DE1456443A1 - Manipulator - Google Patents

Description

Patentanwälte ' DIPL-tNG. R. BEETZ DlPL-[NG. LAMPRECHT · München 22, Sfeiiudorfsfr. 10

41O-11897P-LS (7) 12.11.1966

Commissariat ä 1'Energie Atomique, Paris 15e (Prankreich)

Manipulator

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator mit je einem in sich gelenkigen Steuerarm und Arbeitsarm, einem im wesentlichen horizontalen Wanddurchführungselement, an dessen einem Ende in einem Schultergelenk der Steuer-Oberarm angelenkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbogengelenk mit einem Steuer-Unterarm verbunden ist, und an dessen anderem Ende in einem Schultergelenk der Arbeits-Oberarm angelenkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbogengelenk mit einem Arbeits-Unterarm verbunden ist, wobei die beiden Oberarme mit einander für gegensinnige Schwenkbewegungen um die Schultergelenke und die beiden Unterarme für gleichsinnige Schwenkbewegungen um ihre Ellbogengelenke gekuppelt sind, an dem Ende des Steuer-Unterarms ein Handgriff und an dem Ende des Arbeits-Unterarms ein Greifer angebracht ist, die miteinander für übertragung der Bewegung des Handgriffs auf den Greifer gekuppelt sind.

Ein solcher Manipulator ist in der älteren Patentanmeldung C 34 319 XI/35b vom 9.11.1964 beschrieben. Bei diesem Manipulator besteht ferner die Möglichkeit, die gegenseitige Winkelstellung der beiden miteinander gekuppelten Arme um einen willkürlich ein stellbaren und dann konstant bleibenden Winkel zu ändern. Die

meisten Bewegungen einander entsprechender Armglieder werden durch biegsame Zugorgane, wie Bänder, Seile, Ketten, Riemen od. dgl. übertragen.

Wenn auch der Gelenkarm-Manipulator nach der oben erwähnten älteren Anmeldung ein Gewichtsausgleichssystem aufweist, kann _ui dieses System, dessen Aufgabe darin besteht, den Arbeitsarm im Gleichgewicht zu halten, nur unter einschränkenden Bedingungen das einwandfreie Gleichgewicht aufrechterhalten. Das Ausgleichssystem wMct für den Steuerarm in allen Stellungen dieses Armes; wenn jedoch der Manipulator in der Praxis benutzt wird, treten komplexe Bewegungen auf, die nicht ohne Verwendung von Differentialmechanismen voneinander getrennt werden können. Wenn weitere zusätzliche Bewegungen eingeführt werden, etwa dadurch, daß der Arbeitsarm relativ zu dem Steuerarm winkelverstellt wird, vergrößert sich der Gleichgewichtsfehler in der Gewichtskompensation des Arbeitsarmes.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile hinsichtlich des Gewichtsausgleichs bei dem Arbeitsarm au beseitigen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Gewichtsausgleichssystem mit zwei Differentialmechanismen gelöst, die zusammen gegensinnige und zusätzliche Bewegungen addieren, um den Arbeitsarm zu jeder Zeit während der normalen Benutzung des Manipulators - unabhängig von seiner jeweiligen Stellung gegenüber dem Steuerarm - in praktisch vollkommenem Gleichgewicht zu halten;

905804/0606 ' " V'

»V »

Um ein Belasten der vorliegenden Anmeldung mit unnötigen Wiederholungen der Beschreibung bekannter Konstruktionseinzelheiten zu vermeiden und dennoch diejenigen Konstruktionseigenarten zu erwähnen, die notwendig sind, um die Grundlage der vorliegenden Erfindung zu verstehen, wird hiermit auf die oben erwähnte ältere Anmeldung C 34 319 XI/35b vom 9·H·1964 bezug genommen. Soweit als

möglich ist zur Erleichterung der Zuordnung des Ausgleichssystems gemäß der vorliegenden Erfindung zu der Manipulatorkonstruktion " nach der oben erwähnten älteren Anmeldung das gleiche Numerierungssystem in den Bezugszeichen verwendet worden.

Die vorliegende Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung veranschaulicht ist, wobei gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Figuren jeweils gleiche oder einander entsprechende Teile bezeichnen; in der Zeichnung zeigen:

Pig. I eine Seitenansicht eines teilweise aufgebrochen dargestellten ßelenkarm-Manipulators, der in eine Trennwand eingebaut ist;

Fig. 2 eine schematische Systemdarstellung, aus der die übertragung der Bewegung des Steuer-Oberarms auf den Arbeits-Oberarm und die Möglichkeit einer gegenseitigen Winkelverstellung der Arme ersichtlich ist;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Anordnung des Steuer-Oberarms und des Schultergelenks eines erfindungsgemäßen Manipulators, teils aufgebrochen und teils im Schnitt dargestellt;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Steuer-Oberarms gemäß Fig.3» wobei einige äußere Teile abgebaut sind, um die dahinterliegenden Elemente zu zeigen;

9O9804/060S

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung von Teilen des Differential-Gegengewichtsantriebs für den Arbeitsarm in auseinandergezogener Stellung der Teile;

Fig. 6 eine schematische übersichtsdarstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausgleichssystems gemäß der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine Schutzwand 71 eines Behälters oder einer, "heißen Zelle", in die ein waagerechtes Wanddurchführungselement Jk eingesetzt ist, das die Wand durchquert und innerhalb eines ringförmigen Baugliedes oder "Rollenrohrs" 75 gelagert ist, oder mit anderen Mitteln für eine Drehung um seine horizontale Achse versehen ist. Ein Steuer-Oberarm 77 ist an ein Ende des DurchfÜhrungselements oder -rohres 74 über einen Schulterdrehzapfen 90 angelenkt und an das andere Ende des DurchfÜhrungselements oder -rohres 74 1st ein Arbelts-iOberarm 78 über einen weiteren Drehzapfen 88 angelenkt. Der Steuer-Oberarm und der Arbeits-Oberarm 78 sind hinsichtlich ihrer Schwenkbewegungen in der Weise miteinander gekuppelt, daß sie einander proportionale Winkelbewegungen, aber In einander entgegengesetzten Richtungen durchführen· Diese Winkelbewegungen können jeweils gleiche Absolutwerte haben; in diesem Falle sind die Winkelbewegungen des Steuer-Oberarms 77 und des Arbeits-Oberarmes 78 symmetrisch zueinander; die Schwenkwinkel können aber auch proportional, also ungleich sein, entweder um unterschiedliche Oberarmlängen auszugleichen oder um den Arbeitsbereich des Arbeite-, armes gegenüber dem Betätigungsbereich des Steuerarmee zu verändern« Ein Steuer-Unterarm 80 ist schwenkbar in dem Ellbogengelenk 79 des' Steuer-Oberarms 77 angelenkt; In entsprechender Weise ist bei dem "*

9,09804/0606 .

Arbeitsann mit dem Ellbogengelenk 81 des Oberarmes 78 ein Arbeitsünterarm 82 gekuppelt. Diese beiden Steuer- und Arbeits-Unterarme sind hinsichtlich ihrer Schwenkbewegungen um die entsprechenden Ellbogengelenke in einer solchen Weise gekuppelt, daß sie einander proportionale Winkelbewegungen in dem gleichen Dreh- oder Schwenksinn ausführen. Diese Winkelbewegungen können gleich sein, sie können aber auch proportional ungleich sein, um entweder unterschiedliche Armlängen auszugleichen oder den Arbeitsbereich des Arbeits-Unterrarmes gegenüber dem Betätigungsbereich des Steuerarmes zu verändern oder zu verlagern.

Der Steuer-Unterarm 80 und der Arbeits-Unterarm 82 können auch je eine Drehbewegung um ihre Längsachsen ausführen, die "Azimut-Bewegung¹¹ genannt wird. Sie sind mit Handgelenken versehen, die mit 83 bzw. 84 bezeichnet sind. An das Handgelenk 83 des Steuerarmes ist ein Steuerhandgriff 85 und an das Handgelenk des Arbeitsarmes ist ein Greifer oder eine Zangenvorrichtung 86 angebaut« Die drei Drehbewegungen des Handgriffes werden auf den Greifer oder die Zangeneinheit durch längsbewegbare Seile, Riemen, Ketten oder andere geeignete biegsame Zugorgane in an sich bekannter Weif· übertragen.

Ei» Winkelstuok oder Winkelhebel 135 ist auf dem Zapfen 90 gelagert, 4#r den Drehzapfen dee Sohultergelenks im Steuerarm bildet. Bi»· M.B*Uhtli#b ihrer Läng· veränderliche Kuppelstange 89, die vorswgiweiee ale el«kt*4sch verstellbare Winde ausgebildet wird» ist mit eine» Bnde auf eine» Za*fen)37 an einem End« des 135 schwenkbar angelenkt und »it dem anderen Ende an

einem Zapfen 139, der im mittleren Bereich"des Steuer-Oberarms 77 an diesem festgelegt ist. Mit dem Winkelhebel 135 ist eine Triebtrommel oder -scheibe 91 fest verbunden, die sich um den Zapfen 90 des Schultergelenks drehen kann. Der Steuer-Oberarm 77 ist mit einem gabelartig ausgebildeten Endteil 138 auf dem Schultergelenkdrehzapfen 90 gelagert.

Die längenveränderliche Kuppelstange 89 arbeitet als ein Verbindungsorgan, durch das eine Schwenkbewegung des Steuer-Oberarms 77 um den Zapfen 90 des Schultergelenks über den Winkelhebel 435 die Triebscheibe 91 um den Zapfen 90 dreht und so eine entsprechende Winkelbewegung auf den Arbeits-Oberarm 78 überträgt. Diese Übertragung erfolgt - wie man am besten aus Fig. 2 in Verbindung mit Pig. 1 erkennt - über ein Seil oder eine Kette 92, die an der Triebscheibe 91 festgelegt ist und sich durch das horizontale Rohr 74 des Wanddurchführungselementes bis zur Schulter des Arbeitsarmes erstreckt, wo es über eine kleinere Triebscheibe 93 läuft, die auf dem Zapfen des Arbeitsarm-Schultergelenks 88 gelagert 1st; die Scheibe 93 1st starr mit einem Zahnrad 94 verbunden, das mit einem Zahnkranzsektor 95 kämmt, der wiederum starr mit dem Arbeits-Oberarm 78 verbunden ist.

Der Zahnkranzsektor 95 dreht sich um eine Gelenkachse 98 an dem Schulterende des Arbeits-Oberarms 78· Schultergelenkzapfen 88 und Gelenkachse 98 liegen parallel zueinander und sind miteinander über zumindest eine Verbindungslasche 99 gekuppelt, die stets in einer Lage bleibt, in der sie den Winkel zwischen der Achse des DurchfünrungB-Rohreleraents 74 und der Achse des Arbeits-Oberar*s 78-

9098CK/06G8

. ₇. U56443

halbiert. Die notwendige Kupplung zwischen dem Durchführungsrohrelement ¹Jk und dem Arbeits-Oberarm 78 ist durch zwei gleiche Zahnsektoren 100 und 101 gewährleistet, von denen der eine (100) fest mit dem Durchführungsrohrelement 7*1 und der andere (101) fest mit dem Arm 78 verbunden ist. Unter diesen Bedingungen, und für den besonderen Fall gegensinniger Schwenkbewegungen von Steuer- und Arbeits-Oberarm 77 bzw. 78, mag die Triebscheibe 91 einen Durchmesser haben, der doppelt so groß ist wie der der Scheibe 93» das Zahnrad 94 kann einen Durchmesser haben, der fünfmal kleiner ist als der Durchmesser des Zahnsektors 95, so daß das Verhältnis der Differential-Übertragung nach Eingreifen der einander gleichen Sektoren 100 und 101 einen Wert von 1 : 2 hat, wobei eine übertragung eine gleiche und entgegengesetzte Winkelschwenkung zwischen der Triebscheibe 91 und dem Arbeite-Oberarm 78 ergibt.

Das Differentialsystem zum Steuern des Gewichtsau3*gleichs des Arbeitsarmes 1st am klarsten aus den Fig. 3 bis 6 ersichtlich. Ein um den Schultergelenkzapfen 90 drehbarer Zahnradsektor 155 1st durch einen Bolzen I56 an einem Gabelarm des gegabelten Endes des Steuer-Oberarms 77 festgelegt. Der Zahnradsektor 155 kann also um den Schultergelenkzäpfen 90 zusammen mit dem Steuer-Oberarm frei geschwenkt werden. Der Zahnradsektor 155 reagiert auf eine Winkelverstellung des Arbeltsarmes relativ zu dem Steuerarm als Folge einer Streckung oder Zusammenziehung der Kuppelstange 89. Am Zapfen 90 wird der Winkel zwischen Steuer-Unterarm 80 und Steuer-Oberarm 77 In dem Ellbogengelenk 79 des Steuerarmes mittels eines Gelenkparallelogramms angezeigt, das

909804/0608

eine Verblndungsstange 157 enthält, die mit einem Ende bei 158 an den Steuer-Unterarm 80 und mit dem anderen Ende im Punkt 159 an einen Arm oder Hebel 160 schwenkbar angelenkt ist, der seinerseits fest auf dem Schultergelenkzapfen 90 verkeilt ist· Die Verbindungsstange 157 ist im allgemeinen parallel zur Längsachse des Steueroberarmes 77 und hat einen Abstand von dieser Achse·

Ein Sonnenradsektor l6l eines ersten Differentialgetriebesystems ist an dem Zapfen 90 für gemeinsame Drehung mit diesem Zapfen festgelegt. Den Winkel des Steuerellbogengelenks, der über das Parallelogramm an dem Zapfen 90 angezeigt wird, überträgt der Antriebsradsektor 161 über eine Gruppe von ersten Differential-•Planetenrädern 162, 1β3 und 164 auf einen kastenförmigen Planeträderträger 165» der seinerseits an einer flachen Winkelhalterung HlOA des Gabelgliedes 140 sitzt, das den Endteil des Durehführungs« rohrelements 74 an der Steuerarmseite bildet. Das Planetenrad steht im Eingriff mit dem Sonnenradsektor 161 und dreht sich um die Achse 166, das' Planetenrad 162 steht ferner im Eingriff mit dem Rad 163· Die Planetenräder 163 und 164 sind fest miteinander verbunden und drehen sich zusammen auf der Achse 167* die parallel zu der Achse 166 ist. Eine Platine 168 dient zur Lagerung der Enden der Achsen 166, 167 und zum Festhalten der Räder. Das Planetenrad 164 seinerseits steht im Eingriff mit einem Sonnenrad 169, das auf dem Zapfen 90 des Steuerarm-Schultergelenks gelagert, aber unabhängig von der Drehbewegung dieses Zapfens sich auf ihm drehen kann.

903804/0606

Ein Gegengewicht 96 für den Gewichtsausgleich des Arbeite- -arms sitzt auf einem Stift I70, der in einem radialen kastenförmigen Arm 171 angebracht ist, der seinerseits um die Achse 172 drehbar ist, die von dem Winkelhebel 135 getragen wird. Der Arm 171 trägt Planetenräder 173, 174 und 175 eines zweiten Differentialgetriebesystems. Die Planetenräder 173 und 174 werden von der Welle I76 getragen und das Planetenrad 175 von der Welle 177· Die freien Enden dieser Wellen werden In einer fest mit dem Arm 171 verbundenen Deckplatte 178 gehalten. Der Arm I7I schwenkt in Abhängigkeit von einer Drehung der Sonnenräder 179 und I80, die auf der Welle 172 frei drehbar um die gleiche Achse wie der Gegengewichtsarm 171 gelagert sind. Die Sonnenräder werden von dem Ausgang des ersten Differentialgetriebesystems angetrieben und dem Zahnkranzsektor 155» der zusammen mit dem Steueroberarm um den Schultergelenkzapfen 90 gedreht wird.

Der Antrieb von dem ersten Differentialgetriebezug entsprechend der Bewegung des Steuer-Unterarms 80 um den Ellbogengelenkzapfen 79» die Drehung des Zapfeni 90 und des Zahnradsektore I6I erfolgt durch die Räder 162, I63, 164 und I69 auf das frei drehbare Zahnrad ΙΟΙ. Das Zahnrad 181 1st auf der Achse 182 drehbar gelagert, die ihrerseits von einer vorspringenden Abständebuchse 183 des Arn» 135 getragen wird. Das Zahnrad I8l steht im > Eingriff mit dem Sonnenrad I80, das seinerseits mit dem Planeten·' rad 175 kämmt. Das Planetenrad 175 kämmt mit dem Planetenrad 174, das mit dem Planetenrad 173 starr verbunden^ist und sich mit ihm

9098CU/0606

- ίο -

dreht j dieses Planetenrad 173 steht nun seinerseits im Eingriff .^ mit dem Sonnenrad 179, Das Sonnenrad 179 des zweiten Differentialgetriebezuges wird durch den Zahnkranzsektor 155 über ein auf der Achse 165 drehbar gelagertes Zwischenrad 184 und ein mit diesem im Eingriff stehendes frei drehbares Zwischenrad I86 auf der Achse I87 angetrieben.

Aus der Darstellung in Fig. 5 ist ersichtlich, daß der das Gegengewicht 96 tragende Arm I71 mit dem Winkelhebel 135 in Abhängigkeit von einer Schwenkbewegung des Arbeitsarmes 78 drehbar ist, die durch eine Bewegung des Steuer-Oberarms 77 um den Schulterdrehzapfen 90 ausgelöst und über die Betätigungskuppelstange 89 übertragen wird; außerdem 1st der Arm 171 in Abhängigkeit von der Einstellung des Arbeits-Oberarmes relativ zu dem Steuer-Oberarm infolge einer Veränderung der Länge der Kuppelstange 89 schwenkbar oder drehbar. Gleichzeitig ist der Gegengewichtsarm relativ zu dem Winkelhebel in Abhängigkeit von einer Bewegung des Arbeits-Unterarmes um das Ellbogengelenk des Arbeitsarmes drehbar, die durch eine Bewegung des Steuer-Unterarmes um das Steuerarm-Ellbogengelenk bedingt und auf den Gegengewichtsarm über die Verbindungsstange 157» den Gelenkzapfen 90 und das Differential-Getrieberad I61 übertragen wird; schließlich in * Abhängigkeit von einer Bewegung des Arbeits-Oberarms, die durch eine Bewegung des Steuer-Oberarms bedingt und auf den Gegengewichtsarm über den Differentialgetriebeteil 155 Übertragen wird. Auf diese Welse wird das Gegengewicht derart bewegt, daß es Änderungen in der Lage der Glieder des gesamten Arbeltsarmes ausgleicht

909804/0606

und den gesamten Arbeitsarm stets Im ausgewogenen Gleiehgewient hält.

Der Steuerarm wird im wesentlichen in der Weise ausgeglichen, wie dies in der oben bereits genannten älteren Patentanmeldung C 34 319 vom 9.11.1964 beschrieben ißt. Wie aus der Betrachtung der Pig. 6 unter Berücksichtigung der Fig. 3 und H ersichtlich 1st, sitzt das Steuerarm-ßegengewicht 144 auf einem Stab 188,
der innerhalb seiner beiden Enden mit dem freien Ende eine Verlängerung 143 des gabelartigen Endteils 138 des Steuer-Oberarms 77 gelenkig verbunden ist. Das untere Ende des Stabes 188 ist
an dem Funkt 191 schwenkbar an eine Verbindungsstange 190 angelenkt, deren anderes Ende schwenkbar am Funkt 159 mit dem Arm I60 verbunden ist. Die Verbindungsstange I90 stellt eine Verlängerung der Verbindungsstange 157 dar. Der Gegengewichtsstab I88 bildet eine Erweiterung des Parallelogramms, das den Steuerarnp-Schulterdrehzapfen 90 und Ellbogendrehzapfen 79 einschließt; dieser Stab wird über dieses Parallelogramm derart bewegt, daß das an ihm befestigte Gegengewicht 144 sowohl den Steuer-Oberarm 77 als auch den Unterarm 80 ausgleicht.

Ein Gewichtsausgleich um die horizontale Achse des Durehführungerohrelementes 74 wird dadurch erreicht, daß man eines
der Gegengewichte 96 oder 144 auf dem Arm 17I bzw. dem Stab I88 In Richtung der Achse des das Gegengewicht tragenden Stiftes bzw« der entsprechenden Stange verschiebt.

Um nochmals kurz den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise des Gegengewichtssystems für den Arbeitsarm zu schildern,

'sei gesagt, daß das Gegengewicht 9β für den Arbeitearm an einer radialen Halterung bzw. einem Arm I71 sitst, der um eine Achse schwenken kann, die ihrerseits in dem Winkelhebel 135 festgelegt 1st, Der Winkelhebel 135 ist um den Zapfen 90 des Steuerarm-Sohultergelenks drehbar und wird durch eine Kuppelstange 89 mit in sich veränderbarer Länge geschwenkt, zwecks Verstellung, deren anderes Ende an dem Steuer-Oberarm 77 schwenkbar festgelegt ist.

Weiterhin ist der Winkelhebel 135 'starr mit einer großen Seilscheibe 91 verbunden, die frei um den SchultergelenkEapfen 90 des Steuerarmes drehen kann und zum Antrieb des Arbeits-Oberarmes 78 zwecks Drehung um den Schultergelenkzapfen 88 des Arbeitsarmee mit einer kleineren Seilscheibe 93 in Schultergelenk des Arbeitearmee über Antriebsseile 92 gekuppelt ist« Die kleinere Seilscheibe 93 ihrerseits treibt ein fest mit ihr verbundenes Ritzel oder Zahnrad 9k an, das mit einem Zahnkranzsektor 95 kämmt, der an dem Arbeitu-Oberarm 78 befestigt ist. Die Durchmesser der Seilscheiben und der Zahnradteilkreise sind derart gewählt, daß der Arbeits-Oberarm 78 um seinen SohultergelenkEapfen 88 um den absolut gleichen Winkel geschwenkt wird, um den die Seilscheibe und der Winkelhebelteil 135 schwenkt, aber im entgegengesetsten Schwenksinn· Weiterhin sind die Elemente des soeben beschriebenen Antriebe für die Winkelbewegungen im Schultergelenk derart miteinander gekuppelt, daß bei einer Lage des Arbeiti-Oberam· 78 in einer gestreckten horizontalen Stellung, d.h. gleichachsig mit dem DurchfÜhrungBrohrelement 74, die gedachte Linie in 6ea Winkel— hebelteil 35, welche die Achse 172 (um welche der Gegengewichtsarm-171 dreht) und die zu dieser parallele Achse des Sohultergelenk-

909804/0606 /

zapfens 90 verbindet, ebenfalls in einer horizontalen Richtung parallel zu der Achse des Durchführungsrohrelementes liegt. Wenn nun die Masse des Gegengewichts 96 richtig bemessen ist, dient die soeben beschriebene gleichwinkelige, aber richtungsmäßig entgegengesetzte Schwenkbewegung dazu, das Arbeitsarmsystem so lange ,auszugleichen, wie der Ellbogenwinkel zwischen dem Arbeits-Unterarm 82 und dem Arbeits-Oberarm 78 der gleiche bleibt.

Wenn der Ellbogenwinkel zwischen dem Arbeits-Unterarm 82 und dem Arbeits-Oberarm 78 jedoch geändert wird, verlagert sieh auch der Gewichtsschwerpunkt des Arbeitsarmsystems (das sich aus dem Arbeits-Oberarm 78, dem Unterarm 82, dem Handgelenk 84 und der Greiferzange 68 zusammensetzt), und der soeben erwähnte Ausgleich stimmt nicht mehr. Der Ausgleich kann jedoch wieder hergestellt werden, wenn die Verstellung des Arbeits-Unterarms 82 relativ zu dem Oberarm 73 durch eine entsprechende gleiche und entgegengesetzte Schwenkbewegung des Gegengewichts 96 um die Achse 172 ausgeglichen wird, vorausgesetzt, daß das Gegengewicht In einem geeigneten Abstand von der Achse 172 angebracht 1st. Es 1st nun die Aufgabe bzw· die Wirkung des Differentialgetriebes, die notwendige ausatZlIehe Schwenkbewegung um die Achse 172 durchzuführen, um das Arbeitsarmeystem in sämtlichen Stellungen der Arbeitsarmgelenke und .in beliebigem Drehwinkel bei Drehbewegungen um die Achse dee DurchfühyHngÄr^hres auszugleichen. Da keine Komponente de» Syefcrä|a an* dent S^euerende unmittelbar die ge» wünschte Infowtatiottl(s#b#n usw. den Bllbogenwinkel awisehen

Ober- und Unterarm des Arbeitsarmes anzeigen kann, muß das Antriebssystem derart gestaltet sein, daß es die erforderliche Winkeländerung durch geeignetes Kombinieren der erfaßbaren komplexen Bewegungen am Steuerarmende "ermittelt" und dann diese Winkeländerung auf den Träger des Gegengewichts überträgt, der seinerseits mit dem Winkelhebel 135 um die Achse 90 des Steuer-Schultergelenks drehbar ist.

Die Bedingung, die zum Aufrechterhalten des Gewichtsausgleiche des Arbeitsarmes in seiner Gänze eingehalten werden muß, lautet: Der Winkel des Gegengewichtsarmes 171 gegenüber einer Linie zwischen den Achsen 172 und 90 in dem Winkelhebel 135 ist gleich dem Winkel des Arbeits-Unterarms im Arbeitsarm-Ellbogen relativ zu dem Arbeits-Oberarm. Der Winkel des Gegengewichtsarmes 171 gegenüber der erwähnten Linie zwischen den Achsen 172 und 90 in dem Winkelhebel 135 muß aus den am Steuerarm erfaßbaren Winkeln abgeleitet werden, entsprechend aus diesen Winkeln "hirestellt" und über das Getriebe auf den Gegengewichtsarm an dem Winkelhebel 135 über-, tragen werctei. Der Winkelhebel 135 schwenkt um die Achse 90 des Steuerarm-Schultergelenks, und die Linie zwischen den Achsen 90 und 172 bildet den Winkel des Winkelhebels mit der horizontalen Achse des Wanddurchführungselementes.

Dia Winkelinforraation wird von dem Manipulator auf den Winkelhebel 135 über drei Kuppelelemente wie folgt übertragen:

1. Einen Planetenradträger 165, der auf einem flachen Halte-, winkelteil 140A sitzt, eier seinerseits fest mit dem Gabelteil 1*10' an dem Steuerarmende des horizontalen Wanddur chführungs rohre lament's

909804/0806 "

74 befestigt ist, dreht sich um die Achse 90 im Schultergelenk relativ zu dem Winkelhebel 135 um einen Winkel, .4er gleich dem Winkel zwischen dem Winkelhebel und der Horizontalen ist; die Drehung erfolgt aber in entgegengesetztem Sinn.

2. Das Sonnenrad 161, das über das Kuppelstück 160 von dem Steuer-Unterarm 80 gedreht wird, dreht sich um die Achse 90 im Schultergelenk relativ zu dem Winkelhebel 13? um einen Winkel, der die Differenz zwischen der Summe der Winkel im Steuerarmellbogen plus dem Hubwinkel des Steuer-Oberarms über die Horizontale, und dem Winkel zwischen dem Gegengewicht-Winkelhebelteil und der Horizontalen darstellt.

3. Der Zahnradsektor 155* der über einen Bolzen an dem

Steuer-Oberarm 77 festgelegt ist, dreht sich um die Achse 90 im Steuerarm-Schultergelenk relativ zu dem Winkelhebel 135 um einen Winkel, der gleich der Winkelverstellung des Arbeits-Oberarms relativ zu dem Steuer-Oberarm 1st, aber In entgegengesetztem Drehsinn.

Die Eingabe In das erste Differentialgetriebe, das die Sonnenräder 161 sowie 169 und die Planetenräder 162, 163 und 164 umfaßt, die drehbar auf Achsen in dem Planetenradträger I65 gelagert sind, erfolgt an dem Sonnenrad I6I und dem Planetenradträger· Die resultierende Drehung des Ausgangsrades I69 wird auf das Sonnenrad des zweiten Differentialgetriebes über ein freidrehendes Zwischen- oder Kuppelrad I81 als eine Drehung um die Achse 172 übertragen·

9O980W0606

Das andere Sonnenrad 179 des ewelten Differentialgetriebes wird durch den Zahnradsektor 155 über die beiden Zwisehenrader 184 und 165 als eine Drehung um die Aohse 172 angetrieben. Der Ausgang des zweiten Differentiale ist der Planetenradträger, der die Planetenräder 173» 17¹* und 175 trägt und einen festen Teil des

Gegengewichtsarms 171 bildet, um den Winkel dieses GegengewichtB-arras relativ eu der Verbindungslinie zwischen den Achsen 172 und gleich im Winkel des Arbeits-Unterarms*im Ellbogengelenk relativ eu dem Arbeits-Oberarm eu halten und den Gewichtsausgleich des gesamten Arbeitsamts eu gewährleisten.

Wenn die Übersetzungsverhältnisse der Winkelbewegungen in den Schulter- und/oder Ellbogengelenken beim Steuer- und Arbeitsarm nicht gleioh 1 t 1 sind, wird der Winkelhebel 135 nicht mehr unmittelbar mit der Treibscheibe 91 verbunden; er kann dann Ober geeignete Zahnräder mit dieser Scheibe gekuppelt werden» um den Winkel ewischen diesem Winkelhebel und der Horizontalen stets gleioh dem Winkel ewlsohen dem Arbeits-Oberarm und der Horizontalen BU halten. Weitere geeignet gewählte Getriebe- oder Zahnradübertragungen können dann ewlsohen den Eingängeelementen l6i, 165, 155 und -den Ausgangs-Sonnenrädern 160 und 179 vorgesehen werden» um die erforderliche aielohheit zwischen dem Winkel del Oegengewlohtsp arms relativ eu der Verbindungslinie der Achsen tfg und 90 in des Winkelhebel 135 und dem Winkel des Arbelts-Unterarms in dta BU- ^v ' bogengelenk relativ eu dem Arbelts-Oberara aufrechtzuerhalten. Venn

909804/0606

ein seitHohes Drehen oder ein seitHohes Schwenken des gesamten Steuerarms und des Drehzapfens in der Steuerarm-Schulter vorgenommen wird, dann hält das soeben beschriebene System den gesamten Arbeltsarm stets im Gleichgewicht. Wenn an irgendeiner anderen Stelle eine seitliche Drehung eingeführt wird, ist es notwendig, zusätzliche Ausgleichsmittel vorzusehen.

Es 1st für den Fachmann klar ersichtlich, daß viele Abwandlungen und Änderungen In Einzelheiten der soeben beschriebenen Erfindung vorgenommen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen· Die bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele geschilderten Ausführungsformen sind lediglich als Beispiele su werten und die Erfindung ist keinesfalls auf die beschriebenen einseinen Elemente beschränkt.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Manipulator mit je einem in sich gelenkigen Steuer- und Arbeitsarm, einem im wesentlichen horizontalen Wanddurchführungselement, an dessen einem Ende in einem ersten Schultergelenk der Steuer-Oberarm angelenkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbogengelenk mit einem Steuer-Unterarm verbunden ist, und an deesen anderem Ende in einem zweiten Schultergelenk der Arbeits-Oberarm angelenkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbogengelenk mit einem Arbeits-Unterarm verbunden ist, wobei die beiden Oberarme miteinander für gegensinnige Schwenkbewegungen um die Schultergelenke, die beiden Unterarme für gleichsinnige Schwenkbewegungen um die Ellbogengelenke gekuppelt sind, und an dem Ende des Steuer-Unterarms ein Handgriff, an dem Ende des Arbeits-Unterarms ein Greifer angebracht ist, die miteinander für übertragung der Bewegungen des Handgriffs auf den Greifer gekuppelt sind, gekennzeichnet durch Differentialgetriebe (161 bis 165, 169, 173 bis 175, 179, 180) zum Antrieb einer Ausgleichgewichtsanordnung (96, 170, 171) für den Gewichtsausgleich des Arbeits-Oberarmes (78) und -Unterarmes (82) sowohl bei deren symmetrischer als auch unsymmetrischer Lage relativ zu dem Steuer-Oberarm (77) und Unterarm (80).

   2· Manipulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Ausglelohsgewiohtsanordnung mit folgenden Merkmalen:

   909804/0606

   a) ein Verbund-Gtegengewichtearm besteht aus zumindest zwei Koppel- bzw. Kuppelgliedern« die eine außermittig angeordnete Gegengewichtsmasse tragen,

   b) ein erstes Qlled dieses Armes ist um den Drehzapfen im Steuerarm-Schultergelenk um einen Winkel drehbar, der gleich der Schwenkbewegung des Arbeits-Oberarms um die Achse des Schultergelenks im Arbeitsarm 1st«

   c) ein anderes Koppelglied des Armes, das das Gegengewicht trägt, 1st um das erste Koppelglied um einen Winkel drehbar, der gleich dem Winkel zwischen dem Arbeits-Unterarm und dem Arbeits-Oberarm ist, wobei die Differentialgetriebe den Gegengewichtsarm in Abhängigkeit von Bewegungen des Steueroberarms, des Steuer-Unterarms und zusätzlichen Verstellbewegungen des Arbeits-Oberarms relativ tu dem Steuer-Oberarm antreibt, um die* Winkelbewegungen der Glieder des Gegengewichtearms zu erzeugen.

   3* Manipulator nach Anspruch 2, ferner gekennzeichnet durch:

   a) ein erstes Differentialgetriebe, das auf die gleichsinnigen Winkelbewegungen dee Steuer- und des Arbeits-Unterarms um ihre entsprechenden Ellbogengelenke, auf gegensinnige Winkelbewegungen des Steuer- und Arbelt«Oberarms um ihre entsprechenden Schultergelenke und auf zusätzliche Einstellbewegungen des Arbeit·- Oberarms relativ zu dem Steuer-Oberarm anspricht,

   b) ein «weites Differentialgetriebe, da« mit dem ersten gekuppelt

   906804/060$

   ist und unabhängig anspricht auf gleichsinnige Winkelbewegungen · des Steuer- und Arbeits-Unterarms um ihre entsprechenden Ellbogengelenke, auf gegensinnige Winkelbewegungen des Steuer- und ArbeitsOberarms um ihre entsprechenden Schultergelenke, und auf zusätzliche Einstellbevregungen des Arbeits-Oberarms relativ eu dem Steuer-Oberarm. "

   H» Manipulator nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

   ^a) das erste Differentialgetriebe enthält ein Paar von Sonnenrädern, die um die Achse des Schultergelenks im Steuerarm drehbar sind, und Verbindunge-Planetenräder in einem Planetenradträger,

   b) das erste Differentialgetriebe weist zwei Eingänge an einem Sonnenrad und an dem Planetenräderträger auf_# Während der Ausgang an dem anderen Sonnenrad 1st,

   o) der Planetenradträgf'r nimmt eine Winkelbewegung de· ersten Oegengewicht-Armgliedes um den Schultergelenkdreheapfen auf bew. spricht auf eine solche Bewegung an,

   d) das Eingangesonnenrad eprieht auf Bewegungen des fittuer-Oberarms und Steuer-Unterarms an,

   ·) da· zweite Differentialgetriebe enthält «in Paar von Sonnen« rädern, die um eine zweite parallele Achse drehbar sind* dl· in dem ersten Glied des OegeftftwlohtarM·· sitzt und uafftftt ferner

   Verbindunge-Planetenräder in einem um die gleiche Aohs· drehbaren *

   Planetenradtr'äger,

   9:08-804-/06 0 6

   1458443

   f) das zweite Differentialgetriebe hat Eingänge an den beiden Sonnenrädern und einen Ausgang an dem Planetenradträger,

   g) der Planetenradträger treibt das andere Glied des Gegengewichtannes an,

   h) das erite Sonnenrad des zweiten Differentialgetriebes spricht auf den Ausgang des ersten Differentialgetriebes an und

   1) das zweite Sonnenrad des zweiten Differentialgetriebes spricht auf eine Verstell-Sohwenkbewegung des Arbeits-Oberarms relativ zu dem Steuer-Oberarm an.

   5. Manipulator naoh Anspruch 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   a) da· Eingangsβonnenrad des ersten Differentialgetriebes ist auf einer Welle befestigt, die um die Achse des Schultergelenks Im Steuerarm drehbar 1st, das Ausgangesonnenrad 1st um die gleiche Wille drehbar, und die verbindenden Planetenräder werden

   von dem horizontalen Zwlsohentragorgan des Manipulators getragen und

   b) die Sonnenräder des zweiten Differentialgetriebes sind um die

   Drehachse dee zweiten Oliedes des Gegengewicht sänne drehbar, während die sie verbindenden Planetenräder von dem Glied des Gegengewichtsarms getragen werden·

   6· Manipulator naoh Anspruoh 5, gekennzeichnet duroh die Merkmaleι

   • a) das erste Glied des Qegengewiohtsarms 1st ein Winkelhebel, . . de* sowohl um die Aehse 4·· Schultergelenke am Steuerarm ecbwenkbar all fcueh an einem Kuppelglied befestigt ist, aber das ein·

   Bewegung des Steuer-Oberarms auf den Arbeits-Oberarm übertragen wird,

   b) der Winkelhebel ist über ein Verbindungsglied veränderlicher Länge mit dem Steuer-Oberarm verbunden und

   c) das andere Glied des Gegengewichtsarms ist schwenkbar an dem Winkelhebel befestigt.

   7· Manipulator nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   a) ein Antriebsrad für das zweite Differentialgetriebe ist an dem Steuer-Oberarm zur Drehung um die Achse dee Steuerarm-Schultergelenks befestigt und

   b) dieses Antriebsrad ist mit einem der Sonnenräder des zweiten Differentialgetriebes über ein Paar von Zwischen- oder Kupplungerädern gekuppelt,

   8. Manipulator nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, da& das erste und zweite Differentialgetriebe über ein.Kuppelrad miteinander gekuppelt sind, das zwischen dem Aus gangs sonnenrad des ersten Differentialgetriebes und dem zweiten Sonnenrad des zweiten Differentialgetriebes eingeschaltet ist, das nicht mit dem ersten Antriebsrad gekuppelt ist.

   9. Manipulator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

   a) ein um die Achse des Schultergelenks Im Steuerarm schwenkbarer Winkel-Schwenkhebel 1st mit einem Kupplungselement fest

   909804/ΟβΟβ

   verbunden, über das die Schwenkbewegung des Steuer-Oberarms auf den Arbeits-Oberarm Übertragen wird,

   b) eine Kuppelstange veränderlicher Länge kuppelt den Winkelhebel mit dem Steuer-Oberarm,

   c) ein radialer Gegengewichtsarm^f ist 'schwenkbar an dem Winkelhebel auf einer Achse verbunden, die parallel zur und mit Abstand von der Achse des Schultergelenks im Steuerarm liegt,

   d) eine Gegengewichtsmasse ist exzentrisch zu dem Gegengewichtsarm an diesem festgelegt,

   e) eine an der Achse des Steuerarm-Schultergelenks gelagerte Welle spricht dureh Drehung auf die Übertragung einer Schwenke bewegung des Steuerarraellbogens und Steuer-Oberarms relativ zum Arbeitsarm an, ; ·-,.-· ;. > _:, . ; ^

   f) ein erstes Differentialgetriebe mit.einem von dieser We₁IJLe; angetriebenen Sonnenrad hat ein zweites, um diese Welie drehbares Sonnenrad und verbindende Planetenräder, die an dem horizontalen., Wanddurchführungstragorgan des Manipulators gelagert sind,

   g) ein zweites Differentialgetriebe weist ein/Paar von Sonnefirädern auf, die um die Drehachse des radie&en Gegerigewichtstragarms drehbar sind, sowie verbindende Planetenräder, die von dem ' radialen Arm geträgen werden,

   h) es sind Mittel zum Kuppeln der beiden Differentiale vorgesehen,

   i) zwischen einem um die Achse des Schultergelenks im Steuerarm drehbaren Antriebszahnrad und dem zweiten Differential sind Kupplungsmittel vorgesehen·

   90980