DE2755733A1

DE2755733A1 - Manipulator mit nachfolgesteuerung (master-slave-manipulator)

Info

Publication number: DE2755733A1
Application number: DE19772755733
Authority: DE
Inventors: Delmar R Riffe; Jun Robert H Sturges
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1977-06-13
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1978-12-14

Description

Manipulator mit Nachfolges teuerung
(Master-Slave-Manipulator) Die Erfindung betrifft einen Manipulator mit Nachfolgesteuerung (Master-Slave-Manipulator) für Arbeiten an oder in gefährlichen Einrichtungen nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Manipulator für die ferngesteuerte Ausführung von Inspektions - und Reparaturarbeiten an Dampferzeugern von Kernreaktoranlagen.
Es gibt zahlreiche Situationen, in denen eine gefährliche Umgebung den Zugang zu Einrichtungen für Menschen ausschließt oder beschränkt. Eine derartige Situation ist beispielsweise bei Inspektions- und Reparaturarbeiten an Dampferzeugern von Kernkraftwerken gegeben.
Ein Dampferzeuger für Kernreaktoranlagen weist typischerweise einen vertikalen Mantel und ein darin angeordnetes, durch eine Vielzahl von U-förmigen Rohren gebildetes Rohrbündel, weiter einen dem U-Bogen des Rohrbündels gegenüberliegenden, die Rohrenden haltenden Rohrboden und eine Trennwandplatte auf, die den unter dem Rohrboden gelegenen Raum in eine mit dem einen RohrbUndelende in Verbindung stehende Einlaßkammer und eine mit dem anderen Rohrbündelende in Verbindung stehende Auslaßkammer für ein durch das Rohrbündel hindurchzuleitendes Heizströmungsmittel unterteilt. Bei diesem Heizströmungsmittel handelt es sich um das Primärkühlmittel eines Kernreaktors, das während des Hindurchströmens durch den Reaktorkern erhitzt worden ist und durch die Einlaßkammer in das Rohrbündel des Dampferzeugers eintritt. Von der Einlaßkammer aus strömt dieses erhitzte Primärkühlmittel durch die in die Einlaßkammer mündenden Rohren den in das Rohrbündel und in diesem zunächst nach oben, sodann durch den U-Bogen und wieder nach unten, wo es durch die in die Auslaßkammer mündenden Rohrenden in die Auslaßkammer strömt.
Gleichzeitig wird ein Sekundärkühlmmttel, nämlich Speisewasser, mit den U-Rohren in Wärmeaustausch gebracht, indem es um die Rohre herum bzw. zwischen diesen hindurch geleitet wird, so daß Wärme von dem die Rohre durchströmenden Primärkühlmittel auf das die Rohre außen umströmende Sekundärkühlmittel übertragen wird, wobei ein Teil des Sekundärkühlmittels in Dampf übergeführt wird.
Da das Primärkühlmittel radioaktive Teilchen enthält und deshalb durch die Rohrwände und den Rohrboden vom Sekundärkühlmittel getrennt gehalten werden muß, ist es wichtig, daß die U-Rohre und der Rohrboden und insbesondere die Verbindungen zwischen den Rohrenden und dem Rohrboden stets in fehlerfreiem Zustand gehalten werden, damit keine Risse oder Brüche in den Rohren oder in den Schweißverbindungen zwischen den Rohren und dem Rohrboden auftreten, um eine Kontaminierung des Sekundärkühlmittels durch das Primärkühlmittel zu verhindern.
Gelegentlich müssen die U-Rohre bzw. die Schweißnähte am Rohrboden von der Einlaßkammer und der Auslaßkammer aus inspiziert oder repariert werden. Zu diesem Zweck sind in dem vertikalen Mantel des Dampferzeugers Einstiegöffnungen vorgesehen, durch welche das Arbeitspersonal in die Einlaßkammer und die Auslaßkammer einsteigen kann, um die erforderlichen Arbeiten an den U-Rohren und am Rohrboden auszuführen. Da jedoch das Primärkühlmittel, bei welchem es sich im allgemeinen um Wasser handelt, radioaktive Teilchen enthält, werden die Einlaßkammer und die Auslaßkammer ebenfalls radioaktiv, wodurch die zulässige Aufenthaltszeit des Arbeitspersonals in diesen Kammern beschränkt wird. Es wäre deshalb von Vorteil, die Arbeiten an den U-Rohren und am Rohrboden ausführen zu können, ohne daß dazu die Anwesenheit des Arbeitspersonals am Arbeitsort erforderlich ist.
Es sind bereits verschiedene Mechanismen bekannt, die dieses Problem zu lösen versuchen, jedoch ist eine vollständige, befriedigende Lösung des Problems mit keinem dieser bekannten Mechanismen gelungen.
In der US-PS 3 913 452 ist ein fernsteuerbarer Arbeitskopf beschrieben, der als bewegliche Arbeitsplattform dient, von welcher aus Inspektionen und andere Arbeiten an den Rohren eines nuklearen Dampferzeugers ferngesteuert ausgeführt werden können. Der Arbeitskopf weist einen Schrittantrieb auf, der mit einem Bauteil, beispielsweise mit dem Rohrboden, zusammenwirkt, bezüglich dessen er eine etwa parallele Relativbewegung ausführt. Der Schrittantriebsmechanismus weist mehrere selektiv ausstreckbare Finger auf, die seitlich des Arbeitskopfes in öffnungen des betreffenden Bauteils eingreifen. Außerdem kann bei der bekannten Anordnung eine Einrichtung zum ferngesteuerten Hindurch führen des Arbeitskopfes durch die Einstiegöffnung beim Einsetzen und Herausnehmen des Arbeit so kopfes Anwendung finden.
Zur Überwachung der Position des Arbeitskopfes sind verschiedene Techniken möglich, beispielsweise Fernsehüberwachung oder vorzugsweise ein Verfahren, bei welchem die Anfangsposition des Arbeitskopfes relativ zum Rohrboden beim Ansetzen an die Rohrbodenunterseite festgestellt und sodann die Bewegung des Arbeitskopfes über die Rohrbodenunterseite aufgezeichnet und überwacht wird.
Bei der bekannten Anordnung handelt es sich zwar um einen fernbedienbaren Mechanismus, jedoch kann dieser das Problem der ferngesteuerten Ausführung von Arbeiten an Bauteilen wie beispielsweise Rohrböden nicht befriedigend lösen. Wenn beispielsweise während des Betriebs des Mechanismus ein Ausfall der Speiseenergie eintritt, ist die Aufzeichnungs- und Überwachungseinrichtung nicht mehr in der Lage, die momentane tatsächliche Position des Arbeitskopfes wieder festzustellen bzw. zu rekonstruieren.
Außerdem kann es vorkommen, daß, wenn innerhalb eines bestimmten Bereiches eine wesentliche Anzahl von Rohröffnungen durch Ablagerungen verstopft ist, der Arbeitskopf der bekannten Anordnung nicht mehr in der Lage ist, den verstopften Bereich zu überqueren.
Aus der US-PS 4 004 698 ist ein weiterer Mechanismus zur Inspektion eines Rohrbodens bekannt. Diese bekannte Anordnung weist zwei zueinander senkrechte und relativ zueinander verschiebbare Arme auf, die eine Transportbewegung eines Arbeitskopfes relativ zum Rohrboden ermöglichen.
Die beiden zueinander senkrechten Arme sind zwar relativ zu einer rechtwinkligen Rohranordnung beweglich, aber trotzdem treten bei größeren Bereichen verstopfter Rohre Schwierigkeiten auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator zu entwickeln, der eine voll befriedigende ferngesteuerte Ausführung von Arbeiten der oben genannten Art ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Anordnung gelöst.
Der erfindungsgemäße Manipulator mit Nachfolgesteuerung dient zur Ausführung von Arbeiten an Einrichtungen, die innerhalb von für Menschen nicht oder nur beschränkt zugänglichen Bereichen liegen. Der erfindungsgemäße Manipulator weist einen Arbeitskopf auf, der in der Einrichtung, an welcher die Arbeiten auszuführen sind, anzuordnen ist und Werkzeuge und Inspektionsvorrichtungen zur Durchführung der Arbeiten handhaben kann. Handelt es sich bei der betreffenden Einrichtung um einen nuklearen Dampferzeuger, an dessen Rohrboden die Arbeiten auszuführen sind, so ist der Arbeitskopf in der Lage, in die Öffnungen des Rohrbodens einzugreifen, um sich über den Rohrboden hinweg fortzubewegen und die Werkzeuge oder Instrumente an den Öffnungen des Rohrbodens zum Einsatz zu bringen.
In einem maßstäblichen Modell der Einrichtung, in bzw.
an welcher die Arbeiten auszuführen sind, ist ein Steuerkopf angeordnet und über elektrische Steuerverbindungen mit dem Arbeitskopf verbunden, um dessen Bewegungen derart zu steuern, daß eine manuelle Bewegung des Steuerkopfes automatisch in eine übereinstimmende räumliche Bewegung des Arbeitskopfes übersetzt wird.
Außerdem weist der Manipulator einen Arbeitsarm auf, der dazu dient, den Arbeitskopf in die Einrichtung, in welcher die Arbeiten auszuführen sind, hinein und aus dieser heraus zu bewegen und der über Steuerverbindungen mit einem Steuerarm in Verbindung steht, der sich in dem maßstäblichen Modell der Einrichtung befindet und die Bewegung des Arbeitsarms steuert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine aufgeschnittene perspektivische Darstellung eines Dampferzeugers, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Manipulators, dessen gesteuerte Baugruppe sich in einer Kammer eines Dampferzeugers befindet und dessen steuernde Baugruppe sich in einem kopfstehenden, maßstäblichen Modell des Dampferzeugers befindet, Fig. 3 eine Seitenansicht der gesteuerten Baugruppe des Manipulators während des Einführens durch eine Einstiegöffnung des Dampferzeugers, Fig. 4 eine Seitenansicht der gesteuerten Baugruppe des Manipulators nach vollständigem Einführen in eine Kammer des Dampferzeugers, Fig. 5 eine Stirnansicht der gesteuerten Baugruppe, Fig. 6 einen Ausschnitt des Rohrbodens des Dampferzeugers mit dem Arbeitskopf, Fig. 7 eine Draufsicht auf den Arbeitskopf, Fig. 8 einen Schnitt durch eine Eingriffsvorrichtung des Arbeitskopfes außer Eingriff mit dem Rohrboden, Fig. 9 einen Schnitt durch die Eingriffsvorrichtung im noch unverriegelten und noch nicht am Rohrboden anliegenden Eingriffszustand, Fig. 10 einen Schnitt durch die Eingriffsvorrichtung im noch unverriegelten, jedoch am Rohrboden anliegenden Eingriffszustand, Fig. 11 einen Schnitt durch die Eingriffsvorrichtung im verriegelten Eingriffszustand, Fig. 12 einen vergrößerten Schnitt durch den Eingriffsteil der Eingriffsvorrichtung im verriegelten Eingriffszustand, Fig. 13 eine Untersicht der Eingriffsvorrichtung, die Fig. 14 einen abgewandelten Arbeitskopf in bis 18 verschiedenen Stellungen, und Fig. 19 eine perspektivische Darstellung der mittigen Gelenkverbindungen des letzteren Arbeitskopfes.
In Fig. 1 ist ein nuklearer Dampferzeuger 20 dargestellt, der einen äußeren Mantel 22 aufweist, an dessen unterem Ende ein Einlaßstutzen 24 und ein Auslaßstutzen 26 für ein Primärühlmittel befestigt sind. Außerdem ist am äußeren Mantel 22 nahe dessen unterem Ende ein im wesentlichen zylindrischer Rohrboden 28 befestigt, der Bohrungen 30 zur Aufnahme von Rohrenden aufweist. Eine Trennwandplatte 32, die einerseits am Rohrboden 28 und andererseits am Mantel 22 befestigt ist, unterteilt den unterhalb des Rohrbodens gelegenen Raum in eine Einlaßkammer 34 und eine Aus daß kammer 36 für das Primärktihimittel.
Innerhalb des Mantels 22 sind U-förmige Wärmetauschrohre 38 angeordnet, die mit ihren Enden in den Bohrungen 30 des Rohrbodens 28 befestigt sind. Die beispielsweise etwa 7000 Rohre 38 bilden zusammen ein Rohrbündel 40.
Außerdem ist am Mantel 22 ein Einlaßstutzen 42 für ein Sekundärkühlmittel, beispielsweise Wasser, angeordnet, und am oberen Ende des Mantels befindet sich ein Dampfauslaßstutzen 44.
In Betrieb strömt das Primärkühlmittel, das ebenfalls Wasser sein kann, durch den Einlaßstutzen 24 in die Einlaßkammer 34 des Dampferzeugers 20 ein, nachdem es durch den Reaktorkern eines Kernreaktors hindurchzirkuliert und dort erwärmt worden ist. Aus der Einlaßkammer 34 strömt das Primärkühlmittel durch die Wärmetauschrohre 38 nach oben, durch deren U-Bogen hindurch und wieder nach unten in die Auslaßkammer 36, von wo aus es durch den Auslaßstutzen 26 aus dem Dampferzeuger austritt. Während das Primärkühlmittel durch die Wärmetauschrohre 38 hindurch strömt, gibt es Wärme an das Sekundärkühlmittel ab, das die Rohre 38 umströmt, wodurch das Sekundärkühlmittel verdampft wird. Der erzeugte Dampf verläßt den Dampferzeuger durch den Dampfauslaßstutzen 44.
Von Zeit zu Zeit ist es erforderlich, die Rohre 38 bzw. die Schweißverbindungen zwischen diesen Rohren und dem Rohrboden 28 zu inspizieren oder zu reparieren, um sicherzustellen, daß das radioaktive Teilchen enthaltende Primärkühlmittel streng vom Sekundärkühlmittel getrennt bleibt. Zu diesem Zweck sind im Mantel 22 Einstiegöffnungen 46 vorgesehen, die den Zugang zur Einlaßkammer 34 und zur Auslaßkammer 36 und folglich zum Rohrboden 28 ermöglichen.
Fig. 2 zeigt schematisch einen Manipulator in seiner Gesamtheit. Demgemäß weist der Manipulator eine steuernde Baugruppe mit einem Steuerkopf 48 und einem Steuerarm 50 und eine gesteuerte Baugruppe mit einem Arbeitskopf 52 und einem Arbeitsarm 54 auf. Der Steuerkopf 48 und der Steuerarm 50 befinden sich in einem maßstäblichen Modell der Einrichtung, an welcher mittels des Manipulators Arbeiten auszuführen sind, also beispielsweise in einem maßstäblichen Modell eines Dampferzeugers, während sich der Arbeitskopf 52 und der Arbeitsarm 54 in der tatsächlichen Einrichtung, also beispielsweise im Dampferzeuger 20 befinden.
Der Steuerkopf 48 und der Steuerarm 50 sind mittels Steuerkabeln mit einer Steuereinheit 56 verbunden, an welche auch der Arbeitskopf 52 und der Arbeitsarm 54 angeschlossen sind.
Der Arbeitsarm 54 ist beweglich auf einer Arbeitsarmführung 58 angeordnet, die durch die Einstiegöffnung 46 hindurch und etwa zur Mitte der Auslaßkammer 36 hin verläuft und entlang derer der Arbeitsarm 54 in den Dampferzeuger 20 hinein und aus diesem heraus verschoben werden kann. In ähnlicher Weise ist der Steuerarm 50 beweglich auf einer Steuerarmführung 60 angeordnet, die durch die Einstiegöffnung des maßstäblichen Modells des Dampferzeugers hindurch verläuft.
Die Steuerverbindungen des Manipulators sind so ausgelegt, daß das Modell des Dampferzeugers zusammen mit der aus dem Steuerkopf 48 und dem Steuerarm 50 bestehenden steuernden Baugruppe vom wirklichen Dampferzeuger 20 entfernt gelegen sein können, so daß die mit einem direkten Zugang des Personals zum Dampferzeuger verbundenen radiologischen Probleme nicht mehr auftreten. Das Arbeitspersonal kann von Hand den Steuerkopf 48 und den Steuerarm 50 in jede gewünschte Position bringen, wobei der Arbeitskopf 52 und der Arbeitsarm 54 im Dampferzeuger übereinstimmende Bewegungen ausführen.
Auf diese Weise können Arbeiten im Dampferzeuger bei weitgehend herabgesetzter Strahlenbelastung des Personals vorgenommen werden.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen den Arbeitsarm 54 mit dem an seinem freien Ende angeordneten Arbeitskopf 52 während des Einführens durch die Einstiegöffnung 46 bzw. innerhalb des Dampferzeugers. Obwohl Fig. 3 nur den Arbeitskopf 52 und den Arbeitsarm 54 zeigt, kann diese Darstellun auch zur Erläuterung des Steurkopfes 48 und des Steuerarmes 50 herangezogen werden, da diese Einheiten einander im wesentlichen ähnlich sind.
Der Arbeitsarm 54 weist eine Halterung 62 auf, welche mittels Rollen 64 in der Arbeitsarmführung 58 geführt und mittels einer nicht dargestellten Kette in der jeweils gewünschten Richtung längs der Arbeitsarmführung verschiebbar ist. Die Arbeitsarmführung 58 ist am Boden des Dampferzeugers mittels zweier Füße 66 (Fig. 5) abgestützt.
An der Halterung 62 ist ein erstes Glied 68 des Arbeitsarmes um eine durch die Halterung verlaufende vertikale Achse drehbar angeordnet. Die Halterung 62 enthält ein Potentiometer an sich bekannter Bauart, das den Drehwinkel zwischen dem ersten Glied 68 und der Halterung 62 erfaßt.
An dem ersten Glied 68 ist mittels einer ersten Schwalbenschwanzverbindung 72 ein zweites Glied 70 befestigt. Das zweite Glied 70 enthält ein erstes Drehgelenk 74, das eine Drehung eines Teils dieses zweiten Gliedes um eine durch das Drehgelenk 74 festgelegte horizontale Achse ermöglicht.
An dem zweiten Glied 70 ist mittels einer zweiten Schwalbenschwanzverbindung 78 ein drittes Glied 76 befestigt, das ein dem Drehgelenk 74 ähnliches zweites Drehgelenk 80 enthält. In ähnlicher Weise ist am dritten Glied 76 mittels einer dritten Schwalbenschwanzverbindung 84 ein viertes Glied 82 befestigt, das ein dem ersten Drehgelenk 74 wiederum ähnliches drittes Drehgelenk 86 aufweist.
Das vierte Glied 82 weist an seinem freien Ende entweder einen fernbedienbaren Greifermechanismus oder eine vierte Schwalbenschwanzverbindung 88 auf, die das Befestigen des Arbeitskopfes oder von Werkzeugen am Arbeitsarm ermöglicht. Das erste Drehgelenk 74, das zweite Drehgelenk 80, das dritte Drehgelenk 86 und die Drehverbindung zwischen der Halterung 62 und dem ersten Glied 68 des Arbeitsarmes 54 sind mittels hydraulischer Drehantriebe der Flügelbauart mit integrierten Potentiometern zur Erfassung des jeweiligen Drehwinkels bzw.
der jeweiligen Winkelstellung bewegbar. Hydraulische Drehantriebe sind wegen ihres geringen Gewichts zu bevorzugen, das die Manövrierbarkeit des Arbeitsarmes 54 verbessert. Zur Beaufschlagung der Drehantriebe mit Hydraulikmittel aus einer Hydraulikmittelquelle unter der Steuerung der Steuereinheit 56 sind selbstverständlich flexible Hydraulikleitungen 90 vorgesehen.
Da der Steuerarm 50 von Hand bewegt wird, sind in den Gelenken des Steuerarms keine Drehantriebe erforderlich.
Jedoch sind in den Gelenken des Steuerarms 50 ebenso wie in denjenigen des Arbeitsarms 54 Potentiometer angeordnet, welche die von Hand vorgenommenen Bewegungen des Steuerarms 50 bzw. die jeweiligen Winkelstellungen der Steuerarmglieder erfassen und an einen Servosteuermodul in der Steuereinheit 56 übermitteln, der einer an sich bekannten Bauart angehören kann. Der Servosteuermodul führt den Drehantrieben des Arbeitsarmes 54 entsprechende Steuerbefehle zu, aufgrund derer die Drehantriebe jeweils in demjenigen Sinne betätigt werden, daß die Differenz zwischen den Meßwerten der Arbeitsarmpotentiometer und der Steuerarmpotentiometer verschwindet. Die Steuerbefehle bewirken also ein übereinstimmendes Nachvollziehen der räumlichen Bewegungen des Steuerarmes durch den Arbeitsarm.
Durch entsprechende Bewegung des Steuerarms mit dem daran angeordneten Steuerkopf kann demgemäß erreicht werden, daß der Arbeitsarm sich mit dem daran angeordneten Arbeitskopf sich gemäß den Figuren 3 und 4 von außerhalb des Dampferzeugers in diesen hinein und den Arbeitskopf 52 von außerhalb des Dampferzeugers zu dem Rohrboden 28 hin bewegt. Bemerkenswert ist, daß zur leichteren Bedienung durch die Bedienungsperson das maßstäbliche Modell des Dampferzeugers, der Steuerkopf, der Steuerarm und die zugehörigen Steuerelemente mit Bezug auf die gesteuerte Baugruppe des Manipulators invertiert angeordnet sein können, so daß die Bedienungsperson das Modell und die steuernde Baugruppe besser übersehen kann.
Zusätzlich kann eine Kurzschluß-Fernsehverbindung zur Überprüfung der Position der gesteuerten Baugruppe und zur Erleichterung der Ein- und Ausfahrvorgänge Anwendung finden.
Die Figuren 6 und 7 zeigen den Arbeitskopf 52 im Eingriff mit dem Rohrboden 28. Es ist nur der Arbeitskopf 52 dargestellt, jedoch ist der Steuerkopf 48 im wesentlichen dem Arbeitskopf ähnlich ausgebildet. Der Hauptunterschied zwischen dem Arbeitskopf 52 und dem Steuerkopf 48 liegt darin, daß der Steurkopf 48 von Hand bewegbar ist, während der Arbeitskopf 52 mechanisch die von Hand vorgenommenen Bewegungen des Steuerkopfes nachvollzieht.
Wie aus den Figuren 6 und 7 hervorgeht, weist der Arbeitskopf 52 einen seinen mittleren Teil bildenden Mittelkörper 92 auf. Dieser Mittelkörper 92 trägt eine erste Eingriffsvorrichtung 94, die in das im Rohrboden 28 sitzende Mündungsende eines Wärmetauschrohrs 38 eingreifen kann, um den Arbeitskopf 52 an der Rohrbodenunterseite festzuhalten. Außerdem weist der Mittelkörper 92 an einem Ende einen Haltemechanismus 96 auf, um Werkzeuge zur Inspektion oder zur Reparatur des Rohrbodens 28 oder der Rohre 38 haltern zu können. Bei diesem Haltemechanismus 96 kann es sich um eine Schwalbenschwanzverbindung oder um einen Greifermechanismus handeln, der in der Lage ist, ein Werkzeug festzuhalten. Der Arbeitskopf 52 ist in der Lage, sich mit einem solchen, mittels des Arbeitsarmes 54 am Haltemechanismus 96 angebrachten Werkzeug über den Rohrboden 28 hinwegzubewegen, um das Werkzeug unter der Steuerung des Steuerkopfes 48 und des Steuerarmes 50 in die jeweils gewünschte Position zu bringen.
Weiter ist, wie aus den Figuren 6 und 7 ebenfalls hervorgeht, am Mittelkörper 92 ein erstes Zwischenglied 98 drehbar angeordnet, dessen eines Ende 100 drehbar innerhalb des Mittelkörpers 92 sitzt und dessen anderes Ende 102 vom Mittelkörper 92 wegragt. Innerhalb des einen Endes 100 des Zwischenglieds 98 befindet sich ein Drehantrieb 104, der eine Drehung des Zwischenglieds mit Bezug auf den Mittelkörper ermöglicht, und ein Potentiometer zum Erfassen des Drehwinkels bzw. der jeweiligen Winkelstellung des Zwischenglieds mit Bezug auf den Mittelkörper.
Der Steuerkopf 48 verfügt über ein entsprechendes Potentiometer als Drehwinkelgeber, enthält jedoch natürlich keinen Drehantrieb, da er von Hand bewegt wird. Die von Hand vorgenommene Bewegung des Steuerkopfes 48 wird durch dessen Potentiometer erfaßt und an die Steuereinheit 56 übermittelt. Ein in der Steuereinheit 56 enthaltener Servosteuermodul stellt jeweils fest, ob eine Differenz zwischen den Meßwerten der Potentiometer des Arbeitskopfes und des Steuerkopfes vorhanden ist und steuert dementsprechend die Drehantriebe des Arbeitskopfes derart, daß sie den Arbeitskopf im jeweils erforderlichen Richtungssinn solange bewegen, bis keine Differenz der Potentiometermeßwerte mehr vorhanden ist. Auf diese Weise wird also die manuelle Bewegung des Steuerkopfes 48 in eine übereinstimmende mechanische Bewegung des Arbeitskopfes 52 übersetzt.
Mit dem Zwischenglied 98 ist ein Endglied 106 drehbar verbunden, dessen eines Ende 108 das Ende 102 des Zwischenglieds 98 umgreift und dessen anderes Ende 110 vom Zwischenglied wegragt. An diesem anderen Ende 110 ist eine der ersten Eingriffs vorrichtung 94 ähnliche zweite Eingriffsvorrichtung 112 angebracht. Außerdem enthält das Endglied 106 einen in seinem Ende 108 angeordneten Drehantrieb 114, um das Endglied 106 relativ zum Zwischenglied 98 drehen zu können. Zur Erfassung des Drehwinkels bzw. der Winkelstellung des Endglieds 106 mit Bezug auf das Zwischenglied 98 ist wiederum ein Potentiometer vorgesehen.
In ähnlicher Weise ist auf der mit Bezug auf das Zwischenglied 98 und das Endglied 106 gegenüberliegenden Seite des Mittelkörpers 92 ein zweites Zwischenglied 116 und an diesem ein weiteres Endglied 118 angeordnet. Das zweite Zwischenglied 116 kann mit dem ersten Zwischenglied 98 und das weitere Endglied 118 mit dem Endglied 106 identisch ausgebildet sein. Das weitere Endglied 118 trägt eine dritte Eingriffsvorrichtung 120.
Wie in Fig. 7 dargestellt ist, können sowohl beim Steuerkopf 48 als auch beim Arbeitskopf 52 die Eingriffsvorrichtungen jeweils an zahlreichen verschiedenen Stellen positioniert werden, was eine Überquerung des Rohrbodens 28 durch den Arbeitskopf 52 in beliebiger Richtung ermöglicht. Die Köpfe sind auch in der Lage, einen Rohrboden mit unregelmäßiger Rohrmündungsanordnung oder einen unebenen Rohrboden zu überqueren. Wie bereits erwähnt, erfolgt die Bewegung der Kopfglieder (Zwischenglieder und Endglieder) durch manuelle Bewegung des Steuerkopfes 48, die sodann in eine übereinstimmende mechanische Bewegung des Arbeitskopfes 52 übertragen wird. In ähnlicher Weise erfolgt das in und außer Eingriff Bringen der Eingriffsvorrichtungen des Steuerkopfes 48 von Hand und wird mit Hilfe elektronischer Relais und Fühler in ein entsprechendes mechanisches in- und außer Eingriff Bringen der Eingriffsvorrichtungen des Arbeitskopfes übersetzt.
Der Arbeitskopf 52 arbeitet in der Weise, daß jeweils nur eine Eingriffsvorrichtung außer Eingriff gebracht wird, während die beiden jeweils anderen Eingriffsvorrichtungen im Rohrboden 28 in Eingriff bleiben. Durch Manipulieren des Steuerkopfes kann die jeweils außer Eingriff befindliche Eingriffsvorrichtung in die gewünschte neue Position gebracht werden. In dieser neuen Position kann sodann die Eingriffsvorrichtung in dem betreffenden Rohr 38 wieder in Eingriff gebracht werden, wonach eine andere Eingriffsvorrichtung in der gleichen Weise in eine neue Position gebracht werden.
Auf diese Weise kann der Arbeitskopf über den gesamten Rohrboden 28 hinwegbewegt werden. Während alle drei Eingriffsvorrichtungen im Rohrboden 28 in Eingriff sind, ist der Arbeitskopf darüber hinaus in der Lage, seinen Mittelkörper 92 um die erste Eingriffs vorrichtung 94 herum zu drehen, um auf diese Weise ein am Haltemechanismus 96 angeordnetes Werkzeug in verschiedene Positionen bringen zu können. Die genannten Bewegungen des Arbeitskopfes 52 dienen dazu, ein Werkzeug in die jeweils gewünschten Positionen zur Ausführung von Arbeiten am Rohrboden 28 bringen zu können.
Nachstehend wird auf die Figuren 8 bis 13 Bezug genommen. Fig. 8 zeigt eine der Eingriffsvorrichtungen des Arbeitskopfes 52 im herausgezogenen, d.h. nicht in Eingriff befindlichen Zustand.
Die Eingriffsvorrichtung weist eine mittels Lagern 124 in einem Haltekörper 122 drehbar gelagerte Büchse 126 auf. Bei dem Haltekörper 122 kann es sich um den Mittelkörper 92 oder eines der Endglieder 106 und 118 handeln, welche jeweils eine Eingriffsvorrichtung tragen. Die Lager 124 ermöglichen eine Drehung des jeweiligen Haltekörpers 122 um die Eingriffsvorrichtung herum auch dann, wenn sich die Eingriffsvorrichtung in einem Rohr 38 in Eingriff befindet. Innerhalb der Büchse 126 befindet sich ein Mittelteil 128, das jedoch nicht fest mit der Büchse verbunden ist. Am oberen Ende des Teils 128 ist ein becherförmiges Teil 130 befestigt, das eine Abstufung 132 bildet, mit welcher es sich auf der Büchse 126 abstützen kann.
Da das Teil 128 am becherförmigen Teil 130 befestigt ist, wird das Gewicht des Teils 128 ebenfalls über die Abstufung 132 auf die Büchse 126 übertragen. Es ist hervorzuheben, daß das becherförmige Teil 130 an der Abstufung 132 nicht an der Büchse 126 befestigt ist, sondern lediglich auf der Büchse ruht und relativ zu dieser beweglich ist. Das becherförmige Teil 130 dient dazu, sich an die Rohre 138 anzulegen, um dadurch die Position des Arbeitskopfes mit Bezug auf den Rohrboden 28 festzulegen.
Innerhalb des becherförmigen Teils 130 ist ein mit Bezug auf dieses verschiebares Teil 134 angeordnet. Ein Vorspannmechanismus 136, der beispielsweise aus einem am becherförmigen Teil 130 angeordneten Anschlag und einer sich einerseits an diesem und andererseits am verschiebbaren Teil 134 abstützenden Schraubenfeder besteht, drängt das verschiebbare Teil 134 in das becherförmige Teil 130 hinein gegen eine Anlagefläche 138 desselben.
Das verschiebare Teil 134 ist mit einem Innenbund 140 versehen.
Ein weiteres verschiebbares Teil 142 befindet sich teilweise im Mittelteil 128 und teilweise im Bereich des becherförmigen Teils 130. Zwischen dem becherförmigen Teil 130 und dem weiteren verschiebbaren Teil 142 ist eine Gleitdichtung 144, beispielsweise eine O-Ringdichtung angeordnet, um eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen bei gleichzeitiger Abdichtung zu ermöglichen. Das weitere verschiebbare Teil 142, das becherförmige Teil 130 und das Teil 128 begrenzen zusammen eine Ringkammer 146, in die ein Strömungsmittel wie beispielsweise Luft eingeleitet werden kann, um das weitere verschiebbare Teil 142 mit Bezug auf das becherförmige Teil 130 nach unten zu drängen. Dazu ist ein mit der Ringkammer 146 in Strömungsverbindung stehender Kanal 148 vorgesehen. Ferner weist das weitere verschiebbare Teil 142 einen Absatz 150 auf, mit welchem es sich an den Innenbund 140 des erstgenannten verschiebbaren Teils 134 anlegen kann, um dieses in der in Fig. 10 gezeigten Weise in Anlage mit dem Rohrboden 28 zu drängen.
Innerhalb des verschiebbaren Teils 142 befindet sich ein noch weiteres, mit Bezug zu diesem verschiebbares Teil 152. Am oberen Bereich dieses verschiebbaren Teils 152 ist ein Abstandsring 154 und am oberen Ende des Teils 152 ist eine Kappe 156 befestigt. Zwischen der Kappe 156 und dem Abstandsring 154 befindet sich ein erster, das verschiebbare Teil 152 umschließender Metallring 158, und ein zweiter Metallring 160 umschließt das Teil 152 zwischen dem Abstandsring 154 und dem oberen Ende des verschiebbaren Teils 142. Die beiden Metallringe 158 und 160 sitzen lose auf dem Teil 152 und können einen oder mehrere axial verlaufende Schlitze aufweisen, die eine radiale Dehnung dieser Ringe ermöglichen. Wenn das Teil 152 relativ zum Teil 142 nach unten gezogen wird, bewirken die konisch abgeschrägten Kanten der Kappe 156, des Abstandsringes 154 und des oberen Endes des Teils 142 eine radiale Ausspreizung der beiden Metallringe 158 und 160. Diese Ausspreizung erfolgt, wenn sich das verschiebbare Teil 152 innerhalb eines Rohres 38 befindet, so daß durch die Ausspreizung der Metallringe 158 und 160 diese gegen die Innenwand des betreffenden Rohres 38 gespannt werden und die Eingriffsvorrichtung in der betreffenden Position verriegeln, wie dies in den Figuren 10 bis 12 gezeigt ist.
Ein mit dem verschiebbaren Teil 152 einstückig ausgebildeter oder daran befestigter Teil 162 ist innerhalb des Teils 142 und des Teils 128 verschiebbar angeordnet. Der Teil 162 zusammen mit dem übrigen verschiebbaren Teil 152 und das seinerseits verschiebbare Teil 142 bilden zusammen eine weitere Ringkammer 164, in die ein Strömungsmittel wie beispielsweise Öl einleitbar ist, um das Teil 152 mit Bezug auf das Teil 142 nach unten zu drängen und dadurch die Ausspreizung der Ringe 158 und 160 herbeizuführen. Dazu ist der Teil 162 mit einem Kanal 166 versehen. Ein weiterer Kanal 168 dient dazu, das Strömungsmittel wieder aus der Ringkammer 164 abzulassen.
Jedoch können auch beide Kanäle 166 und 168 zum Einleiten des Strömungsmittels in die Ringkammer 164 benützt werden.
Der Kanal 166 besitzt im allgemeinen einen größeren Durchmesser als der Kanl 168, und gegebenenfalls in der Ringkammer 164 vorhandenes Gas kann durch den Kanal 168 entweichen, während durch den Kanal 166 Öl in die Ringkammer eingeleitet wird.
Ein weiterer Vorspannmechanismus 170, der eine zwischen dem Teil 142 und dem Teil 162 angeordnete Schraubenfeder sein kann, drängt den Teil 162 im Sinne einer Verkleinerung der Ringkammer 164 in das Teil 142 hinein.
Unterhalb des unteren Endes des verschiebbaren Teils 142 ist innerhalb des Mittelteils 128 eine weitere Ringkammer 172 gebildet, in welche ein Strömungsmittel wie beispielsweise Luft einleitbar ist, um das verschiebbare Teil 142 nach oben gegen den Rohrboden 28 zu drängen, wobei auch das verschiebbare Teil 152 mit dem Teil 162 nach oben bewegt wird. Das Strömungsmittel kann durch einen Kanal 174 in die Ringkammer 172 eingeleitet und auch wieder aus dieser abgelassen werden.
Durch das Einleiten eines Strömungsmittels wie beispielsweise Luft in die Ringkammer 172 kann also das verschiebbare Teil 152 in ein im Rohrboden 28 sitzendes Rohr 38 eingeschoben werden. Dabei drängt das verschiebbare Teil 142 auch das verschiebbare Teil 134 gegen den Rohrboden 28. Nach dem Einführen des verschiebbaren Teils 152 in ein Rohr 38 kann dieses verschiebbare Teil 152 durch Einleiten eines Strömungsmittels in die Ringkammer 164 relativ zum verschiebbaren Teil 142 geringfügig nach unten bewegt werden, wodurch die beiden Fbtallringe 158 und 160 ausgespreizt werden und die Eingriffsvorrichtung dadurch fest im Rohr 38 verspannt bzw. verriegelt wird.
Wie aus Fig. 8 weiter ersichtlich ist, ist das Teil 128 von einem äußeren Teil 176 umschlossen, in welchem ein weiteres verschiebbares Teil 178 verschiebbar gelagert ist.
Dieses Teil 178 besitzt ein konisches oberes Ende 180, das einer konischen Innenwandfläche der Büchse 126 entspricht.
Zwischen dem äußeren Teil 176, dem unteren Ende des verschiebbaren Teils 178 und dem Mittelteil 128 ist nochmals eine weitere Ringkammer 182 gebildet. Dieser Ringkammer 182 sind ein nicht dargestellter Kanal und Ventile zugeordnet, um ein Strömungsmittel einleiten zu können. Durch Einleiten eines Strömungsmittels in diese Kammer 182 kann das verschiebbare Teil 178 gegen die konische Innenwandfläche der Büchse 126 gespannt werden. Dies erfolgt normalerweise nach dem Verriegeln des verschiebbaren Teils 152 in einem Rohr 38, so daß dann durch die Anlage des verschiebbaren Teils 178 an der Büchse 126 diese mit Bezug auf das verschiebbare Teil 152 axial ausgerichtet wird, womit man eine koaxiale Ausrichtung; der gesamten Eingriffsvorrichtung mit Bezug auf das betreffende Rohr 38 erreicht.
Ein als Schraubenfeder ausgebildeter, zwischen dem äußeren Teil 176 und dem verschiebbaren Teil 178 wirksamer Vorspannmechanismus 184 drängt das verschiebbare Teil 178 nach unten. Nach dem Entspannen des Druckmitteldruckes in der Ringkammer 182 bewegt dieser Vorspannmechanismus 184 also das verschiebbare Teil 178 relativ zum äußeren Teil 176 nach unten.
Gemäß den Figuren 8 und 13 ist am Mittelteil 128 ein Fühler 186 befestigt, der mit dem unten am verschiebbaren Teil 152 angeordneten Teil 162 in Berührung steht.
Ein weiterer Fühler 188 ist mit Bezug auf den Fühler 186 um 900 versetzt am Mittelteil 128 befestigt. Befindet sich der Teil 162 in seiner unteren Stellung, tastet der erste Fühler 186 gemäß Fig. 8 den normalen Außendurchmesser dieses Teils 162 an, während der zweite Fühler 188 in dieser Position in eine erste Kerbe 190 des Teils 162 eingreift. Wenn jedoch der Teil 162 um ein kurzes Stück nach oben bewegt worden ist, greift der zweite Fühler 188 nicht mehr in die erste Kerbe 190 ein, sondern beide Fühler 186 und 188 tasten dann den normalen Außendurchmesser des Teils 162 an. Befindet sich der Teil 162 des verschiebaren Teils 152 in seiner oberen Stellung, greift der erste Fühler 186 in eine Kerbe 192 ein, während der zweite Fühler 188 noch den normalen Außendurchmesser des Teils 162 antastet. Mittels der beiden Fühler läßt sich also feststellen, ob der Teil 162 in seiner untersten Stellung, etwas angehoben oder in seiner obersten Stellung steht. Die Steuerungen für die Eingriffsvorrichtungen können in der Steuereinheit 56 untergebracht sein. Für diese Steuerungen können beispielsweise an sich bekannte Stufendrehschalter Anwendung finden.
Wenn ein nuklearer Dampferzeuger inspiziert oder repariert werden soll, werden die Primärkühlmittel-Einlaß- und Auslaßkammer des Dampferzeugers entleert und eine Einstiegöffnung geöffnet, wonach die Arbeitsarmführung 58 durch diese Einstiegöffnung eingeführt und festgeschraubt wird. Sodann wird auf dem aus dem Dampferzeuger 20 herausragenden Teil der Arbeitsarmführung 58 der Arbeitsarm 54 des Manipulators zusammengesetzt.
Danach wird der Arbeitsarm 54 mittels einer Kette entlang der Arbeitsarmführung 58 in den Dampferzeuger hineingezogen. Nunmehr wird der Steuerarm 50 des Manipulators mit dem Arbeitsarm 54 koordiniert, so daß die Stellung des Steuerarms in dem maßstäblichen Modell des Dampferzeugers der Stellung des Arbeitsarms 54 im tatsächlichen Dampferzeuger 20 genau entspricht. Das maßstäbliche Modell des Dampferzeugers ist, wie bereits erwähnt, mit Bezug auf den tatsächlichen Dampferzeuger kopfstehend angeordnet, wie in Fig. 2 dargestellt ist, um der Bedienungsperson den Zugang zum Modell und die Bedienung des Manipulators zu erleichtern.
Der Steuerarm 50 kann sodann durch die Bedienungsperson von Hand in jede gewünschte Stellung gebracht werden, was zur Folge hat, daß der Arbeitsarm 54 jeweils übereinstimmend positioniert wird.
Sodann wird in der in Fig. 3 gezeigten Weise der Steuerkopf 48 am Steuerarm 50 und der Arbeitskopf 52 am Arbeitsarm 54 befestigt. Danach wird der Steuerarm 50 so bewegt, daß der Steuerkopf 48 in das Modell des Dampferzeugers hinein und zu dessen Rohrboden hin geführt wird, was entsprechende Bewegungen des Arbeitsarms 54 und ein entsprechendes Hineinführen des Arbeitskopfes 52 in den Dampferzeuger 20 und zu dessen Rohrboden 28 hin nach sich zieht, wie in Fig. 4 dargestellt ist. Danach werden die Eingriffsvorrichtungen des Steuerkopfes 48 von Hand im Rohrboden des Modells verriegelt, wodurch auch die Eingriffsvorrichtungen des Arbeitskopfes 52 im Rohrboden 28 verriegelt werden. Nunmehr werden der Steuerarm und unter dessen Steuerung der Arbeitsarm vom Haltemechanismus 96 des Steuerkopfes bzw. des Arbeitskopfes gelöst und durch die Einstiegöffnung 46 wieder nach außen geführt, wo ein Werkzeug am freien Ende des Arbeitsarms 54 befestigt wird, während ein entsprechendes maßstäbliches Modell des Werkzeugs am Steuerarm 50 befestigt wird. Mit dem Arbeitsarm 54 wird dann unter der Steuerung des Steuerarms das Werkzeug am Haltemechanismus 96 des Arbeitskopfes befestigt und vom Ende des Arbeitsarms, also beispielsweise von dessen Schwalbenschwanzverbindung 88 gelöst. Auf diese Weise kann ein Werkzeug mechanisch durch die Einstiegöffnung 46 zum Arbeitskopf 52 hindurchgereicht werden, ohne daß eine Bedienungsperson sich dem verstrahlten Inneren des Dampferzeugers 20 auszusetzen braucht. Der mit dem Werkzeug versehene Arbeitskopf 52 kann dann über den Rohrboden 28 hinwegbewegt werden, um das Werkzeug an die gewählten Stellen des Rohrbodens zu bringen.
Um den Arbeitskopf über den Rohrboden 28 hinwegbewegen zu können, muß jeweils eine Eingriffsvorrichtung gelöst werden, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wonach die jeweils gelöste Eingriffsvorrichtung in der in Fig. 7 gezeigten Weise in eine neue Position gebracht werden kann. Wegen der Drehbarkeit der einzelnen Glieder des Arbeitskopfes 52 kann jede beliebige Eingriffsvorrichtung gelöst und in eine andere Position gebracht werden, solange die beiden anderen Eingriffsvorrichtungen verriegelt sind und den Arbeitskopf 52 am Rohrboden 28 haltern. Dazu wird jeweils die betreffende Eingriffsvorrichtung des Steuerkopfes 48 gelöst und über dem jeweils gewünschten neuen Rohr positioniert und von Hand in dieses eingeführt, wobei die entsprechende Eingriffsvorrichtung des Arbeitskopfes diese Tätigkeiten in der nachfolgend beschriebenen Weise nachvollzieht.
Gemäß den Fig. 8 und 9 wird in die Ringkammer 172 Luft eingeleitet, wodurch das verschiebbare Teil 142 zusammen mit dem verschiebbaren Teil 152 und mit dessen Teil 162 nach oben zum Rohrboden 28 hin verschoben wird.
Während das verschiebbare Teil 142 nach oben gleitet, legt sich sein Absatz 150 an den Innenbund 140 des verschiebbaren Teils 134 an, wodurch dieses mitgenommen wird und sich um das jeweils betreffende Rohr 38 herum in der in Fig. 10 gezeigten Weise an den Rohrboden 28 anlegt. In dieser Stellung befindet sich das verschiebbare Teil 152 innerhalb des Rohres 38.
Sodann wird Ö1 unter Druck in die Ringkammer 164 eingeleitet, wodurch das Teil 152 über seinen Teil 162 relativ zum Teil 142 nach unten gedrängt wird. Diese Abwärtsbewegung des verschiebbaren Teil 152 hat zur Folge, daß die konischen Kanten der Kappe 15G und des Abstandsringes 154 die beiden Vetallringe 158 und 160 radial nach außen spreizt und an die Innenwand des Rohres 38 andrückt, wodurch die Eingriffsvorrichtung gemäß den Figuren 11 und 12 in dem Rohr verriegelt wird. Das Lösen einer Eingriff Vorrichtung erfolgt in der umgekehrten Reihenfolge.
Da jedes nolir 38 geringe Zentrierungsfehler aufweisen kann, ist es wünschenswert, die jeweilige Eingriffsvorrichtung mit Bezug auf das betreffende Rohr 38 ausrichten zu können, in welches sie eingeführt worden ist. Zur Ausrichtung der verriegelten Eingriffsvorrichtung wird Öl in die Ringkammer 182 eingeleitet, wodurch das konische obere Ende 180 des verschiebbaren Teils 178 gegen die konische Innenfläche der Büchse 126 gespant wird. Dadurch wird die Büchse 126 in eine mit Bezug auf das Teil 152, das seinerseits mit dem betreffenden Rohr 38 fluchtet, koaxiale Stellung verschoben. Wird die Luft wieder aus der Ringkammer 182 abgelassen, drängt natürlich der Vorspannmechanismus 184 das verschiebbare Teil 178 in seine untere Stellung zurück.
Durch aufeinanderfolgendes Bewegen jeweils einer der Eingriffsvorrichtungen in der oben beschriebenen Weise kann der Arbeitskopf 52 über den besamten Rohr boden 28 hinwegbewegt werden. Außerdem ermöglicht die Drehbarkeit der Gelenke zwischen den Gliedern des Arbeitskopfes 52 eine Bewegung des Arbeitskopfes in jeder beliebigen Richtung und das übergehen eines verstopften Rohres 38. Durch diese Bewegungen des Arbeitskopfes 52 werden an dessen Haltemechanismus 96 angebrachte Werkzeuge jeweils so positioniert, daß die erforderlichen Arbeiten am Dampferzeuger ausgeführt werden können.
Da ein gewisses Spiel zwischen den einzelnen Gliedern des Arbeitskopfes 52 vorhanden ist und da der Arbeitskopf an der Rohrbodenunterseite hängt, hat die Schwerkraft zur Folge, daß die Glieder des Arbeitskopfes vom Rohrboden 28 weg durchhängen. Während der Hinwegbewegung des Arbeitskopfes 52 über den Rohrboden könnte sich infolge dieses Durchhanges ein so großer Abstand des Arbeitskopfes vom Rohrboden aufsummieren, daß ein Punkt erreicht wird, an welchem die Eingriffsvorrichtungen nicht mehr in der Lage sind, in ein Rohr 38 einzugreifen, was schließlich das Herab fallen des Arbeitskopfes vom Rohrboden zur Folge hätte. Zur Bewältigung dieses Problems findet zweckmäßig ein Mechanismus Anwendung, der den Durchhang des Arbeitskopfes 52 nach leder Bewegung beseitigt, so daß der Arbeitskpf in konstantm Abstand nom Rohrboden 28, ehalten wird. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist das gennante Problem gelöst. Während jeweils zwei Eingriffsvorrichtungen verriegelt sind, wird die jeweils dritte Eingriffsvorrichtung gelöst und in eine neue position bewegt. An dieser Stelle wird in die Ringkammer 172 der jeweils gelösten Eingriffsvorrichtung Luft eingeleitet, Wodurch das versciliebbare Teil 152 | in der oben beschriebene Weise in das jeweils betreffende Rohr eingeführt wird.
Sodann wird die Luft aus den Ringkammern 172 der oeiden anderen, verriegelten Eingriffsvorrichtunhen abgelassen, während gleichzeitig Luft in die Ringkammern 146 dieser beiden verriegelten Eingriffvorrichtungen eingeleitet wird. Da der Öldruck in den Ringkammern 164 dieser beiden Eingriffsvorrichtungen größer als der Luftdruck in ihren Ringkammern 146 ist und die auf die beiden Ringe 158 und 160 wirkende Reibkraf't die Teile 152 dieser beiden Eingriffsvorrichtungen fest verriegelt hält, bewirkt das Einleiten der Luft in die Ringkammern 146 jeweils ein Anheben des Mittelteils 128. Mit dem Mittelteil 128 werden auch die Büchse 126 und der jeweilige fialtekörper 122 relativ zum Rohrboden 28 angehoben. Der gesamte Arbeitskopf 52 wird dadurch also relativ zum Rohrboden 28 angehoben. Danach wird Öl in die Ringkammer 164 der noch nicht verriegelten Eingriffsvorrichtung eingeleitet, um diese zu verriegeln.
Danach wird Luft in die Ringkammern 172 aller drei ''ingrifí'svorrichtungen eingeleitet, wodurch deren ilittelteile 128 relativ zu den Teilen 152 nach unten bewegt werden und jeweils das untere Ende der becherförmigen Teile 13( sich an den jeweils gegenüberliegenden Absatz der Teile 142 anlegen, so daß die Ringkammern 146 ver-5 chwinden.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform können der Steuerkopf 48 und der Arbeitskopf 52 Arme mit Gleitführungen aufweisen. Eine solche Ausführungsform wird nachstehend mit Bezug auf die Figuren 14 bis 19 beschrieben.
Der in den Figuren 14 bis 19 gezeigte Arbeitskopf 200 weist einen Mittelkörper 202 auf, an welchem ein ilaltenif chanismus 204 zum halten beispielsweise eines Werkzeugs angeordnet ist. An dem Mittelkörper 202 sind zwei Arme 206 und 208 drehbar angelenkt, und zwar in der in ig. 19 gezeigten Weise, so daß diese Teile alle drei von einander unabhängig relativ zueinander drehbar sind. Am Arm 206 ist ein Schlitten 210 gleitend verschiebbar angeordnet.
Zur Verschiebung des Schlittens 210 entlang des Armes 206 dient eine Kolben-Zylinder-Anordnung 212, die einerseits am Arm 206 und andererseits am Schlitten 210 befestigt ist. In ähnlicher Weise ist am anderen Arm 208 ein Schlitten 214 angeordnet, der mittels einer Kolben-Zylinder-Anordnung 216 relativ zum Arm 208 verschiebbar ist.
Mittels einer weiteren Kolben-Zylinder-Anordnung 218, die einerseits am Mittelkörper 202 und andererseits über ein Gelenk 220 am Arm 206 angelenkt ist, und einer noch weiteren Kolben-Zylinder-Anordnung 222, die einerseits am Mittelkörper 202 und andererseits über ein Gelenk 224 am anderen Arm 208 angelenkt ist, kann entweder der Mittelkörper 202 ohne Beeinflussung der Arme 206 und 208 gemäß Fig. 17 relativ zu diesen beiden Armen gedreht oder jeder der beiden Arme wahlweise gesondert gemäß Fig. 16 um den viittelkörper 202 herum gedreht werden. Am einen Schlitten 210 ist eine erste Eingriffsvorrichtung 226, am Mittelkörper 202 eine zweite Eingriffsvorrichtung 228, und am anderen Schlitten 214 eine dritte Eingriffsvorrichtung 230 angeordnet. Diese Eingriffsvorrichtungen können ähnlich wie die oben mit Bezug auf die Figuren 8 bis 13 beschriebenen Eingriffsvorrichtungen ausgebildet sein, jedoch sind die Eingriffsvorrichtungen 226, 228 und 230 abweichend von den vorher beschriebenen Eingriffsvorrichtungen mit Hilfe der drehbaren Arme und der verschiebbaren Schlitten bezüglich den jeweils gewählten Rohres 38 positionierbar, wobei an Stelle der Drehantriebe der oben beschriebenen Ausführungsform des Arbeitskopfes nunmehr die Kolben-Zylinder-Anordnungen den Antrieb des Arbeitskopfes bewirken.
Wenn beispielsweise ein Arm, zum Beispiel der Arm 206, um den Mittelkörper 202 gedreht werden soll, laufen folgende Vorgänge ab: Gemäß Fig. 16 wird zunächst die Eingriffsvorrichtung 226 gelöst. Sodann wird die Kolben-Zylinder-Anordnung 218 derart betätigt, daß die Kolbenstange in den Zylinder hineingezogen wird, so daß der Arm 206 in Richtung des Pfeiles 232 gedreht wird. Danach wird die ingriffsvorrichtung 226 in das betreffende neue Rohr 38 eingeführt.
Sodann kann eine ähnliche Bewegung des Armes 208 ausgeführt werden, der dann beispielsweise in die in Fig. 14 gezeigte Position geschwenkt wird. Befindet sich die Eingriffsvorrichtung 230 in ihrer neuen Position, kann der Mittelkörper 202 nach Lösen der Eingriffsvorrichtung 228 in eine neue Position bewegt werden, indem beispielsweise die Kolben der Kolben-Zylinder-Anordnungen 218 und 222 eingefahren und die Kolben der Kolben- Zylinder-Anordnungen 212 und 216 ausgefahren werden.
In entsprechender Weise sind beleibige andere bewegungen der Elemte des Arbeitskopfes 200 durch jeweils geeignet kombiniertes ein- oder Ausfahren der Kolben der Kolben-Zylinder-Anordnungen möglich.
L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüche Manipulator mit Nachfolgesteuerung (Master-Slave-Manipulator) fUr Arbeiten an oder in gefährlichen Einrichtungen, mit einer steuernden Baugruppe und einer gesteuerten Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Baugruppe einen Arbeitskopf (52), der mit der betreffenden Einrichtung in Eingriff bringbar ist und zur Positionierung von Instrumenten oder Werkzeugen mit Bezug auf die Einrichtung dient, und einen Arbeitsarm (54) aufweist, mittels welchem der Arbeitskopf in eine Position an oder in der Einrichtung bringbar ist und mittels welchem außerdem dem Arbeitskopf Instrumente oder Werkzeuge zuführbar sind, daß weiter die steuernde Baugruppe einen Steuerkopf (48), der an oder in einem von der betreffenden Einrichtung entfernt gelegenen maßstäblichen Modell dieser Einrichtung anbringbar und von Hand manipulierbar ist, und einen Steuerarm (50) aufweist, der ebenfalls von Hand manipulierbar ist, und daß der Steuerkopf mit dem Arbeitskopf und der Steuerarm mit dem Arbeitsarm jeweils über Steuermittel (56) verbunden ist, die den Arbeitskopf bzw. den Arbeitsarm in Abhängigkeit von den Bewegungen des Steuerkopfes bzw. des Steuerarmes jeweils im Sinne eines übereinstimmenden Nachvollziehens dieser Bewegungen betätigen.
2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsarm (54) eine Halterung (62), weiter ein daran um eine durch diese Halterung hindurchverlaufende Achse drehbar angeordnetes erstes Glied (68), ferner ein an diesem abnehmbar befestigtes zweites Glied (70) mit einem ersten Drehgelenk (74), durch welches ein Teil des zweiten Gliedes relativ zum übrigen Teil des zweiten Gliedes drehbar ist, weiterhin ein abnehmbar am zweiten Glied befestigtes drittes Glied (76) mit einem zweiten Drehgelenk (80), mittels dessen ein Teil des dritten Gliedes drehbar am übrigen Teil des dritten Gliedes angelenkt ist, und ein wiederum abnehmbar am dritten Glied befestigtes viertes Glied (82) mit einem dritten Drehgelenk (86), mittels dessen ein Teil des vierten Gliedes relativ zum übrigen Teil des vierten Gliedes drehbar ist, sowie mit einem an seinem freien Ende angeordneten Greifermechanismus (88) aufweist, welch letzterer zur Verbindung des Arbeitsarmes mit dem Arbeitskopf oder zum Erfassen von Instrumenten oder Werkzeugen dient, und daß die Drehgelenke der Arbeitsarmglieder sowie die Drehverbindung zwischen dem ersten Glied und der Halterung jeweils mit einem Drehantrieb und einem Drehwinkelgeber versehen sind.
3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf einen Mittelkörper (92), an welchem ein Haltemechanismus für Instrumente oder Werkzeuge oder zur Verbindung mit dem Arbeitsarm angeordnet ist, weiter ein drehbar am Mittelkörper angelenktes Zwischenglied (98) und ein an diesem drehbar angelenktes Endglied (106), weiterhin ein weiteres, drehbar am Mittelkörper angelenktes Zwischenglied (116) und ein daran drehbar angelenktes weiteres Endglied (118) aufweist, daß weiter in den Drehverbindungen zwischen dem Mittelkörper und den beiden Zwischengliedern und zwischen diesen und den beiden Endgliedern jeweils ein Drehantrieb (104, 114) und ein Drehwinkelgeber angeordnet ist, und daß am Mittelkörper und an dem jeweils freien Endteil der beiden Endglieder jeweils eine Eingriffsvorrichtung (94, 112, 120) zur jeweils vorübergehenden Halterung des Arbeitskopfes an der betreffenden Einrichtung angeordnet ist, derart, daß der Arbeitskopf relativ zu der Einrichtung bewegbar ist, indem die drei Eingri ffs vorrichtungen der Reihe nach jeweils gelöst, in eine neue Position und dort wieder in Eingriff gebracht werden.
4. Manipulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelgeber als Drehpotentiometer ausgebildet sind.
5. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf einen Mittelkörper (202) mit einem daran angeordneten Haltemechanismus (204) zum Halten von Instrumenten oder Werkzeugen oder zur Verbindung mit dem Arbeitsarm, weiter einen am Mittelkörper drehbar angelenkten ersten Arm (206) und einen ebenfalls drehbar am Mittelkörper angelenkten zweiten Arm (208) aufweist, daß weiter an jedem der beiden Arme ein längs des betreffenden Armes verschiebbarer Schlitten (210, 214) angeordnet ist, daß weiter an jedem der beiden Schlitten und am Mittelkörper jeweils eine Eingriffsvorrichtung (226, 228, 230) zur vorübergehenden Halterung des Arbeitskopfes an der betreffenden Einrichtung angeordnet ist, und daß jedem der beiden Arme eine einerseits an dem betreffenden Arm und andererseits am zugehörigen Schlitten befestigte Kolben-Zylinder-Anordnung (212, 216) zur Verschiebung des betreffenden Schlittens längs des Armes und eine einerseits am Mittelkörper und andererseits an dem Arm angelenkte Kolben-Zylinder-Anordnung (218, 222) zur Drehung der Arme relativ zueinander und relativ zum Mittelkörper zugeordnet ist, derart, daß jeweils durch kombinierte Betätigung der Kolben-Zylinder-Anordnungen die Eingriffs vorrichtungen bzw. am Mittelkörper gehalterte Instrumente oder Werkzeuge wahlweise und beliebig relativ zur Einrichtung positionierbar sind.
6. Verfahren zum Ausführen von Inspektions- und Reparaturarbeiten an gefährlichen Einrichtungen mittels eines Manipulators mit Nachfolgesteuerung (Master-Slave-Manipulator) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a) Anordnen des Arbeitsarmes an der betreffenden Einrichtung und des Steuerarmes an einem maßstäblichen, von der Einrichtung entfernt gelegenen Modell dieser Einrichtung, b) Anbringen des Arbeitskopfes am Arbeitsarm und des Steuerkopfes am Steuerarm, und c) Manipulieren des Steuerarms und des Steuerkopfes relativ zu dem maßstäblichen Modell derart, daß der mit Bezug auf den Steuerarm übereinstimmende Bewegungen ausführende Arbeitsarm und der mit Bezug auf den Steuerkopf übereinstimmende Bewegungen ausführende Arbeitskopf im Sinne der Ausführung der Arbeiten bewegt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerkopf mit dem maßstäblichen Modell der Einrichtung und dadurch der Arbeitskopf mit der Einrichtung in Eingriff gebracht wird und daß sodann der Steuerarm vom Steuerkopf und infogedessen der Arbeitsarm vom Arbeitskopf getrennt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß, indem mittels des Steuerarmes durch Manipulieren desselben Modellwerkzeuge oder Modellinstrumente zum Steuerkopf hingebracht werden, dem Arbeitskopf mittels des Arbeitsarmes Werkzeuge oder Instrumente zugeführt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß, indem der Steuerkopf mit einem daran angebrachten Modellwerkzeug oder Modellinstrument relativ zu dem maßstäblichen Modell der Einrichtung manipuliert wird, der Arbeitskopf mit einem daran gehalterten Werkzeug oder Instrument im Sinne der Ausführung der Arbeiten an der Einrichtung betätigt wird.