DE69020779T2

DE69020779T2 - Telemanipulator, vorgesehen zum Aufhängen an einem Hebezeug.

Info

Publication number: DE69020779T2
Application number: DE69020779T
Authority: DE
Inventors: Andre Garnier
Original assignee: Societe dInnovations Techniques SIT SAS
Current assignee: Societe dInnovations Techniques SIT SAS
Priority date: 1989-04-13
Filing date: 1990-04-11
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: DE69020779D1; EP0392926B1; FR2645788B1; FR2645788A1; JPH02298481A; EP0392926A3; JP2709412B2; US5088610A; EP0392926A2

Description

Die Erfindung betrifft einen unabhängigen Telemanipulator, der so gestaltet ist, daß er in Verbindung mit einem Hebezeug, wie einer Rollbrücke, die im Inneren einer Verschlußzelle (abgeschlossene Zelle) verfügbar ist, verwendet werden kann.
In der Atomindustrie hat die Notwendigkeit, radioaktive Produkte, die in den Verschlußzellen plaziert sind, auf Entfernung zu manipulieren, die Konstrukteure dazu veranlaßt, zahlreiche Telemanipulatoreinrichtungen zu entwickeln. Diese Telemanipulatoreinrichtungen sind allgemein in zwei Familien klassifiziert, die von den Präzisionstelemanipulatoren und den schweren Telemanipulatoren gebildet werden.
In der Familie der Präzisionstelemanipulatoren finden sich alle Telemanipulatoren, die einen außerhalb der Verschlußzelle gelegenen Steuerarm und einen im Inneren der Verschlußzelle gelegenen, stationären und die Bewegungen des Steuerarms reproduzierenden Folgearm umfassen. Die Steuer-Folge-Telemanipulatoren (Druckschrift FR-E-86927) mit oder ohne Belastungsumkehr erscheinen in dieser Kategorie.
Die schweren Manipulatoren sind dagegen unabhängige Maschinen, die eine vertikale, teleskopische Tragesäule umfassen, welche nach unten von einem Wagen übersteht, der in zwei aufeinander senkrecht stehenden, horizontalen Richtungen bewegt werden kann, wobei die Tragesäule an ihrem unteren Ende mindestens einen mit einer Klemme bestückten und allgemein aus mindestens zwei zueinander verschwenkbaren Segmenten gebildeten Greifarm besteht (Fig. 11 der Druckschrift CH-A- 370168).
Die schweren Telemanipulatoren sind komplexe und verteuernde Spezialmaschinen. Des weiteren statten die Entwickler dieser Maschinen diese häufig mit einer Relativpräzision aus, die häufig nicht an die relativ einfachen Aufgaben angepaßt ist, die im allgemeinen im Inneren der Verschlußzellen verwirklicht werden sollen und die zum Beispiel im Ergreifen eines Objekts und in seinem Transport von einem Punkt zu einem anderen im Inneren der Zelle besteht.
Die besondere Spezialisierung der schweren Telemanipulatoren, ihre erhöhten Kosten und ihre bedeutende Sperrigkeit bewirkt, daß die Benutzer bisweilen zögern, sich für den Einbau eines solchen Telemanipulators in eine Verschlußzelle zu entscheiden.
Andererseits ist aus der Druckschrift "Patent Abstracts of Japan", Bd. 9, Nr. 304 (P-409) (2027) vom 30. 11. 85 und aus der Druckschrift JP-A- 60138458 eine unabhängige tauchgängige Maschine für das Steuern und Reparieren der Atomreaktorbehälter unter Wasser bekannt, wobei die Maschine mit einem Triebwerk ausgestattet und über ein Kabel mit einer Oberflächenstation verbunden ist. Diese Maschine umfaßt einen Träger, auf dem ein Schwenkarm befestigt ist, der das Halten einer Sonde oder eines Geräts an einer festen Stelle im Raum gestattet, unabhängig von möglichen Stellungsveränderungen des Trägers. Eine Gleichgewichtsmasse, die auf dieselbe Weise mit dem Träger über einen Schwenkarm verbunden ist, ermöglicht es, den Schwerpunkt und das Schwebezentrum der Maschine zu variieren und möglicherweise dessen Stellung zu steuern.
Aus der Druckschrift FR-A-2550984 ist außerdem ein Roboterträger bekannt, der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht und der mittels einer Rollbrücke von einem Arbeitsbereich in einen anderen bewegt werden kann.
Die Erfindung hat insbesondere eine neuartige Telemanipulationsmaschine zur Aufgabe, die derart an einem beliebigen Hebezeug aufgehängt werden kann, wie einer bereits im Inneren einer Verschlußzelle befindlichen Rollbrücke, daß sie die Aufgaben ausführen kann, die im allgemeinen von schweren Telemanipulatoren ausgeführt werden, ohne eine bedeutende Investition zu erfordern und ohne den verfügbaren Raum im Inneren der Zelle zu beeinträchtigen.
Gemäß der Erfindung wird dieses Ergebnis mittels einer Telemanipulationsmaschine gemäß dem Anspruch 1 erreicht.
Eine so gestaltete Telemanipulationsmaschine kann an einem beliebigen, in einer Verschlußzelle befindlichen Hebezeug aufgehängt werden, wenn seine Verwendung erforderlich ist. Sobald die Telemanipulationsmaschine nicht mehr benötigt wird, kann sie in einer Ecke der Zelle verstaut werden, wodurch der verfügbare Raum im Inneren der Zelle freigemacht wird. Es ist festzustellen, daß durch die große Einfachheit dieser Maschine ihr Preis im Vergleich zu dem eines schweren Telemanipulators der klassischen Konzeption besonders niedrig ist, was einen zusätzlichen beachtlichen Vorteil in Bezug auf einen solchen Telemanipulator darstellt. Darüber hinaus ist es wichtig festzustellen, daß die Telemanipulationsmaschine gemäß der Erfindung trotz seiner Einfachheit auf besonders sichere Weise funktioniert, dank des automatischen Gewichtsausgleichs des Arms, der durch das Gegengewicht erzeugt wird, sei es in Leerstellung oder während eine Ladung vom Greifarm getragen wird, einschließlich wenn eine Last von dem letzten gestützt wird.
In derselben Ausführungsform sind die ersten und zweiten Orientierungssteuerungseinrichtungen Getriebemotoren, die auf dem Träger montiert sind.
Vorteilhafterweise ist ein Potentiometer an jedem der Orientierungssteuerungseinrichtungen angebracht. Indem die Orientierung des Arms zum Träger bekannt ist, erlaubt dies bemerkenswerter Weise das Gleichgewicht des letzteren automatisch zu beeinflussen, bevor eine Ladung abgeladen wird, wodurch entsprechend alle Schwingungsrisiken der Maschine in Bezug auf das Hebezeug, an dem sie aufgehängt ist, ausgeschlossen werden.
Der Träger kann insbesondere aus zwei Teilen hergestellt sein, zwischen denen ein Rotationsfreiheitsgrad um eine Achse, die senkreeht zur Schwenkachse des Greifarms ist, vorgesehen ist, und die zur vertikalen Orientierung dient. Die zugehörige Rotationsbewegung wird entsprechend durch eine geeignete Steuereinrichtung gesteuert, die im Träger befestigt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden beispielhaft und keinerlei beschränkend anhand anhängender Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht ist, die auf schematische Weise den Einbau einer Telemanipulationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung im Inneren einer Verschlußzelle darstellt;
Fig. 2 eine Seitenansicht der Telemanipulationsmaschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt; und
Fig. 3 eine Ansicht der Telemanipulationsmaschine aus Fig. 2 von unten darstellt.
In Fig. 1 ist ein Teil einer Verschlußzelle einer Atomanlage dargestellt. Eine solche Zelle ist gewöhnlicherweise mit einem Hebezeug ausgestattet, das durch eine Rollbrücke 10 gebildet wird, die gestrichelt in Fig. 1 dargestellt ist, die aber in gewissen Fällen von anderer Natur sein kann.
Üblicherweise kann die Rollbrücke 10 in einer ersten horizontalen Richtung über die Schienen 12 bewegt werden, und sie trägt einen Wagen 14, der sich zur Brücke 10 in eine horizontale Richtung bewegen kann, die senkrecht zur Richtung ist, welche durch die Schienen 12 definiert ist. Der Wagen 14 trägt einen Traghaken 16 mittels einem Kabel (nicht dargestellt), welches beliebig auf einer von dem Wagen getragenen Trommel 18 aufgerollt oder abgerollt werden kann.
Gemäß der Erfindung wird eine Telemanipulationsmaschine 20 zur Verfügung gestellt, die zum Verbleib im Inneren der Verschlußzelle gelagert wird, so daß sie am Haken 16 der Rollbrücke aufgehängt werden kann, wenn gewünscht wird, eine Aufgabe im Inneren der Zelle auszuführen, die mit jener vergleichbar ist, welche von schweren Telemanipulatoren ausgeführt wird.
Die Telemanipulationsmaschine 20 die im weiteren Detail anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben werden wird, besteht im wesentlichen aus einem Träger 22, der am Haken 16 aufgehängt werden kann, einem Greifarm 24 und einem Ausgleichsgegengewicht 26, wobei beide um dieselbe Achse auf dem Träger 22 schwenkbar sind.
Der Träger 22 besitzt einen oberen Abschnitt 28, der an seinem oberen Ende mit einem Greifring 30 ausgestattet ist, in den der Haken 16 der Rollbrücke eingreifen kann.
Der Träger 22 besitzt des weiteren einen unteren Abschnitt 32, der ungefähr die Form eines umgekehrten U darstellt, so daß er eine Gabel bildet. Dieser untere Abschnitt 32 des Trägers 22 verfügt über einen Rotationsfreiheitsgrad um eine Achse AA in Bezug auf den oberen Abschnitt 28, wobei die Achse AA senkrecht orientiert ist, wenn der Greifarm 24 durch das Gegengewicht 26 im Gleichgewicht ist, wie in den Figuren dargestellt.
Der untere Abschnitt 32 des Trägesr 22 trägt oben an einem der seitlichen Arme des durch diesen Abschnitt 32 gebildeten umgekehrten U einen Getriebemotor 34. Die obere Abtriebswelle des Getriebemotors 34, dessen Achse parallel zur Achse AA ist, trägt ein Ritzel 36, das in ein Zahnrad 38 eingreift, welches auf der Achse AA zentriert ist und an dem oberen Abschnitt 28 des Trägers 22 befestigt ist.
Der untere Abschnitt 32 des Trägers 22 in umgekehrter U-Form bildet eine Gabel, an dessen unterem Ende der Greifarm 24 und das Ausgleichsgegengewicht 26 um eine Achse BB, die senkrecht zur Achse AA ist, schwenkbar sind. Der Greifarm 24 und das Ausgleichsgegengewicht 26 können dennoch unabhängig voneinander um diese Achse BB schwenken. Die Aussparung, die im Inneren des durch den Abschnitt 32 geformten U gebildet wird, sowie das Gegengewicht 26, sind so dimensioniert, daß das letztere frei im Inneren des Abschnitts 32 schwenken kann, wie es strichpunktiert in Fig. 2 dargestellt ist.
Einer der Arme des durch den unteren Abschnitts 32 des Trägers 22 gebildeten umgekehrten U trägt nahe dieser Achse BB eine weitere Getriebemotoreinheit 42. Die untere Abtriebswelle dieser Getriebemotoreinheit 42, die genauso zur Achse AA parallel ist, steuert das Schwenken des Ausgleichsgegengewichts 26 um die Achse BB mittels einem Übertragungsmechanismus, wie eine Ritzeleinheit (nicht dargestellt).
Um eine automatische Gleichgewichtssicherung des Greifarms 24 durch das Gegengewicht 26, sei es im Leerzustand oder im beladenen Zustand und mit oder ohne äußerer Belastung, zu gewährleisten, empfängt der die Orientierung des Gegengewichts 26 um die Achse BB steuernde Getriebemotor 42 ein Signal, das von einer Einrichtung 44 geliefert wird, die es gestattet, eine Neigung oder ein Kippen der Einheit des Motors um eine Achse, die parallel zur Achse BB ist und durch den Haken 30 führt, festzustellen.
Diese Meßeinrichtung 44 kann auf verschiedene Weise realisiert werden. Insbesondere kann diese Einrichtung für eine Neigung des Trägers 22 zur Vertikalen empfindlich sein, um die Achse AA des Trägers permanent in der Vertikalen zu halten, indem sie auf den Getriebemotor 42, der das Schwenken des Gegengewichts 26 um die Achse BB steuert, einwirkt.
Auf diese Weise kann die Meßeinrichtung 44 in einem der Arme des unteren Abschnitts 32 des umgekehrt U-förmigen Trägers 22, eine Einrichtung des Pendeltyps besitzen, welche eine aufgehängte Masse umfaßt, die zur Bestimmung der Vertikalen dient, und ein Potentiometer, das für die relative Winkelposition der aufgehängten Masse zur Achse AA sensibel ist. Dieses Potentiometer produziert ein Signal, das der Neigung des Trägers 22 zur Vertikalen entspricht, und dieses Signal wird verwendet, um den Getriebemotor 42 zu speisen, so daß dieser automatisch betätigt wird, bis die Achse AA wieder in der Vertikalen ist. Die Winkelauslenkung des durch den Getriebemotor 42 gesteuerten Gegengewichts 26 wird von einem Potentiometer (nicht dargestellt) gesteuert.
Die Meßeinrichtung 44 kann ebensogut ein Kontaktniveau besitzen, zum Beispiel vom Quecksilbertyp, oder Dehnungsmeßstreifen, die zwischen dem oberen Abschnitt 28 und dem unteren Abschnitt 32 des Trägers 22 angeordnet sind.
Bevorzugterweise wird ein Potentiometer (nicht dargestellt) ebenso an der Getriebemotoreinheit 40 angeordnet, um die Winkelposition des Greifarms 24 um die Achse BB zu messen. Das Kennen der Winkelposition des Arms 24 erlaubt es, bevor eine von diesem Arm getragene Ladung abgeladen wird, das Gleichgewicht im Leerzustand mittels dem Gegengewicht 26 sicherzustellen, ohne das Risiko ungewollten Kippens der Maschine in dem Moment, in dem die Ladung losgelassen wird.
In dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt der Greifarm 24 eine Greifklemme 46, die über eine Spannbewegung und einen Rotationsfreiheitsgrad um die eigene Achse CC des Arms 24 verfügt, welche durch den Schnittpunkt der Achsen AA und BB führt. Die Getriebemotoren (nicht dargestellt), die diese beiden Bewegungen steuern, sind im Inneren des Arms 24 untergebracht.
Nötigenfalls kann der Greifarm 24 mit zusätzlichen Freiheitsgraden ausgerüstet sein, was die Ausführbarkeit gewisser besonderer Aufgaben begünstigt.
Ein Leitungssystem (nicht dargestellt), das die Zwischenwand der Verschlußzelle durchdringt, verbindet jede der Getriebemotoren 34 und 40 sowie die Getriebemotoren, die die Spann- und Schwenkbewegungen der Klemme 46 steuern, mit einem Steuersystem, das außerhalb der Zelle plaziert ist.
Ein dynamometrisches Sicherheitselement (nicht dargestellt) ist im oberen Abschnitt 28 des Trägers 22 eingebaut, um die Kraft der Telemanipulationsmaschine mit der Leistungsüahigkeit des Hebezeugs, an dem diese aufgehängt ist, zu harmonisieren.
Des weiteren sind die verschiedenen Getriebemotoren 34, 40 und 42 mittels eines Telemanipulators austauschbar.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsform beschränkt, die beispielhaft beschrieben wurde, sondern umfaßt alle Varianten. Zum Beispiel kann die Telemanipulationsmaschine gemäß der Erfindung anstelle des einzigen beschriebenen Ausgleichsgegengewichts eine Anordnung von zwei Ausgleichsgegengewichten besitzen. Des weiteren kann der Rotationsfreiheitsgrad des unteren Abschnitts 32 des Trägers 22 um die Achse AA entfallen, und der Greifarm 24 kann andere Freiheitsgrade aufweisen als die beschriebenen.

Claims

1. Telemanipulationsmaschine, die an einem Hängezeug aufgehängt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Träger (22) aufweist, auf dem um dieselbe Achse (BB) ein Greifarm (24) und mindestens ein Gegengewicht (26) zum Ausgleich dieses Arms unmittelbar verschwenkbar sind; eine erste Steuereinrichtung (40) zur Orientierung des Greifarms um die Achse (BB) bezüglich dem Träger; eine zweite Steuereinrichtung (42) zur Orientierung des Gegengewichts um die Achse (BB) bezüglich dem Träger; und eine Meßeinrichtung (44) für die Neigung des Trägers bezüglich der Vertikalen, die auf die zweite Orientierungssteuereinrichtung (42) einwirkt, um diese Neigung automatisch aufzuheben.

2. Telemanipulationsmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Orientierungssteuereinrichtung Getriebemotoren (40, 42) sind, die auf dem Träger (22) befestigt sind.

3. Telemanipulationsmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potentiometer an jede der Orientierungssteuereinrichtungen (42, 42) angeschlossen ist.

4. Telemanipulationsmaschine gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (22) einen oberen Abschnitt (28) besitzt, der an ein Hebezeug angehängt werden kann, und einen unteren Abschnitt (32), der den Greifarm und das Gegengewicht trägt und der über einen Rotationsfreiheitsgrad um eine Achse (AA) verfügt, die senkrecht zur Schwenkachse des Greifarms ist und die vorgesehen ist, vertikal orientiert zu werden, wobei eine dritte Steuereinrichtung (34) zur Steuerung einer Drehung des unteren Abschnitts in Bezug auf den oberen Abschnitt des Trägers vorgesehen ist.

5. Telemanipulationsmaschine gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifarm (24) eine Greifklemme (46) besitzt, die über einen Rotationsfreiheitsgrad um eine eigene Achse (CC) des Arms, die senkrecht zur Schwenkachse des letzteren auf dem Träger ist, verfügt, wobei der Greifarm eine vierte Steuereinrichtung zum Spannen der Klemme und eine fünfte Steuereinrichtung zur Drehbewegung der Klemme um die eigene Achse (CC) des Arms besitzt.