DE1481819B2 - Ferngesteuerter Manipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ferngesteuerten Manipulator mit einem beweglichen Träger, einem Arbeitsorgan und mit beide gelenkig miteinander verbindenden Zwischengliedern, von denen jedes Zwischenglied Antriebs- und Kraft-Übertragungsorgane zur Bewegung der ihm im Zuge der Kraftübertragung von dem Träger auf das Arbeitsorgan jeweils folgenden Manipulatorglieder und eine von außen betätigbare drehmomentbegrenzende Trennkupplung mit einstellbarer Schwelle enthält.

Manipulatoren dieser Art sind in den deutschen Patentschriften 1148 721 und 1164 057 beschrieben, und auch in der deutschen Patentschrift 1138 907 und den USA.-Patentschriften 2 858 947, 2 861700 und 3 043 448 werden ähnliche Manipulatoren behandelt, deren Glieder allerdings keine Trennkupplungen oder sonstige Einrichtungen enthalten, mit deren Hilfe eine Drehmomentbegrenzung im Zuge der Kraftübertragung vorgenommen werden könnte.

Diese bekannten Manipulatoren weisen jedoch insofern einen Mangel auf, als bei ihnen Anzahl und Art der zwischen dem beweglichen Träger und dem Arbeitsorgan liegenden Zwischenglieder fest vorgegeben sind und sich nur durch eine völlige Umkonstruktion des gesamten Manipulators verändern lassen.

Eine derartige Unbeweglichkeit in der Auswahl und Ausgestaltung der Zwischenglieder ist aber beim praktischen Einsatz eines Manipulators unerwünscht, da sie eine rasche Anpassung an wechselnde Arbeitsbedingungen praktisch ausschließt und daher immer dann, wenn nacheinander beim Arbeiten mit Manipulatoren große Kräfte bei geringer Wendigkeit und große Wendigkeit bei kleinen Kräften verlangt werden, den Einsatz eines anderen Manipulators für jeden dieser Anwendungsfälle notwendig macht.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen ferngesteuerten Manipulator zu schaffen, bei dem ein rascher Wechsel der Zwischenglieder mög-Hch ist, der also einen raschen Austausch eines oder mehrerer Zwischenglieder bzw. ihre Ergänzung durch beliebig viele weitere Zwischenglieder zuläßt und damit rasch nacheinander die Erzielung von einerseits großer Wendigkeit mit Hilfe vieler und feiner Zwischenglieder und andererseits großer Kraft mit Hilfe weniger und starker Zwischenglieder, also eine rasche Anpassung an alle denkbaren Arbeitsbedingungen gestattet.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem ferngesteuerten Manipulator der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zwischenglieder standardisierte, d. h. gegenseitig austauschbare Gelenke für ihre Einfügung in den Zug der Kraftübertragung aufweisen, mit denen sie sich aneinander ansetzen bzw. gegeneinander austauschen lassen.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung und der erzielbaren technischen Vorteile wird nunmehr unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel mit einer Variante beschrieben. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators mit nur einem Zwischenglied,

F i g. 2 eine Aufsicht auf den Manipulator nach Fig.l,

F i g. 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators mit zwei Zwischengliedern,

F i g. 4 eine Aufsicht auf den Manipulator nach Fi» 3

F i g. 5 eine teilweise aufgebrochene Aufsicht auf ein Zwischenglied,

Fig. 6 einen Schnitt längs der gebrochenen Schnittlinie a-a der F i g. 5 und

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung der Teile eines zwei Zwischenglieder verbindenden Kuppelgelenks.

Die Manipulatoren nach den F i g. 1 und 2 tragen jeweils eine Handhabungszange 3 als Arbeitsorgan; mit Hilfe dieser Zange sollen im Inneren einer nicht dargestellten Zelle unterschiedliche Arbeiten oder Transporte durchgeführt werden. Die an einem Handstück 5 angeordnete Zange 3 kann pneumatisch geschlossen werden; das Öffnen der Zange 3 erfolgt durch eine Feder. Die Zange 3 läßt sich um die Achse ihres Handstückes 5 unbegrenzt in beiden Richtungen drehen; hierzu dient ein Motor 7, der in dem rückwärtigen Teil des Handstückes 5 angeordnet ist. Das Handstück 5 ist an seinem hinteren Ende an ein gemäß der Erfindung ausgebildetes Zwischenglied 9 angelenkt. Das zugehörige Kuppelgelenk, das weiter unten in seinen Einzelheiten beschrieben wird, ist durch einen dichten Balgen 11 abgedeckt. Schwenkbewegungen des Handstüekes 5 gegenüber dem Zwischenglied 9 werden mittels eines Motors 13 durchgeführt. Ein zweiter, nicht dargestellter Motor kann eine Drehung des vorderen Endteiles 15 des Zwischengliedes 9 um dessen Achse durchführen und so die Möglichkeiten für Schwenk- und Auslenkbewegungen des Handstückes 5 gegenüber dem Zwischenglied 9 im Räume vervielfachen; derartige Schwenkstellungen sind für Vertikalbewegungen in F i g. 1 und für Horizontalbewegungen in F i g. 2 mit strichpunktierten Linien veranschaulicht.

Das Zwischenglied 9 ist um eine horizontale Achse 17 einer Gabelhalterung 19 schwenkbar; ein Motor 21 dient zur Durchführung der Schwenkbewegungen um diese Achse 17. Die Gabelhalterung 19 ist am unteren Ende eines Teleskop-Rohres 23 angebaut und kann um die Achse dieses Rohres mit einer unbegrenzten Drehbewegung in beiden Richtungen gedreht werden; hierzu dient ein Antriebsmotor 25. Der obere Teil 27 des Teleskop-Rohres 23 kann entweder an der Unterseite eines in einer horizontalen Ebene an der Decke der Zelle verfahrbaren Wagens sitzen oder an einem galgenartigen Krangerüst, das sich seitlich längs einer Wand der Zelle bewegt.

In F i g. 3 und 4 ist ebenfalls ein erfindungsgemäß ausgebildeter Manipulator dargestellt, dessen grundsätzliche Konstruktion der in den F i g. 1 und 2 gezeigten entspricht, der jedoch zwischen dem Handstück 5 und der Halterung 19 zwei Zwischenglieder 9 enthält. Diese beiden Zwischenglieder machen es möglich, das Arbeitsfeld der Zange 3 wesentlich zu vergrößern, was aus den unterschiedlichen, strichpunktiert dargestellten möglichen Arbeitsstellungen der Zange 3 ersichtlich ist. Jedes der Zwischenglieder 9 enthält einen Motor 13, der die Schwenkbewegung des jeweils folgenden Zwischengliedes bzw. des Handstückes 5 durchführt..

In den F i g. 2 und 4 sieht man auch Entriegelungsknöpfe 29, die es gestatten, nach ihrem Herausziehen mit Hilfe eines in der Zelle vorgesehenen beliebigen Eingrifforgans (nicht dargestellt) durch eine anschließende Drehung den vorderen Teil der kinematischen Kette desjenigen Gliedes, an dem die

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Druckknöpfe vorgesehen sind, von dem hinteren Teil 65, dessen andere Querbohrung den Anschluß mit der kinematischen Kette zu trennen. Diese Entriege- der im Vorsprung 45« des anschließenden Zwischenlungsknöpfe gestatten es, im Falle einer Störung eines gliedes vorgesehenen Kanal 79 a herstellt. Nicht darder Motoren 13 oder 21 jedes Zwischenglied 9 oder gestellte Ringdichtungen in ausreichender Anzahl und das Handstück 5 gegenüber dem vorangehenden 5 Anordnung gewährleisten eine einwandfreie Abdich-Manipulatorglied frei beweglich zu machen, damit tung der Druckluftführung innerhalb des Gelenkbeispielsweise sämtliche Glieder des Manipulators in bolzens 65.

die Achse des Teleskop-Rohres 23 geschwenkt wer- Der Motor 13 treibt über ein konisches Ritzel 89

den können und der ganze Manipulator durch eine ein Kegelzahnrad 91 an, das fest auf einer Querwelle

ZugangsöfEnung mit relativ geringen Abmessungen io 93 sitzt. Ein zwischen dem Kegelzahnrad 91 und den

in der Decke der Zelle herausgezogen werden kann. Tellerfedern 97 in genügender Anzahl und einer

Unter Bezugnahme auf die F i g. 5 und 6 wird nun Spannmutter 99 durch Reibungsschluß festgehaltenes

ein Zwischenglied, wie das Glied 9 in F i g. 1 und 4, geradverzahntes, auf der Welle 93 drehbares Ritzel

genauer beschrieben. 95 bildet mit den genannten Reibelementen eine

Das »Gehäuse« des Zwischengliedes umfaßt zwi- 15 Uberlast-Reibungskupplung zur Begrenzung des in sehen einer hinteren Scheibe 31 und einer vorderen der kinematischen Kette zu übertragenden Dreh-Scheibe 33 zwei Verbindungsplatten 35 und 37, die moments. Die Querwelle 93 ist in Kugellagern 101 als Lagerplatten für die Elemente der kinematischen und 103 innerhalb der beiden Platten 35 und 37 Kette dienen. Auf der hinteren Scheibe 31 ist eine reibungsarm drehgelagert. Das Ritzel 95 greift in ein topfartige Aufnahme 39 befestigt, in der der Motor 20 Stirnzahnrad 105 ein, das starr mit einem gleich-13 durch Schrauben, wie 41, festgeschraubt ist. Die achsigen Ritzel 107 verbunden ist; Zahnrad und topfartige Aufnahme 39 ist an ihrem offenen Ende Ritzel sitzen auf der ihnen gemeinsamen Welle 109. durch eine dritte Scheibe 43 abgeschlossen, an der Auf dem über das Ritzel 107 herausragenden Ende ein Augenvorsprung 45 mit zueinander parallelen 111 der Welle 109 ist ein haubenartiger Schwenk-Seitenflächen sitzt, der eine Querbohrung 47 auf- 25 körper 113 geführt, der um- die Welle 109 gedreht weist. Ein sich auf die seitlichen Ränder der Scheiben werden kann und seinerseits dtehfest"mlt einem zwei-31, 33 und 43 sowie auf die Platten 35 und 37 ab- ten haubenartigen Scheibenkörper 115 verbunden ist. stützender Rohrmantel 49 bildet die äußere Hülle des Dieser haubenartige Scheibenkörper 115 ist mit einem Standard-Armgliedes. Der Rohrmantel 49, der aus Schalt- oder Betätigungsknopf 117 versehen, mittels mehreren Abschnitten zusammengesetzt sein kann, 30 dessen der Scheibenkörper 115 sich in Richtung der läßt sich überdies in Richtung der Achse des Arm- Achse der Welle 109 aus dem Armglied etwas hergliedes derart verschieben, daß ein Zugang zur kine- ausziehen läßt. Normalerweise wird der scheibenmatischen Kette oder zum Motor 13 möglich ist. artige Haubenkörper 115 durch eine Feder 119 auf

An der vorder- oder zangenseitigen Scheibe 33 ist die Platte 35 aufgedrückt, an der ein Federgehäuse

eine Gabel mit zwei Schenkein 51 und 53 angebracht. 35 121 befestigt ist. Ein an dem Scheibenbauteil 115

Zwischen die Schenkel 51 und 53 greift der Vor- sitzender Verriegelungsstift 123 greift in der norma-

sprung45a des folgenden Zwischengliedes oder des len Betriebsstellung in ein Loch 125 der Platte 35

Handstückes ein. Die zusammen eine Gabel bildenden ein.

Schenkel 51 und 53 haben konzentrische Bohrungen Diese Anordnung macht es möglich, durch ein

55 und 57, in deren Verlängerung die Bohrung 47 a 40 Herausziehen und nachfolgendes Drehen des Knopfes

des Vorsprungs 45 α gebracht wird. In die Bohrung 117 aus der kinematischen Kette das Zwischen-

47 a ist eine Buchse 59 a eingesetzt, die starr mit oder Ubertragungszahnrad 127 herauszuschwenken

einem Zahnrad 61a verbunden ist, das seinerseits an bzw. »auszurücken«, das auf einem in dem Schwenk-

dem Vorsprung 45 α durch Halteschrauben 63 α fest- körper 113 sitzenden Achsstummel 129 gelagert ist.

gelegt ist. Ein Gelenkbolzen 65 mit einem Bund 67 45 Dieses Zwischenrad 127 greift in seiner normalen

kann durch die Bohrungen 55 und 57 sowie durch Betriebsstellung einerseits in das Ritzel 107 und an-

die Buchse 59 bzw. die Nabe des Zahnrades 61a hin- dererseits in das Zahnrad 131 ein. Nach Lösen der

durchgesteckt werden; sein freies Ende ragt aus dem Verriegelung durch den Stift 123 (beim Heraus-

Gabelschenkel 53 mit einem Kopfteil 69 heraus, der ziehen des Knopfes 117) läßt sich das Zwischenzahn-

eine Umfangsnut 71 enthält, in die ein um die Achse 50 rad 117 aus dem Zahnrad 131 herausschwenken, wo-

75 schwenkbarer Riegel 73 eingreifen kann, der sich bei es mit dem Ritzel 107 im Eingriff bleibt. Die

über den Griffstift 77 mit Hilfe irgendeines in der Welle 133 des Zahnrades 131 trägt außerdem ein

Zelle vorgesehenen Handhabungsorgans betätigen läßt. weiteres Ritzel 135, das in das Zahnrad 137 einer

Da die Schließbewegung der Zange 3 (F i g. 1 Welle 139 eingreift. Das Zahnrad 137 dieser Welle bis 4) pneumatisch erfolgt, muß eine Druckluftleitung 55 ragt in eine Ausnehmung der Scheibe 33 hinein, in durch jedes der Zwischenglieder 9 hindurchführen. der es aus dem Raum zwischen den beiden Gabel-In der Fig. 6 sieht man einen Kanal 79, der aus der schenkein 51 und 53 zugänglich ist; das Zahnrad 137 Lagerbohrung des Vorsprungs 45 in die vorderste überträgt die Antriebsbewegung von dem Motor 13 Scheibe 43 gebohrt ist und dessen radial abgewinkel- an das Zahnrad 61a, und damit an das folgende ter Abschnitt in einen in die Wand der Aufnahme 39 60 Zwischenglied oder das Handstück der Zange, in gebohrten Längskanal 81 übergeht, an den sich ein Form einer Schwenkbewegung des Zwischengliedes Kupferrohr 83 anschließt, das zu einem weiteren oder Handstückes um die Achse des Gelenkbolzens 65. Kanal 85 in der an der anderen Seite liegenden Wie man aus der F i g. 5 erkennt, sind beiderseits Scheibe 33 führt; dieser Kanal 85 geht in den Gabel- des Vorsprungs 45 Anschlagstücke 141 und 143 vorschenkel 53 in Längsrichtung hinein und mündet in 65 gesehen, die mit Schrauben 145 angeschraubt sind, der Lagerbohrung 57 dieses Schenkels. Er trifft hier Diese Anschlagstücke gestatten es, die Schwenkauf einen diametral verlaufenden Abschnitt eines bewegung des Zwischengliedes gegenüber dem vor-Verbindungskanals 87 im Inneren des Gelenkbolzcns angehenden Zwischenglied zu begrenzen und auch

einen der beiden elektrischen Schalter 147 oder 149 zu öffnen, wodurch die Speisung des Motors 13 des vorangehenden Manipulatorgliedes unterbrochen wird.

In der schaubildlichen Darstellung der F i g. 7 ist ein Kuppelgelenk: in auseinandergenommenem Zustand dargestellt. Das trägerseitige Zwischenglied 9 ist hier entsprechend einer Variante der Erfindung mit einem um seine Längsachse drehbaren Endteil 15 ausgeführt. An diesem Endteil sitzen die beiden Gabelschenkel 51 und 53 mit ihren fluchtenden Bohrangen 55 und 57. Zwischen den Schenkeln 51 und 53 ist die Verzahnung des Zahnrades 137 zu sehen, über welche dem folgenden Zwischenglied oder dem Handstück eine Drehbewegung um die Achse 151 der zwei Bohrungen 55, 57 und damit des Gelenkbolzens 65 mitgeteilt wird. Das folgende Zwischenglied 9 a hat den Vorsprung 45 a mit der Querbohrung 47 a, in welcher die starr mit dem Zahnrad 61a verbundene Buchse 59 α sitzt. Wenn der Vorsprang 45 α und das an ihm festgelegte Zahnrad 61 α zwischen die Schenkel 51 und 53 derart eingeschoben worden sind, daß die Achse der Bohrung 47 a mit der Achse 151 der Lagerbohrungen 55 und 57 zusammenfällt, kämmt die Verzahnung des Zahnrads 137 mit dem Zahnrad 61 a; dann wird der Gelenkzapfen 65 in die miteinander fluchtenden Bohrungen eingeschoben und der Schwenkriegel 73 um seine Schwenkachse 75 derart geschwenkt, daß sein freies Ende in die Ringnut 71 des Zapfens 65 eingreift. Diese gesamte Gelenkanordnung wird sodann durch einen übergezogenen Balgen geschützt, der die Verbindungs- oder Kuppelstelle der Zwischenglieder 9 und 9 a abschirmt und abdeckt, aber in der F i g. 7 nicht dargestellt ist. Dieser Balgen ist jedoch in den Fig. 1 und 2 unter dem Bezugszeichen 11 zu finden.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß das folgende Manipulatorglied 9 a in F i g. 7 nicht unbedingt ein Zwischenglied gemäß der vorliegenden Erfindung sein muß; dieses Manipulatorglied kann auch am Ende des Manipulators durch das Handstück 5 ersetzt werden (F i g. 1 bis 4), dessen hinteres oder trägerseitiges Ende die gleichen Bauelemente aufweist, wie sie in Fig. 7 am Zwischenglied 9a dargestellt sind. Andererseits muß auch das trägerseitige Manipulatorglied 9 nicht zwangläufig ein Zwischenglied gemäß der Erfindung sein; dieses Manipulatorglied könnte auch die Gabelhalterang 19 (Fig. 1 bis 4) sein, deren unteres Ende die gleichen Einrichtungen aufweist, wie sie am Zwischenglied 9 in F i g. 7 dargestellt sind.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Ferngesteuerter Manipulator mit einem beweglichen Träger, einem Arbeitsorgan und mit beide gelenkig miteinander verbindenden Zwischengliedern, von denen jedes Zwischenglied Antriebs- und Kraft-Ubertragungsorgane zur Bewegung der ihm im Zuge der Kraftübertragung von dem Träger auf das Arbeitsorgan jeweils folgenden Manipulatorglieder und eine von außen betätigbare drehmomentbegrenzende Trennkupplung mit einstellbarer Schwelle enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (9) standardisierte Gelenke für ihre Einfügung in den Zug der Kraftübertragung aufweisen, mit denen sie sich aneinander ansetzen bzw. gegeneinander austauschen lassen.

2. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die standardisierten Gelenke einerseits aus einer an dem einen von zwei miteinander zu verbindenden Manipulatorgliedern sitzenden Lagergabel mit durchbohrten Schenkeln (51 und 53) und andererseits aus einem an dem jeweils zweiten Manipulatorglied sitzenden, zwischen die Lagergabelschenkel (51 und 53) einschiebbaren und ebenfalls durchbohrten Ansatz (45 α) sowie aus einem in die miteinander fluchtenden Bohrungen (55, 57; 47 a) in der Lagergabel und im Ansatz einsteckbaren und darin festlegbaren Gelenk-

. bolzen (65) bestehen (Fj g. 7). —-.

3. Ferngesteuerter Manipulator nach Ansprach 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gelenkbolzen (65) an seinem einen Ende einen Bund (67) von die lichte Weite der Bohrungen (55 und 57) in den Lagergabelschenkeln (51 und 53) übersteigendem Durchmesser und an seinem anderen Ende eine rundum laufende Nut (71) aufweist und daß einer der Lagergabelschenkel einen in die Nut des Gelenkbolzens einschwenkbaren Riegel (73) trägt (Fig. 7).

4. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ansatz (45 α) koaxial zu dessen Bohrung (47 a) ein Zahnrad (61a) befestigt ist, das bei in die Lagergabel eingeschobenem Ansatz mit einem zwischen deren Schenkel (51 und 53) hineinragenden und drehbar gelagerten zweiten Zahnrad (137) kämmt (Fig. 7).

5. Ferngesteuerter Manipulator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Lagergabel (51, 53) oder der Ansatz (45a) um die Längsachse des jeweils zugehörigen Manipulatorgliedes drehbar gelagert ist.

6. Ferngesteuerter Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenglieder (9) Leitungen (79 a, 81, 83, 85, 87) für die Versorgung der ihnen jeweils nachgeordneten Manipulatorglieder mit Antriebsenergie und daß die standardisierten Gelenke Abdichtungen für die gegenseitige Verbindung dieser Leitungen aufweisen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen