DE2228598A1

DE2228598A1 - ANTHROPOMORPHIC MANIPULATOR

Info

Publication number: DE2228598A1
Application number: DE19722228598
Authority: DE
Inventors: Jens Dr Rer Nat Geerk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-12
Filing date: 1972-06-12
Publication date: 1974-01-03

Description

Anthropomorpher Atanipulator Die Erfindung betrifft einen anthropomorphen Manipulator, der aus Rumpf, Armen mit | Händen und Beinen mit Füssen oder lediglich aus zwei Armen mit Händen und einem Schulterpaar oder nur aus einer Schulter, einem Arm rait einer Hand besteht, mit Gelenken, die eine veränderbare Winkelstellung der einzelnen Gliedmassen zueinander und/ oder deren Orehung gegeneinander erlauben und mit Motoran, die die gewünschten Bewegungen der Gliedmassen bewirken. Anthropomorphic Atanipulator The invention relates to an anthropomorphic one Manipulator consisting of torso, arms with | Hands and legs with feet or just from two arms with hands and a pair of shoulders or just from one shoulder, one Arm rait consists of one hand, with joints that have a changeable angular position the individual limbs to each other and / or allow their rotation against each other and with motors that bring about the desired movements of the limbs.

Jedes dar besagten Gelenke ist erfindungsgemäss zusammengesetzt aus zwei gegeneinander drehbaren Teilen, die gemeinsam eine zylindrische, mit vorzugsweise ebenen Boden versehenen Kapsel, hier Gelenkkapsel genannt, bilden, an denen die beiden zu dem Gelenk gehörenden Gliedmassen befestigt sind. Fernar gehört zur Erfindung, dass der Motor und ein Getriebe, das zur Untersetzung der schnellen Drehung der Motor welle dient, im Innenraum der Gelenkkapsel untergebracht sind und dass eine Vorrichtung zur Messung des Winkels, den die beiden Gliedmassen miteinander bilden, vorgesehen ist. Zur Erfindung gehört auch, dass die Motorwelle, die An- und Abtriebswelle des Getriebes sowie eine Welle der Vorrichtung zur Winkelmessung und die Zylinderachse der Gelenkkapsel koaxial angeordnet sind, und dass Mittel vorgesehen sind, die den Innenraum der Kapsel gegen den Aussenraum gas- und flüssigkeitsdicht abschliessen.According to the invention, each joint is composed of two mutually rotatable parts, which together have a cylindrical, preferably flat bottom provided capsule, here called joint capsule, form on which the attached to both limbs belonging to the joint. Fernar is part of the invention, that the motor and a gear that is used to reduce the rapid rotation of the Motor shaft is used, are housed in the interior of the joint capsule and that a Device for measuring the angle that the two limbs form with one another, is provided. The invention also includes that the motor shaft, the input and output shaft of the gearbox as well as a shaft of the device for angle measurement and the cylinder axis the joint capsule are arranged coaxially, and that means are provided which the Seal the interior of the capsule against the exterior in a gas- and liquid-tight manner.

Es sind bereits Systeme von anthropomorphen Manipulatoren bekannt geworden, deren Gelenke jedoch nicht gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind, sodass die in den Gelenken untergebrachten Teile zerstörenden äusseren Einwirkungen ausgesetzt sind. Bei den erfindungsgemässen Manipulatorgelenken sind Motor und Gebriebe in der schützenden, gas- und flüssigkeitsdichtsn Gelenkkapsel untergebracht; das bedeutet einen wesentlichen technischen Fortschritt.Systems of anthropomorphic manipulators are already known but whose joints are not gas- and liquid-tight, so that the parts housed in the joints have destructive external influences are exposed. In the case of the manipulator joints according to the invention, there are motors and drives housed in the protective, gas- and liquid-tight joint capsule; the means a significant technical advance.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein anthropomorpher Manipulator, bei dem als Antriebsrnotor zur Bewegung der Gliedmassen ein elektrischer Scheibenläufermotor vorgesehen und die Ab triebswelle des Getriebes als ein hohles Rohr ausgebildet ist. Ferner sind der Scheibenläufermotor und das Getriebe mit einem koxialen zylindrischen Hohlraum versehen, durch dan die besagte als Rohr ausgebildete Abtriebswelle hindurchgeführt ist. Die hohle Abtriebsachse ist in den beiden Kapselböden gelagert und mündet getriebeseitig ausserhalb des Kapselbodens in einen Abtriebsflansch oder dgl., der gegen den Kapselboden abgedichtet ist. Als Vorrichtung zur Messung des Winkels, den die beiden am Abtrlebsflansch bzw. am motorseitigen Kapselboden befestigten Gliedmassen miteinander bilden, ist ein elektrisches Potentiometer vorgesehen, das in einem raumgebenden Abstand vom motorseltigen Kapselboden mittels eines Bügels oder dgl. fest mit da hohlen Rohr verbunden ist, wahrend die Potentiometerspindel mittels eines 8u'gels oder dgl.Another object of the invention is an anthropomorphic manipulator, in which an electric pancake motor is used as the drive motor for moving the limbs provided and formed from the drive shaft of the transmission as a hollow tube is. Furthermore, the pancake motor and the gearbox are cylindrical with a coaxial Provided cavity, then passed through said output shaft designed as a tube is. The hollow output shaft is mounted in the two capsule bottoms and ends on the gearbox side outside the capsule base in an output flange or the like, which is against the capsule base is sealed. As a device for measuring the angle that the two on the Abtrlebsflansch or form limbs attached to each other on the capsule base on the engine side, is an electrical potentiometer is provided, which is at a spacing distance from motor-like capsule base by means of a bracket or the like. Firmly with the hollow tube there is connected, while the potentiometer spindle by means of an 8u'gel or the like.

fest mit dem Kapselboden verbunden ist. Bei einem Betrieb des Manipulators ist der elektrische Widerstand des Potentiometers ein Mass für den Winkel, den die an der Gelenkkapsel befestigten Gliedmassen miteinander bilden. Ferner ist erfindugnsgemäss vorgesehen, die hohle Abtriebswelle als Kanal nur elektrische, hydraullsche, pneumatische Leitungen oder dgl. zu verwenden und/oder einen Druckausgleich zwischen den Innenräumen der einzelnen Gliedmassen herzustellen.is firmly connected to the capsule base. When operating the manipulator the electrical resistance of the potentiometer is a measure of the angle that the form limbs attached to the joint capsule with one another. Furthermore, according to the invention provided, the hollow output shaft as a channel only electrical, hydraulic, pneumatic To use lines or the like and / or pressure equalization between the interiors of the individual limbs.

Es sind bereits Systeme von anthropomorphen Manipulatoren bekannt geworden, deren Gelenke jedoch nicht gas- oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind, sodass die im Innern der Gelenke und Gliedmassen untergebrachten, oft empfindlichen Teile wie Kabel, Rohrleitungen, Schlauche, Motoren, Steuermechanismen und elektrische Bauteile einer Korrosion, starken Wasserdrucken oder auch Ätzungen ausgesetzt sind und die Gefahr einer sehr schnellen Abnutzung besteht. Die Gefahr besteht bei den erfindungsgemässen Manipulatoren nicht, da alle die erwähnten, im Innern dar Gelenkkapseln oder der Gliedmassen sich befindlichen elektrischen und mechanischen Teile vollkommen gegen den Aussenraum also auch gegen Einwirkungen von aussen abgeschlossen und geschützt sind. Die Erfindung bedeutet daher einen wesentlichen technischen Fortschritt.Systems of anthropomorphic manipulators are already known but whose joints are not gas- or liquid-tight, so that those housed inside the joints and limbs are often sensitive Parts such as cables, pipes, hoses, motors, control mechanisms and electrical Components are exposed to corrosion, strong water pressure or etching and there is a risk of very rapid wear. The danger is with the manipulators according to the invention, since all of the mentioned ones are inside the joint capsules or the electrical and mechanical parts of the limbs against the outside space and also against influences locked from the outside and are protected. The invention therefore means an essential technical one Progress.

Ferner gehört zur Erfindung ein anthopomorpher Manipulator, der für Arbeiten in Gewässern, beispielsweise in der Tiefsee, bestimmt ist, bei dem zur Entlastung des Materials, insbesondere der Abdichtungen,vorgesehen ist, die durch die hohlen Abtriebswellen miteinander in Verbindung stehenden Innenräume der hintereinander geschalteten Gliedmassan, z.B. Schulter - 'Oberarm - Unterarm, mit einem Gas oder einer Flüssigkeit zu füllen. Der Druck des Gases oder der Flüssigkeit ist durch eine Automatik so regelbar, dass er mit dem Druck der umgebenden Flüssigkeit übareinstimmt oder einen zu diesem einstellbaren Druckunterschied aufweist. Es kann vorteilhaft sein, dass der Druck im Innern stets etwas grösser ist als der Druck dar umgebenden Flüssigkeit, damit bei einer etwa auftretenden, geringfügigen Undichtlgkelt eher das im Innern der Gliedmassen befindliche Gas nach ausss dringt, wobei es automatisch nachgefüllt wird, als dass etwas von der umgebenden Flüssigkeit ins Innere eindrIngt.The invention also includes an anthopomorphic manipulator that is used for Working in bodies of water, for example in the deep sea, is intended for Relief of the material, in particular the seals, is provided through the hollow output shafts interconnected interiors of the one behind the other switched limb, e.g. shoulder - 'upper arm - forearm, with a gas or a liquid to fill. The pressure of the gas or liquid is through an automatic system that can be regulated in such a way that it matches the pressure of the surrounding liquid or has an adjustable pressure difference to this. It can be beneficial be that the pressure inside is always slightly greater than the pressure surrounding it Liquid, so if there is a slight leak, it is more likely the gas inside the limbs penetrates outwards, automatically refilled when some of the surrounding liquid penetrates into the interior.

Die bisher bekannten Manipulatoren besitzen keine miteinander in Verbindung stehenden Innenräume der Gliedmassen, die mit einem für die dort untergebrachten, empfindlichen Teile unschädlichem Gas zum Zwecke der Druckentlastung des Materials aufgefüllt werden können, wie das bei dem erfindungsgemässen Manipulator vorgesehen ist. Dieser bedeutet daher einen wesentlichen technischen Fortschritt.The manipulators known so far have none in connection with one another standing interiors of the limbs, which with one for the accommodated there, sensitive parts of harmless gas for the purpose of relieving the pressure of the material can be filled up, as provided in the manipulator according to the invention is. This therefore represents a significant technical advance.

Ausserdem gehört zur Erfindung, dass als Mittel, das den Innenraum der Gelenkkapsel gegen den Aussenraum gas- und flüssigkeitsdicht abschliesst, eine gas- und flüssigkeitsdichte, elastische und/oder faltbare Membran oder dgl. vorgesehen ist. Die erfindungsgemässe Membran oder dgl. überbrückt den Raum zwischen den beiden, um einen endlichen Winkel gegeneinander drehbarer, die Gelenkkapsel bildender Teile und ist an dan besagten Teilen gas- und flüssigkeitsdicht befestigt. Eine derartige erfindungsgemässe Dichtung vermeidet die Nachteile der üblichen Abdichtungen zwischen zwei gegeneinander drehbaren Teilen nlttels Kolbenringen oder dgl., bei denen stets ein enger Spalt mit einer Flüssigkeit ausgefüllt wird, die gleichzeitig zur Schmierung und DichLung dient. Bei der Erfindung ist eine solche Flu"ssigkeit nicht erforderlich; sie bedeutet darum einen grossen technischen Fortschritt.The invention also includes that as a means that the interior the joint capsule seals off gas and liquid-tight from the outside space, a Gas- and liquid-tight, elastic and / or foldable membrane or the like. Provided is. The membrane according to the invention or the like bridges the space between the two, Parts forming the joint capsule which can be rotated relative to one another through a finite angle and is attached to said parts in a gas- and liquid-tight manner. Such a one inventive seal avoids the disadvantages of the usual seals between two against each other rotatable parts by means of piston rings or the like, in which a narrow gap is always filled with a liquid at the same time serves for lubrication and sealing. In the invention there is such a fluid not mandatory; it therefore represents a major technical advance.

In den Figuren 1,2,3 sind beispielhafte erlauternde Skizzen zu der oben beschriebenen Erfindung gezeichnet. Im einzelnen werden gezeigt in: Fig. 1 schematisch nach der Erfindung eine Gelenkkapsel (i) mit einem motorseitigen Kapselbogen (2) und einem getriebeseitigem Kapselboden (3), einem Motor (4) und einem Getriebe (5), mit einer Antriebswelle (6) und einer Abtriebswelle (7), ferner die Gliedmassen (8) und (9) sowie die Abdichtung (10).In the figures 1, 2, 3 are exemplary explanatory sketches for the invention described above drawn. The details are shown in: FIG. 1 schematically according to the invention a joint capsule (i) with a capsule arch on the motor side (2) and a transmission-side capsule base (3), a motor (4) and a transmission (5), with a drive shaft (6) and an output shaft (7), and also the limbs (8) and (9) and the seal (10).

Fig. 2 schematisch nach der Erfindung eine Gelenkkapsel (1) mit einem elektrischen Scheibenläufermotor, bestehend aus einem Scheibenläufer (11) und Permanentmagneten (12) und der durchbohrten Motorachse (13), das Getriebe (5) mit der Antriebswelle (6), der hohlen Abtriebswelle (14) und dem Abtrlebsflansch (15), eine Abdichtung (10) sowie ein elektrisches Potentiometer (16) und einem Bügel (17), die Potentiometerspindel (18) mit einem Bugel (19), die Gliedmassen (a) und (9), ein Kabelbaum (20), das Kabel (21) zur Spaisung des Scheibenläufermotors, das Kabel (22) zur Speisung des Potentiometers (16), eine Schelle (23) zur Befestigung des Kalbelbaumes am Abtriebsflansch (15), eine Schelle (24) zur Befestigung des Kabelbaumes am motorseitigen Kapselboden (2), ein zum folgenden Gelenk weiterführendes Kabel (25), die Achs (26), zu der die Motorwelle, die An- und Abtriebsachse das Getriebes, die Gelenkkapsel und das Potentiometer koaxial sind.Fig. 2 schematically according to the invention a joint capsule (1) with a electric pancake motor, consisting of a pancake (11) and permanent magnets (12) and the pierced motor axis (13), the gear (5) with the drive shaft (6), the hollow output shaft (14) and the Abtrlebsflansch (15), a seal (10) and an electric potentiometer (16) and a bracket (17), the potentiometer spindle (18) with a bracket (19), the limbs (a) and (9), a cable harness (20), the Cable (21) for cooling the disc motor, the cable (22) for feeding the Potentiometer (16), a clamp (23) for fastening the calf boom to the output flange (15), a clamp (24) for attaching the cable harness to the bottom of the capsule on the engine side (2), a cable (25) leading to the following joint, the axis (26), to the the motor shaft, the input and output axis, the gearbox, the joint capsule and the Potentiometers are coaxial.

Fig. 3 schematisch nach der Erfindung ein anthropomorpher Manipulatorarm, bei dem die Motoren, Getriebe und Stromkabel gsschutzt im Innern der Gelenkkapseln und Gliedmassen angebracht sind. Dargestellt sind: eine Schultergelenkkapsel (27), drehbar um die Achse A-A/Pfeil a, eIne Schultergelenkkapsel (28), drehbar um die Achse 6-6/Pfeil b, eIne Oberarm gelenkkapsel (29), drehbar um die Achse C-C/Pfeil c, eine Ellenbogengelenkkapsel (30), drehbar um die Achse D-D/Pfeil d, eine Unterarmgelenkkapsel (31), drahbar um die Achse E-E/Pfeil ei eine Handzange (32).3 schematically, according to the invention, an anthropomorphic manipulator arm, where the motors, gears and power cables are protected inside the joint capsules and limbs attached. Shown are: a shoulder joint capsule (27), rotatable around the axis A-A / arrow a, a shoulder joint capsule (28), rotatable around the Axis 6-6 / arrow b, an upper arm joint capsule (29), rotatable around axis C-C / arrow c, an elbow joint capsule (30), rotatable about the axis D-D / arrow d, a forearm joint capsule (31), can be wired around the axis E-E / arrow ei a hand tool (32).

Obwohl in der obigen Beschreibung die in einer abgeschlossenen Kapsel eingebetteten Motor und Übersetzungsgetriebe insbesondere als Gelenke von Manipulatoren vorgesehen sind, können dieselben auch als Triebwerke für vielerlei andere Zwecke verwendet werden.Although in the description above it is in a sealed capsule embedded motor and transmission gear, in particular as joints of manipulators are provided, they can also be used as thrusters for a variety of other purposes be used.

Claims

1. Anthropomorphic manipulator, which consists of the trunk, arms with hands and legs with feet or just two arms with hands and a pair of shoulders or just one shoulder, one arm with one hand, with joints that allow the individual limbs to be angularly adjusted to one another and / or allow their rotation against each other, and with rotors that cause the desired movements of the limbs, characterized in that each of the said joints consists of two mutually rotatable, together a hollow, preferably cylindrical, preferably provided with flat bottoms, here called joint capsule , forming parts, to which the two limbs belonging to the joint are attached, and that both the motor and a gear for reducing the rapid rotation of the motor shaft are housed in the interior of the joint capsule, (for this) a device for measuring the angle, dan the two limbs form with each other, is provided, and that the motor shaft, the input and output shafts of the gearbox and the shaft of the device for angle measurement and the cylinder axis of the joint capsule are arranged coaxially, and that means are provided which 'seal off the interior of the joint capsule from the exterior in a gas- and liquid-tight manner.

2. Anthropomorphic manipulator according to claim S, d a d u r c h g e k e n n n z a i c h n e t that an electric disc motor is provided as the motor is that the output shaft of the transmission is also designed as a hollow tube is, which on the one hand in an output flange or the like. That against the ground the joint capsule is sealed, opens, and that said hollow tube is on the other hand to the motor side through the gearbox and the pancake motor, its Shaft, has a corresponding bore, and through the bottom of the motor side Joint capsule is passed through, and that as a device for angle measurement electrical potentiometer is provided, which is at a spacing distance from engine-side capsule base by means of a bracket or the like. Fixed with a hollow tube is connected, while the potentiometer spindle by means of a Bracket or the like.

is firmly connected to the capsule base, which means that when the Manipulator the change in the angle that the two on the output flange and on The limbs attached to the capsule are formed by measuring the change of the electrical resistance of the potentiometer is bastimmbar, and that provided is, the hollow shaft as a channel for electrical, hydraulic, pneumatic To use lines or the like and / or a pressure equalization between the Establish interiors of the individual limbs.

3. Anthropomorphic manipulator according to claim 1 or 2, d a d u r c It is not noted that for work in bodies of water, for example in the deep sea, intended to relieve the material, in particular the seals is the interiors communicating with one another through the hollow output shafts the Glisdmassan connected in series, e.g. shoulder - upper arm - forearm, to be filled with a gas or a liquid, the pressure of which is controlled by an automatic system can be regulated so that it corresponds to the pressure of the surrounding liquid odar has an adjustable pressure difference to this.

4, anthropomorphic manipulator according to one of claims 1 to 3, d a d u r c h g e k e n n n z e i c h n e t that as a means that the interior of the The joint capsule seals off the outer space in a gas- and liquid-tight manner, a gas- and liquid-tight, elastic and / or foldable membrane or the like. Provided is that the space between the two, rotatable by a finite angle against each other, the joint capsule-forming parts bridged and gas and on said parts is attached liquid-tight.

Printed publications: Offenlegungsschrift 1531 181, disclosure document 2112 066.

L e r s e i t e