DE1111357B - Manipulator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

C17856XI/35b

ANMELDETAG: 13. NOVEMBER 1958

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UNDAUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 20. JULI 1961

In der Atomindustrie erfolgt die Handhabung von radioaktiven Produkten innerhalb von abgeschlossenen Räumen, um eine Verseuchung der Atmosphäre und der Umgebung durch Staub oder Aerosole zu verhüten. Bei sehr hoher Strahlung müssen die abgeschlossenen Räume zusätzlich noch mit Abschirmwänden umgeben werden, die aus Materialien mit hohem Atomgewicht bestehen.

Der Durchtritt von Steuerorganen von Manipulatoren oder fernbedienten Werkzeugen, die zur Handhabung von Stoffen Verwendung finden, die sich in den abgeschlossenen Räumen befinden, bringt die Notwendigkeit mit sich, in den Wänden solcher Räume Öffnungen vorzusehen, die mit elastischen Balgen oder Stopfbuchsendichtungen versehen sind.

Stopfbuchsen oder Balgen sind empfindlich in ihrer Wartung und schwierig zu montieren oder zu demontieren, vor allem, wenn sie beschädigt und dadurch verseucht sind. Ferner begrenzen sie in den meisten Fällen den Aktionsbereich des Gerätes.

Durch die Erfindung soll ein Manipulator für abgeschlossene Räume angegeben werden, bei dem keine Öffnungen in den Wänden erforderlich sind und der die oben geschilderten Nachteile nicht besitzt.

Es ist bereits bekannt, einen Mischapparat, der sich in einer vollständig abgeschlossenen und gegebenenfalls unter Druck gehaltenen Kammer befindet, dadurch anzutreiben, daß man am Ende einer Welle, die an der Kammerwand endet, einen Magnet anbringt und an dem Ende einer zweiten Welle, die innerhalb der Kammer in der Verlängerung der ersten Welle liegt, ebenfalls einen Magnet vorsieht. Wenn die außerhalb der Kammer befindliche erste Welle angetrieben wird, nimmt sie die magnetisch mit ihr gekuppelte zweite Welle mit und überträgt somit die Antriebsbewegung in das Innere der Kammer.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator für Arbeiten im Inneren von abgeschlossenen Räumen mit einer Gruppe von Steuerorganen, die sich außerhalb des abgeschlossenen Raumes befinden und auf eine Gruppe von entsprechenden Ausführungsorganen im Inneren des Raumes einwirken, wobei zur Übertragung der Bewegungen von den Steuerorganen auf die Ausführungsorgane je zwei auf gegenüberliegenden Seiten von unmagnetischen Wänden des abgeschlossenen Raumes angeordnete, Drehbewegungen übertragende Magnete dienen. Dieser Manipulator ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außen- und Innenseite der Wand befindlichen, mit Antriebsachsen versehenen Magnete so gelagert sind, daß sie längs der Wand Manipulator

Anmelder:
Commissariat ä l'Energie Atomique, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 16. November 1957

Guy Cherel, Clamart, Seine (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

des abgeschlossenen Raumes verschoben werden können.

Ein derartig ausgebildeter Manipulator erfordert einen Raum, dessen Wände aus nichtmagnetischem Material bestehen, was im allgemeinen bei nichtrostenden Metallen und Kunststoffen der Fall ist, die in üblicher Weise verwendet werden können.

Der Manipulator mit magnetischer Übertragung der Steuerbewegungen erlaubt die Verwirklichung eines in bezug auf die Außenatmosphäre vollständig dichten Raumes, ohne die Bewegungsfreiheit der Steuer- bzw. Ausführungsorgane zu behindern; die möglichen Bewegungsarten der Ausführungsorgane können dabei sehr verschieden sein, beispielsweise wie die Bewegungsmöglichkeiten einer menschlichen Hand.

Die Tatsache, daß die Ausführungsorgane (im Inneren des Raumes) und die Steuerorgane (außerhalb des abgeschlossenen Raumes) getrennt sind, erlaubt, mit einer einzigen Steueranordnung mehrere Räume zu bedienen, die jeweils mit den zugehörigen Ausführungsorganen bestückt sind.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel für einen Manipulator mit einer erfindungsgemäßen magnetischen Übertragungseinrichtung zur Ausführung von Arbeiten im Inneren eines dichten Raumes be-

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schrieben werden, das jedoch nicht einschränkend ausgelegt werden soll.

In der Zeichnung ist ein etwas schematisierter Vertikalschnitt durch einen solchen Manipulator dargestellt.

Der Manipulator enthält im wesentlichen zwei Anordnungen:

A. eine Steueranordnung außerhalb des dichten Raumes mit den unmagnetischen Wänden 1, die aus Steuerorgnen zur Steuerung der auszuführenden Bewegungen besteht. Die Bewegungen können horizontale Längsbewegungen parallel zu den Richtungen XX' und YY' sein, ferner vertikale Längsbewegungen in der Richtung ZZ', Schließbewegungen Σ und Rotationsbewegungen Ω um die Vertikalachse eines Greifers. Sämtliche Steuerorgane enden in Magneten (Elektromagneten oder Permanentmagneten), die außen an den Wänden 1 des dichten Raumes angeordnet sind, die aus einem nichtmagnetischen Material bestehen.

B. eine Ausführungsanordnung im Inneren des abgeschlossenen Raumes. Diese Anordnung besteht aus Organen zur Ausführung der verschiedenen, oben näher bezeichneten Bewegungen. Die Steuerung der Ausführungsorgane erfolgt von Magneten aus (Elektro- oder Permanentmagneten), die im Inneren des dichten Raumes an dessen Wänden 1 gegenüber den entsprechenden Magneten der außen befindlichen Steueranordnung liegen.

Die Betätigung der Steueranordnung durch einen Bedienungsmann kann über mechanische Mittel direkt erfolgen, wenn die Strahlung im Inneren des dichten Raumes gering ist oder im Falle einer hohen Strahlung durch elektrische Mittel (beispielsweise Gleichstrommotoren); im letzteren Falle muß man Öffnungen in den zusätzlichen Abschirmungen vermeiden, die aus Mauern 2 und einem beweglichen Wagen 3 bestehen, der das Dach bildet. Die Mauern 2 und der Wagen 3 sind in diesem Fall in bekannter Weise, so ausgebildet, daß eine ausreichende Strahlungsabschirmung gewährleistet ist.

Die Steueranordnung ist mit dem Wagen 3 verbunden, der in der Richtung XX' auf Schienen 4 verschoben werden kann, die beispielsweise auf den der Abschirmung dienenden Mauern 2 vorgesehen sind.

Die Vertikalbewegung ZZ' des Greifers erfolgt durch Heben oder Senken eines Griffes 5. Ein Kabel 6, das über eine in einer Führung 8 laufende Stange 7 mit dem Griff 5 verbunden ist, treibt eine Rolle 9, dann über die Achse 11 eine weitere Rolle 10 und eine dritte Rolle 12/1, die mit der Rolle 10 über eine Kette 13 verbunden ist. Die Rolle 12 A ist mit einem Magnet 14,4 über eine Antriebsachse 15 A verbunden, die ein als Lagerbock dienendes Gehäuse 16 A durchsetzt, das über eine Lagerstütze 17 am Wagen 3 befestigt ist.

Dem Magnet 14 A entspricht auf der anderen Seite der Wandl ein weiterer Magnet 14 B, der mit einer Antriebsachse 15 B verbunden ist, die durch ein Gehäuse 16 B zu einer Rolle 12 B führt, die über ein Kabel in einer biegsamen Röhre 18 die Z-Koordinate eines Greifers 19 steuert.

Eine Drehung Ω des Greifers 19 um eine vertikale Achse wird durch Drehen des Griffes 5 um seine Achse und damit des Rohres 20 bewirkt, mit dem er verbunden ist, ferner über Kegelradgetriebe 21 und 22, die durch eine Achse 23 verbunden sind, welche quer über den Wagen 3 verläuft. Es resultiert eine Drehung eines Magnets 24,4 (der in einem Gehäuse 25 A enthalten ist) über eine Antriebsachse 26 A, die von einem der Kegelräder 22 angetrieben wird. Die Kegelräder 21 und 22 sowie die Achsen 23 und 26 A sind in Hohlrohren 27 und 28 gelagert, die bei 29 mit einem Rohr 30 verbunden sind, an dem bei 31

ίο das Gehäuse 25A befestigt ist, das auf diese Weise an der Steueranordnung angebracht ist.

Dem Magnet 24 A entspricht im Inneren des dichten Raumes ein Magnet 24 B (in einem Gehäuse 25 B), der über eine Antriebsachse 26 B und eine Nase 32, die durch einen im Körper des Greifers 19 ausgesparten Längsschlitz 33 reicht und ein Schwenken des Greifers um eine vertikale Achse bewirkt. Die Anordnung Nase 32 — Schlitz 33 erlaubt ein Heben oder Senken des Greifers, ohne daß er sich dabei dreht.

Die durch den Pfeils schematisch angedeuteten Schließbewegungen des Greifers werden durch Ziehen an einem Griff 34 gesteuert, der mittels eines Bolzens 35 an einer Seite des Griffes 5 befestigt ist und auf einen Kabelzug in einem biegsamen Rohr 36 wirkt. Dieses Kabel läuft über eine Umlenkrolle 37 und betätigt dann über eine Rolle 40,4 und eine Antriebsachse 41A einen Magnet 38 A, der in einem von der Achse durchsetzten Gehäuse 39,4 untergebracht ist.

Die Rolle 37 und das Gehäuse 39,4 sind über eine Stütze 42 am Wagen 3 befestigt.

Dem Magnet 38,4 entspricht im Inneren des Raumes ein Magnet 38 B, der in einem Gehäuse 39 B liegt und über eine Rolle 40 B, die über eine Antriebsachse 41B mit dem Magnet verbunden ist, einen in einem biegsamen Rohr gelagerten Kabelzug 43 betätigt. Durch den auf das Kabel ausgübten Zug wird ein Hebel 44 betätigt, der über eine geeignete Steueranordnung 45 die Backen 46 des Greifers 19 schließt.

Wie bereits oben erwähnt wurde, erfolgen Bewegungen längs der Achse XX', d. h. senkrecht zur Zeichenebene, dadurch, daß auf den Griff 5 parallel zu dieser Achse XX' ein Druck ausgeübt wird. Der Wagen 3 läuft dann entsprechend auf den Schienen 4, auf denen er durch Rollen 47 geführt ist.

Die Magnete 14 A, 24 A, 38 A verschieben den Teil des Manipulators, der im Inneren des dichten Raumes liegt, dadurch, daß sie die entsprechenden gegenüberliegenden Magnete 14 B, 24 B bzw. 38 B mitziehen.

Durch einen Querträger 48, an dem die Gehäuse 16 B und 39 B befestigt sind und längs dessen sich das Gehäuse 25 B verschieben kann, wird erreicht, daß sich die Magnete 145, 24 B und 38 B in Richtung der Achse XX' nicht gegeneinander verschieben können.

Der Querträger 48 läuft über Rollen 48,4 auf Schienen 48 B, die parallel zur Richtung XX' liegen und innen an der Wandl des dichten Raumes befestigt sind.
Bewegungen längs der Achse YY', d. h. parallel zur Zeichenebene, werden entsprechend durch Verschieben des Griffes 5 nach rechts oder links ausgeführt. Dadurch werden die Hohlrohre 27 und 28 bewegt, die im Wagen 3 mittels Rollenlagern 49 und 50 gelagert sind. Der an diesen Rohren befestigte Magnet 24 A wird dadurch in der Richtung YY' entsprechend verschoben.

Das Gehäuse 25 B ist mit Röllchen 51 versehen, die gewährleisten, daß es sich längs des Querträgers 48,

der als Schiene wirkt, verschieben kann, wenn es durch den Magnet 24 B mitgezogen wird. Der Magnet 24 B kann also dem Magnet 24 A längs der Koordinate YY' folgen, so daß der Greifer 19, der an dem Magnet 24 B befestigt ist, auf diese Weise den Verschiebungen des Griffes 5 längs der Achse YY' folgt.

Die Gehäuse für die Magnete 14^4, 14 B, 38 A und 385 sind auf Rollen 52 gelagert, die auf den Wänden des Raumes 1 laufen, wodurch die Beweglichkeit verbessert und die Luftspalte zwischen den Geber- und Empfängermagneten konstant gehalten werden. Durch diese Anordnung werden die gegenseitigen Charakteristiken der einzelnen Magnetpaare und damit die Übertragungseigenschaften konstant gehalten.

Bei einer praktisch verwirklichten Ausführungsform eines Manipulators mit magnetischen Übertragungselementen gemäß der Erfindung betrug der Drehwinkel um die vertikale Achse 120°, die Schließbewegungen des Greifers hatten eine Amplitude zwischen 10 und 150 mm, und die Hubkraft des Greifers war in der Größenordnung von einigen Kilogramm, was im allgemeinen für Manipulationen in abgeschlossenen Räumen von technischen Laboratorien ausreicht; mit Magneten höherer Feldstärke lassen sich natürlich die Eigenschaften des Greifers entsprechend verbessern. Als Magnete fanden Hufeisenmagnete aus üblichen Legierungen, wie Aluminium-Nickel-Kobalt oder Titan-Kobalt-Aluminium, mit orientierter Kornstruktur Verwendung.

Die gewählte Anordnung der Magnete ist wichtig: Gegenseitige Beeinflussungen der Magnete werden praktisch vermieden, und ein stabiler Aufbau ist gewährleistet. Ordnet man alle Magnete in einer Ebene an, so sind gegenseitige Beeinflussungen schwer zu vermeiden; ordnet man die Magnete dagegen sämtlich an den senkrechten Wänden des Raumes an, so ergeben sich im Äußeren schwerwiegende Behinderungen, im Inneren läßt sich jedoch bequem eine starre Anordnung verwirklichen. Die im vorstehenden beschriebene Anordnung stellt einen Kompromiß zwischen diesen beiden Möglichkeiten dar.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Manipulator für Arbeiten im Inneren von abgeschlossenen Räumen mit einer Gruppe von Steuerorganen, die sich außerhalb des abgeschlossenen Raumes befinden und auf eine Gruppe von entsprechenden Ausführungsorganen im Inneren des Raumes einwirken, wobei zur Übertragung der Bewegungen von den Steuerorganen auf die Ausführungsorgane je zwei auf gegenüberliegenden Seiten von unmagnetischen Wänden des abgeschlossenen Raumes angeordnete, Drehbewegungen übertragende Magnete dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Außen- und der Innenseite der Wand(l) befindlichen, mit Antriebsachsen (15A/15B, 26,4/265, 41,4/415) versehenen Magnete (14Λ/145, 24/1/245, 38 Ai 38 B) so gelagert sind, daß sie längs der Wand des abgeschlossenen Raumes verschoben werden können.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsachsen (15,4/155, 41,4/415) sich in Gehäusen (16,4/165, 39 Ai 39B) drehen, die mittels Rollen (52) an der unmagnetischen Wand (1) verschiebbar sind.

3. Manipulator nach Anspruch 1 und 2, der im Inneren des abgeschlossenen Raumes einen Greifer enthält, der auf einem unterhalb der Decke des Raumes und zu dieser parallel verlaufenden Querträger montiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb im Inneren des Raumes zum Öffnen oder Schließen und/oder Heben oder Senken des Greifers (19) durch Magnete (14 B, 38B) übertragen wird, die am Ende des Querträgers (48) angeordnet sind, und daß die Drehbewegungen des Greifers und die Verschiebungen des Greifers längs des Querträgers mittels eines Magnets (24 B) übertragen werden, der verschiebbar auf dem Querträger gelagert ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2556 854.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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