DE3836277A1

DE3836277A1 - Manipulatorarm

Info

Publication number: DE3836277A1
Application number: DE19883836277
Authority: DE
Inventors: Heinz Ruholl
Original assignee: Schlick Heinrich Co KG GmbH
Current assignee: Schlick Heinrich Co KG GmbH
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1988-10-25
Publication date: 1990-05-10
Also published as: DE3836277C2

Description

Die Erfindung betrifft einen Manipulatorarm insbesondere für eine Vorrichtung zum körnigen Strahlen empfindlicher, gewölbter Oberflächen. Vorzugsweise ist der Manipulator arm ausgerüstet mit einem Strahlkopf, mit dem ein Strahl eines Luft-Strahlmittel-Gemisches auf einen zu strahlen den Bereich gerichtet werden kann.

Bisher wurden derartige Kanäle durch Personen gereinigt, die in diese Kanäle hineinkriechen mußten, dabei voll ständig in eine Schutzkleidung eingehüllt waren und auch ihre Atemluft von außen bezogen. Es handelte sich um eine äußerst gesundheitsbelastende und anstrengende Tätigkeit, die niemanden über längere Zeit zugemutet werden konnte.

Es stellt sich demnach die Aufgabe, einen Manipulatorarm anzugeben, der entweder fixiert oder verschiebbar in ei nen solchen Kanal eingebracht werden kann und mit dem ei ne automatische, fernbedienbare Reinigung des Kanales möglich ist. Anstelle eines solchen Kanales können auch Rohre, Rinnen, unebene Flächen, Schiffsinnenräume und der gleichen gereinigt werden. Derartige Räume bzw. Flächen sollen unter dem Gesamtbegriff "Kanal" verstanden werden.

Diese Aufgabe wird durch einen Manipulatorarm gelöst, der mit einem Endstück versehen ist, das einen Kopf motorisch verschwenkbar trägt und im Bereich dieses Kopfes wenig stens zwei auf die Oberfläche gerichtete Näherungsfühler benachbart angeordnet trägt, die mit einem Regelkreis verbunden sind, der den Antrieb des Schwenkmotores für den Kopf steuert.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung ist es möglich, zunächst den Manipulatorarm auf eine bestimmte Höhe abzusenken. Sobald der erste Näherungsfühler anspricht, wird der Manipula torarm wieder nach oben gehoben, bis der zweite Nähe rungsschalter anspricht oder angezeigt wird, daß der Be reich größter Annäherung verlassen wird. Anschließend senkt sich der Manipulatorarm wieder und einer der beiden Näherungsschalter spricht an. Jetzt wird das Senken ge stoppt und über eine zweite Achse kann sich die Strahl kopfsteuerung pendelnd einstellen, bis eine genaue Aus richtung des Strahlkopfes zur Oberfläche erfolgt ist.

Dabei ist vorzugsweise der Kopf mit einer Strahldüse aus gestattet, die in einem Schwenkbereich in einem konstan ten Winkel gehalten ist, der vorzugsweise etwa 45° zur Arbeitsoberfläche beträgt.

Der Manipulatorarm besitzt vorzugsweise einen Drehkopf, eine Parallelführung und am Ende der Parallelführung ei nen Endblock, mit dem eine Strahldüse bzw. der Strahlkopf verbunden ist. Weitere Unteransprüche sind in der nach folgenden Beschreibung erläutert.

Weitere Einzelheiten sind in der nachfolgenden Beschrei bung von Ausführungsbeispielen erläutert. Die Beschrei bung der Ausführungsbeispiele erfolgt anhand einer Zeich nung.

Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung in perspektivischer Dar stellung;

Fig. 2 eine Vorrichtung in Seitenansicht;

Fig. 3 eine Vorrichtung von oben gesehen;

Fig. 4 den Antrieb der Vorrichtung.

Der Fahrwagen

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Vorrichtung be steht im wesentlichen aus einem Fahrwagen 1 mit einem Ausleger 2. Länge und weitere Abmessungen des Fahrwagens sind an die Abmessungen der zu strahlenden Kanäle ange paßt. Wird die Vorrichtung beispielsweise zum Reinigen von Flugzeug-Lufteinsaugkanälen für Triebwerke (air-in takes) Verwendet, so ist der Abstand der Pendellager (siehe unten) in Fahrtrichtung gesehen etwa 75 cm. Alle anderen Abmessungen können hier gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel abgeleitet werden.

Der Fahrwagen 1 besteht aus einem Zentral-Chassis 3, das in Draufsicht die Form eines geschlossenen Rahmens hat. An den in beiden Fahrtrichtungen äußeren Ende des Zen tralchassis 3 sind auf beiden Seiten jeweils Pendellager 4, 4′ und 5, 5′ angebracht. Jedes der Pendellager 4, 4′ und 5, 5′ trägt genau in dessen Mitte einen Tragarm 6, 6′ und 7, 7′. Die vier Tragarme 6, 6′ und 7, 7′ wiederum tragen an ihren Enden je ein Rad 8, 8′ und 9, 9′, das je weils mit einem Reifen aus gummielastischem Material ver sehen ist. Der Abstand der an einem Tragarm befestigten Räder, gemessen von konträr liegenden Scheitel zu Schei tel, ist im allgemeinen größer als die größte lichte Höhe eines zu reinigenden Kanals.

Die unteren Enden der Tragarme 6 und 6′ bzw. 7 und 7′ sind durch Traversen 18 und 19 miteinander verbunden. Weiterhin laufen die zu den Rädern 8, 28-8′/28′-9, 29-9′/29′- gehören Achsen 20 parallel zu den Traversen 18, 19 quer zum Zentralchassis 3 und sorgen für eine Versteifung der radtragenden Gebilde.

Unterhalb des Zentralchassis 3 befinden sich zwei Klemm kästen 11, 11′, die von zwei gebogenen Haltestreben 12, 12′ gehalten werden. An diesen Haltestreben 12, 12′ sind wiederum je zwei Gewindeblöcke 13, 13′ und 14, 14′, nach unten ragend befestigt. Die Öffnung der Gewindeblöcke 13, 13′ bzw. 14, 14′ ist von je einer Gewindestange 15 durch setzt, die an ihrem freien Ende mit einer Zylinder-Zugfe der 16, 16′ verbunden ist. Das andere Ende der Zugfeder ist an einer der Traversen 18 bzw. 19 befestigt, wobei jeweils die beiden zugehörigen Tragarme bis zu einem An schlag (nicht dargestellt) in Gegenuhrzeigerrichtung bzw. Uhrzeigerrichtung gezogen werden können, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Eine entsprechende Feder 16′ ist am hinteren Ende des Fahrwagens vorhanden und zieht den dort befindlichen Tragarm 6 bzw. 6′ in Uhrzeigerrichtung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Fahrwagens 1 ziehen entsprechende Federn im Bereich der Tragarme 7 und 7′, wie eine Draufsicht auf den Wagen zeigt. Damit sind im unbelasteten Zustand die Tragarme gegenüber dem horizon talen Zentralchassis vertikal ausgerichtet. In engen, von Boden und Decke begrenzten Kanälen dagegen werden die Tragarme 6, 6′ und 7, 7′ gegenläufig verdreht, wenn die endständigen Räder 8, 9, 28, 29 oben und unten Kontakt mit der Ka nalinnendecke haben. Dabei bleibt das Zentralchassis 3 immer genau in der Mitte zwischen den oberen und unteren Rädern, so daß der Abstand der Mittellinie von der Sohle und dem Scheitel eines durchfahrenen Kanals gleich ist.

Das Zentralchassis 3 wird in Fahrtrichtung mittig durch zogen von einem Zentralrohr 22, das etwa in der Mitte von einem Abzweigventil 23 unterbrochen ist. Das Abzweigven til 23 ist zur Vereinfachung der Zeichnung in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellt. Weiterhin ist am Ende des Fahrwagens 1 ein Anschluß für das Zentralrohr 22 an einen Zubringerschlauch (nicht dargestellt) vorgesehen. Das Zentralrohr 22 wird von außerhalb des Fahrzeuges mit ei nem Strom von Druckluft und körnigem Strahlmittel be schickt, der zu einem Strahlkorb 25 am Ende es Mani pulatorarmes 2 geleitet wird, wie im folgenden noch er läutert werden wird.

Das Abzweigventil 23 ist mit zwei steuerbaren Abzweig leitungen in 27 versehen, die zu zwei Reinigungsdüsen 30, 30′ führen; ähnliche Reinigungsdüsen sind auch an der Rückseite des Fahrwerkes angebracht (verdeckt). Die Rei nigungsdüsen 20 dienen zum Freiblasen des Arbeitsweges von liegengebliebenen Strahlmitteln. Es ist auch möglich, nach Abschluß einer festgelegten Reinigungsphase das Strahlmittel mit Hilfe der Düsen an das Ende des zu rei nigenden Kanals zu bringen und es dort in an sich bekann ter Weise auszubringen. Das Abzweigventil 23 wird durch eine Zentraleinheit gesteuert; mit dieser Zentraleinheit, die in Entfernung von der Vorrichtung angeordnet ist, wird nach Bedarf strahlmittelfreie Druckluft zu der Vor richtung geleitet und durch die Düsen 30, 30′ geblasen.

Der Antrieb des Fahrwagens 1 erfolgt über die Räder 9′ und 29′, die über einen Elektromotor 31 angetrieben wer den, der diese Räder vorwärts und rückwärts mit verschie denen Geschwindigkeiten, je nach Steuerung, antreibt. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist der Elektromotor 31 in einer Traverse 70 gelagert und von unten gestützt. In dieser Traverse 70 kann er in Pfeilrichtung hin- und her bewegt werden. Über ein Getriebe 71, das die Welle 32 um faßt, erfolgt die Drehmomentübertragung. Je nach Stellung des Tragarmes 6, 6′, der die Räder trägt, verschiebt sich der Elektromotor in der Traverse 70 und folgt damit der Bewegung der Tragarme und Räder.

Ferner ist über eine luftdichte Steckerverbindung am hin teren Ende des Fahrzeuges ein Kabel anschließbar, das Energie- und Signalversorgung des Fahrzeuges mit dem Ma nipulatorarm besorgt. Eine Steuereinheit 33 ist am Zen tralchassis 3 befestigt, von dem Kabel und weitere Ver bindungen zu den betreffenden Teilen ausgehen. Im einzel nen wird die Funktion noch erläutert. Dem Fachmann sind an sich notwendige Steuerleitungen bekannt, so daß diese nicht im einzelnen beschrieben werden müssen.

Der Manipulatorarm

An den Fahrwagen 1, und zwar an der Stirnseite 35 des Zentralchassis 3, ist ein Drehkopf 40 für einen Manipu latorarm 2 angebracht. Der Drehkopf 40 ist gegenüber ei ner Basisplatte abgedichtet verdrehbar. Durch die Basis platte 42 und den Drehkopf 40 ist ein Schlauch 43 ange schlossen, der zum Strahlkopf 25 führt. Der Drehkopf 40 ist über eine Treibkette 44 mit der Abtriebswelle 45′ ei nes Elektromotors 45 verbunden, wie in Fig. 3 schema tisch dargestellt ist. Bei einer Variante (vgl. Fig. 1) liegt der Elektromotor 45 innerhalb des Zentralchassis quer zur Fahrrichtung und treibt den Drehkopf 40 über ein (nicht dargestelltes) Getriebe an. Die Drehrichtung des Elektromotors kann durch die bereits erwähnte Steuerein richtung gesteuert werden.

An dem Drehkopf 40 ist ein Stirnblock 47 angebracht, an dem zwei Paare von Parallelführungsstangen 48, 48′ und 49, 49′ angelenkt sind. Die Parallelführungsstangen 48, 48′ und 49, 49′ enden an einem Endblock 50. Die Auf- und Abverstellung des Endblocks 50 gegenüber dem Stirnblock 47 erfolgt über einen elektrisch betriebenen Gewindestan gen-Trieb 51, der extern an den Lagerpunkten 46 und 46′ zu der Konfiguration der Parallelführungsstangen montiert ist. Durch Herein- und Herausbewegen der Gewindestange 52 wird der Endblock 50 genau in der vertikalen Ebene unter Einhaltung der Ausrichtung gegenüber dem Zentralchassis 3 geschwenkt, wie aus den beiden in Fig. 2 dargestellten Schwenkstellungen ersichtlich ist. An der Unterseite des Endblocks 50 ist ein Elektromotor 53 angeflanscht, dessen Abtriebsachse 53′ mit einem Gehäuse 54 verbunden ist, das wiederum über ein Lager 54′ mit dem aus einer Düse 55 und einem Schlauchübergang 56 bestehenden Strahlkopf 25 ver bunden ist. In der unteren, horizontal liegenden Gehäuse wand 56 sind zwei Näherungsfühler 58, 59 nach unten ge richtet eingebaut, die auf einer Linie quer zur Fahrt richtung liegen. Benachbart zu den Näherungsfühlern 58, 59 sind noch zwei Gummifüße 60 als Schutz gegen Aufschla gen installiert. Die Näherungsfühler 58, 59 geben ein Signal, sobald sich das vordere Ende des Manipulatorarmes der Wand unterhalb einer bestimmten, festgelegten Mini mal-Entfernung nähert. In diesem Falle kann ein Schwenken oder Entfernen des Strahlkopfes 25 bewirkt werden.

Funktionsbeschreibung

Die Vorrichtung wird mit entsprechend eingestellten Trag armen in eine Öffnung eingeschoben, die zu Beginn eines zu reinigenden Kanales liegt. Zunächst wird der Manipu latorarm 2 auf eine Linie in Höhe des Zentralchassis fixiert. Die Vorrichtung wird bis zum Beginn der zu be strahlenden Fläche eingefahren. Nach hinten wird die zu bestrahlende Fläche mit einem Verlängerungsrohr verlän gert, so daß der Wagen so weit nach hinten herausfahren kann, daß der Strahlkorb 25 die gesamte erforderliche Fläche bestreichen kann.

An dem vorwärts und rückwärts bewegbaren Fahrwagen 1 kann der stirnseitig an dem Wagen befestigte Manipulatorarm 2 zahlreiche Bewegungen ausführen:.

Achse 1

Mit Hilfe des Elektromotors 45 kann der Stirnblock 47 mit den daran hängenden Parallelführungsstangen 48, 48′ und 49, 49′ um 360° in beiden Drehrichtungen gedreht werden.

Achse 2

Mit Hilfe des elektrischen Linearantriebes durch den Ge windestangenantrieb 51 mit Gewindestange 52 kann der End block 50 auf- und abbewegt werden, wobei er seine verti kale Stellung genau beibehält. Hiermit können Abstands differenzen zwischen der Strahldüse und der zu reinigen den Oberfläche ausgeglichen werden.

Achse 3

Ein Drehmodul, bestehend aus dem Elektromotor 53 und dem Gehäuse 54, paßt sich beständig automatisch an die Ober flächenkontur der zu reinigenden Fläche fein an. Die Strahldüse ist damit ständig in 45° oder in einem anderen wählbaren zur Oberfläche ausgerichtet.

Achse 4

Der Strahlkopf 25 mit der Düse 55 ist von einem Schwenk antrieb 57 angetrieben, der die Düse 55 in regelmäßige Pendelbewegungen versetzt. Hierdurch wird beispielsweise eine Strahlbreite von 300 mm erreicht. Die Strahlbreite selbst ist durch das Erfordernis der Gleichmäßigkeit be grenzt und vorwählbar über den festzulegenden Schwenkwin kel.

Die Achsen 2 und 3 des vorgenannten Bewegungssystemes sind als automatische Funktionen ausgelegt, die sich selbständig steuernd überwachen. Hierzu sind die an dem Gehäuse 54 angebrachten Näherungsfühler 58, 59 vorgese hen.

Nach dem Einschalten der Vorrichtung senkt sich der Mani pulatorarm 2 durch Bewegung des Gewindestangenantriebes langsam nach unten, bis die Minimalentfernung eines Nähe rungsfühlers von der Oberfläche unterschritten ist. So bald dieser Näherungsfühler (58 oder 59) ein Signal ab gibt, stoppt der Gewindestangenantrieb und der Drehmodul, d. h. der Elektromotor 53, beginnt eine Drehung des Ge häuses 56 mit den Näherungsfühlern. Die Drehung erfolgt je weils so, daß der benachbarte Näherungsfühler zur Ober fläche hin bewegt wird. Jedem Näherungsfühler ist demnach eine bestimmte Drehrichtung des Elektromotors 53 zugeord net. Spricht der zweite Näherungsfühler an, so erfolgt ein Zurückfahren des Manipulatorarms, bis einer der Nähe rungsschalter abschaltet. Anschließend erfolgt wieder ei ne Drehbewegung in diejenige Richtung, in der der andere Näherungsschalter wieder anspricht. Sollten beide Nähe rungsschalter ansprechen, so fährt der Manipulatorarm 2 nach oben und vergrößert den Abstand der Düse 25 von der Oberfläche wieder. Durch diese Regelung über zwei Nähe rungsschalter 58 und 59 ist es möglich, daß der Manipu latorarm 2 der Oberfläche exakt folgt und ein sehr genau es Abstrahlen ermöglicht.

Durch das ständige Pendeln der Düse im Lager 54 und das langsame Rückwärtsschreiten des Fahrwagens 1 wird ein Streifen von etwa 300 mm Breite genau gereinigt. Nach Abfahren und Reinigen dieser ersten Streifen-Strecke wird der Wagen am Ende des Kanales angelangt sein. Durch Ver stellen des Drehstückes mit Hilfe des Elektromotores 45 wird der Manipulatorarm gedreht. Wieder fährt der Wagen bis an den Anfang der zu reinigenden Kanalstrecke und tastet dort selbsttätig die Kanalwölbung ab. Dabei kann die Schwenkbreite je nach den Erfordernissen, beispiels weise Lackdicke oder Empfindlichkeit, von vornherein um verschiedene Schwenkwinkel verstellt werden. Bei der nächsten Durchfahrt wird der Schwenkwinkel soweit ver stellt, daß ein anderer Streifen gestrahlt wird.

Als Strahlmittel werden bekannte Granulate oder derglei chen verwendet.

Es zeigt sich, daß mit dem Gerät sowohl eine gleichmäßige als auch beschädigungsfreie Reinigung schwierigst zu be herrschender Wölbungen möglich ist. Es sei noch darauf hingewiesen, daß außen überstehende Teile, die gegebenen falls mit einer Wandung in Berührung kommen können, mit Schaum-Polstermaterial überzogen sind.

Anstelle eines Strahlkopfes kann auch eine optische Aus rüstung, ein Gamma-Strahlenelement, ein Farbsprühkopf, eine Luftreinigungsdüse oder dergleichen eingesetzt wer den, wobei es darauf ankommt, daß diese Elemente stets in einem konstanten Abstand von einer Oberfläche geführt sind.

Claims

1. Manipulatorarm für eine Vorrichtung, insbesondere zum körnigen Strahlen von empfindlichen, gewölbten Ober flächen, mit einem Kopf, der auf einen zu beobachten den oder zu bestrahlenden Bereich ausrichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Manipulatorarm (2) mit einem Endstück versehen ist, das einen Kopf moto risch verschwenkbar trägt und daß im Bereich des Kopfes wenigstens zwei auf die Oberfläche gerichtete Näherungsfühler (58, 59) be nachbart angeordnet sind, die mit einem Regelkreis verbunden sind, der den Antrieb des Schwenkmotores für den Kopf steuert.

2. Manipulatorarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Kopf mit einer Strahldüse ausgerichtet ist, die im Schwenkbereich in einem konstanten Win kel, vorzugsweise etwa 45°, zur Arbeitsoberfläche ausgerichtet ist.

3. Manipulatorarm nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß dieser mit einem Drehgelenk, einer Pa rallelführung und am Ende der Parallelführung mit dem die Strahldüse tragenden Strahlkopf ausgestattet ist.

4. Manipulatorarm nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelführung aus einen am Drehgelenk befindlichen Stirnblock (47), wenigstens zwei Parallel-Führungsstangen (48, 48′; 49, 49′) und einem Endblock (50) besteht.

5. Manipulatorarm nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahldüse an einem Pendelantrieb befestigt ist.

6. Manipulatorarm nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß er mit der Stirn seite eines Zentralchassis (3) verbunden ist, das Teil eines Fahrwagens (1) ist, der über wenigstens drei unterhalb des Zentralchassis angeordnete Räder (8′, 9′, 28′, 29′) verfügt, von denen ein (erstes) Paar am Ende eines pendelnd am Zentralchassis ange brachten Tragarmes (6, 7; 6′, 7′) angebracht ist, der sich oberhalb des Zentralchassis (3) fortsetzt und den gleichen Abstand zur Mittellinie des Zentralchas sis wie das erste Paar Räder ein zweites Paar Räder (8, 28; 9, 29) trägt.

7. Manipulatorarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß der Fahrwagen (1) an seinem Zentralchassis (3) wenigstens zwei Tragarme (6, 7; 6′, 7′) mit je vier Rädern (8, 8′; 9, 9′; 28, 28′, 29, 29′) auf weist.

8. Manipulatorarm nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, daß einer der Tragarme (7; 7′) sich in unmittelbarer Nachbarschaft zur Anbringungsstelle des Strahlkopfes (bei 40) befindet.

9. Manipulatorarm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß der oder die Tragarme (6, 7, 6′, 7′) mit Hilfe eines Kraftspeichers (16, 16′) in eine Lage maximaler Abspreizung in Bezug auf das Zentralchassis (3) verdreht gehalten sind.

10. Manipulatorarm nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß der Kraftspeicher eine Zylinderfeder (16, 16′) ist, einen Endes am Zentralchassis und anderen Endes am Tragarm angebracht ist.

11. Manipulatorarm nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Räder als Gleitschuh oder -klotz gestaltet ist.

12. Manipulatorarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß wenigstens eines der unteren Räder (8, 9, 9′, 28, 29′) angetrieben ist.

13. Manipulatorarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß die Tragarme relativ zueinander gegenläufig verdrehbar gegenüber dem Zentralchassis (3) an diesem aufgehangen sind.

14. Manipulatorarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, daß der Fahrwagen mit einer Fegevorrichtung für das herumliegende Strahlmittel versehen ist.

15. Manipulatorarm nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich net, daß die Fegevorrichtung wenigstens eine Düse (30, 30′) umfaßt, die auf die Fahrbahn gerichtet ist.

16. Manipulatorarm nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß alle mit der Ober fläche in Kontakt kommenden Teile, insbesondere die Räder, mit einer elastischen Masse abgedeckt sind.