optical signals, in particular glass fiber bundles, may be misplaced.
Die zuletzt genannten Kanäle (10) sind in einem Winkelabstand von 120° gleichmäßig auf einem gemeinsamen Radius angeordnet.The last-mentioned channels ( 10 ) are evenly arranged on a common radius at an angular distance of 120 °.
Radial außerhalb dieser Kanäle (10) befinden sich, ebenfalls um 120° gegeneinander versetzt, drei hydraulische Stellzylinder (4) in ebenfalls zum jeweiligen Einzelelement (3) achsparalleler Anordnung. Diese Stellzylinder (4) tragen auf der Außenseite Druckanschlüsse, an die jeweils eine im Arm verlegte Druckleitung (7) angeschlossen ist.Radially outside of these channels ( 10 ), likewise offset by 120 ° from one another, are three hydraulic actuating cylinders ( 4 ) which are also axially parallel to the respective individual element ( 3 ). These actuating cylinders ( 4 ) have pressure connections on the outside, to each of which a pressure line ( 7 ) laid in the arm is connected.
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind 21 Druckleitungen (7) vorgesehen, was für die Druckversorgung von sieben Einzelelementen (3) mit jeweils drei Stellzylindern (4) ausreicht. Die Druckleitungen (7) und die Einzelelemente (3) sind von einem Hüllschlauch (11) aus Siliconkautschuk umgeben.As shown in Fig. 3, 21 pressure lines ( 7 ) are provided, which is sufficient for the pressure supply of seven individual elements ( 3 ), each with three actuating cylinders ( 4 ). The pressure lines ( 7 ) and the individual elements ( 3 ) are surrounded by an envelope tube ( 11 ) made of silicone rubber.
In den Stellzylindern (4) laufen Kolben (5). Diese sind durch Kolbenstangen (6) jeweils mit Kolben (5) verbunden, die in den Stellzylindern (4) des jeweils benachbarten Einzelelements (3) laufen. Die Kolben (5) sind einzeln gegen Herausfallen aus dem Stellzylinder (4) gesichert. In den Stellzylindern (4) der beiden endseitigen Einzelelemente (3) des Armes (1) befindet sich je ein einziger Kolben (5), während sich in den Stellzylindern (4) der anderen Einzelelemente jeweils zwei Kolben gegenüberstehen.Pistons ( 5 ) run in the actuating cylinders ( 4 ). These are each connected by piston rods ( 6 ) to pistons ( 5 ) which run in the actuating cylinders ( 4 ) of the adjacent individual element ( 3 ). The pistons ( 5 ) are individually secured against falling out of the actuating cylinder ( 4 ). There is a single piston ( 5 ) in each of the actuating cylinders ( 4 ) of the two end-side individual elements ( 3 ) of the arm ( 1 ), while two pistons are located opposite each other in the actuating cylinders ( 4 ) of the other individual elements.
Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß durch Pumpen von Hydraulikmedium in spezielle Stellzylinder (4) und Entnahme von Fluid aus anderen Stellzylindern (4) eines Einzelelements (3) eine Krümmung des Arms (1) bewirkt werden kann.From the drawing it can be seen that pumping hydraulic medium into special actuating cylinders ( 4 ) and removing fluid from other actuating cylinders ( 4 ) of an individual element ( 3 ) can cause the arm ( 1 ) to be curved.
Die Steuerung des Arms (1) erfolgt in einer Master-Slave-Anordnung. Hierfür sind zwei baugleiche Arme (1) vorgesehen, wobei die Einbaulage der durch eine Hydraulikleitung miteinander verbundenen Stellzylinder (4) von Master und Slave um 180° verdreht ist. So wird eine identische Bewegung beider Arme erreicht.The arm ( 1 ) is controlled in a master-slave arrangement. For this purpose, two arms ( 1 ) of identical construction are provided, the installation position of the actuating cylinders ( 4 ) of master and slave connected to one another by a hydraulic line being rotated by 180 °. In this way, an identical movement of both arms is achieved.
Als Alternative zur hydraulischen Kopplung von Master und Slave kann eine elektronisch gesteuerte Abgabe von Hydraulikmedium an die einzelnen Stellzylinder (4) vorgesehen werden. In diesem Fall sollte die Position der Gelenke am Master und am Slave durch Winkelgeber kontinuierlich überwacht und in einem Rechner verglichen werden. Bei dieser Art von Bewegungssteuerung des Arms (1) sind aufgrund der elektronischen Signalübertragung größere Entfernungen zwischen Master und Slave überbrückbar. As an alternative to the hydraulic coupling of master and slave, an electronically controlled delivery of hydraulic medium to the individual actuating cylinders ( 4 ) can be provided. In this case, the position of the joints on the master and slave should be continuously monitored by angle encoders and compared in a computer. With this type of movement control of the arm ( 1 ), greater distances between master and slave can be bridged due to the electronic signal transmission.
Der in hohem Maße in seiner Raumform verstellbare und aufgrund der Master-Slave-
Bewegungssteuerung in besonders vorteilhafter Weise fernsteuerbare Arm (1) kann in einem
weiten Feld von Technik-Bereichen eingesetzt werden. Lediglich beispielsweise werden als
mögliche Anwendungsgebiete genannt:
Minimal-Invasive-Chirurgie
Inspektion von schwer zugänglichen Maschinen- oder Anlagenteilen, z. B. von
Turbinen in Kraftwerken oder Flugtriebwerken.
Inspektion von kontaminierten Maschinen- und Anlagenteilen, z. B. von
Einbauten im Reaktordruckbehälter von Kernkraftwerken, Anlagen der
chemischen Industrie.The arm ( 1 ), which is highly adjustable in its spatial shape and can be remote-controlled in a particularly advantageous manner due to the master-slave motion control, can be used in a wide range of technical areas. The following are only mentioned as possible areas of application:
Minimally invasive surgery
Inspection of difficult to access machine or system parts, e.g. B. of turbines in power plants or aircraft engines.
Inspection of contaminated machine and system parts, e.g. B. of internals in the reactor pressure vessel of nuclear power plants, plants in the chemical industry.
BezugszeichenlisteReference list
1 Arm
2 Kugelgelenk
3 Einzelelement
4 Stellzylinder
5 Kolben
6 Kolbenstangen
7 Druckleitung
8 Werkzeug
9 Kanal für Werkzeugantrieb
10 Kanal zur Aufnahme von Übertragungselementen für optische Signale
11 Hüllschlauch 1 arm
2 ball joint
3 single element
4 actuating cylinders
5 pistons
6 piston rods
7 pressure line
8 tools
9 channel for tool drive
10 channels for receiving transmission elements for optical signals
11 Envelope tube
Claims (10)
- - sich die Stellzylinder (4) je zweier benachbarter Einzelelemente (3) paarweise gegenüberliegen und zwischen den sich somit ebenfalls gegenüberliegenden Kolben (5) der benachbarten Einzelelemente (3) an diesen Kolben (5) mit ihren Enden angelenkte Kolbenstangen (6) vorgesehen sind,
- - jeder Stellzylinder (4) über eine ihm zugeordnete Druckleitung (7) getrennt von den anderen Stellzylindern (4) mit Hydraulikmedium beschickbar ist, und
- - die Bewegungssteuerung des Armes (1) in einer Master-Slave-Anordnung erfolgt, bei der ein zu dem Arm (1) baugleicher Arm einen Master-Arm bildet, dessen bei seiner Handhabung eintretende Bewegungen zeitgleich und identisch auf den im Raum zu bewegenden und in seiner Raumform zu verändernden Arm (1) übertragbar sind.
- - The actuating cylinders ( 4 ), each of two adjacent individual elements ( 3 ), lie opposite each other in pairs and between the pistons ( 5 ) of the adjacent individual elements ( 3 ), which are also opposite one another, are provided on these pistons ( 5 ) with their ends articulated piston rods ( 6 ),
- - each of the actuating cylinder (4) via an associated discharge line (7) separated from the other control cylinders (4) chargeable with hydraulic medium, and
- - The movement control of the arm ( 1 ) takes place in a master-slave arrangement, in which an arm of the same construction as the arm ( 1 ) forms a master arm, the movements of which occur during its handling and are identical and identical to those to be moved in the room arm ( 1 ) which can be changed in its spatial form are transferable.
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8141 | Disposal/no request for examination |