DE1889931U - Manipulator. - Google Patents

Description

P.A.58ifH6*12.9.63

H. 7770 Gas 11
0/2003 JFB/OIB

Commissariat a 1'Energie Atomique, 69 rue de Yarenne,

Paris, ]?rankreieh

Manipulator.

Die Handhabung von Produkten, die aus irgendeinem Grund nicht in der Iahe durchgeführt werden kann, wie z.B. von radioaktiven Substanzen, erfolgt im allgemeinen mittels spezieller Apparate oder sogenannter Manipulatoren.

Ss sind schon verschiedene Ausführungen von Manipulatoren bekannt, die zur Übertragung der durch einen Arbeiter ausgeführten Bewegungen auf eine von diesem entfernte Anordnung mit 'Werkzeugen oder Zangen arbeiten.

Die rein mechanische Übertragung einer komplexen Bewegung ist notwendigerweise unvollkommen. Die auf rein mechanischer Grundlage arbeitenden Manipulatoren besitzen nur beschränkte Bewegungsmöglichkeit und sind beispielsweise nur für Experimente auf einer ebenen !Tischplatte brauchbar.

Es sind auch noch andere Manipulatortypen "bekannt, beispielsweise solche, die mittels elektrischer Motoren oder hydraulischer Vorrichtungen arbeiten. Diese haben jedoch den laehteil, daß in einem !'alle die Isolatoren oder im anderen MlIe das als Druckmittel dienende Öl unter dem Einfluß der Strahlung, der diese Stoffe ausgesetzt sind, ihre Eigenschaften ändern können. Diese Apparate sind außerdem durch ihre Empfindlichkeit und ihren komplizierten Aufbau sehr teuer« Sie erfordern ferner bei Verunreinigungen oder bei längerem Betrieb Wartungsarbeiten, die im allgemeinen nicht durchführbar sind.

Sie vorliegende feuerung betrifft einen einfachen, wirtschaftlichen Manipulator, der die Nachteile und begrenzten Anwendungsmöglichkeiten der bekannten Einrichtungen nicht hat.

!Die leuerung betrifft Manipulatoren, die mit einem Arm und einem Unterarm ausgerüstet sind, wobei am Ende des letzteren eine Zange oder ein Greifer angeordnet ist. Die Vorrichtung soll in einem gewissen Abstand dieselben Bewegungen auszuführen in der Lage sein, wie ein menschlicher Arm und zwar mit derselben Genauigkeit in Hinblick auf Geschwindigkeit, Bewegungsrichtungen und Arbeitsbereich. Der Manipulator ist auf einem geeigneten Wagen montiert, der sich quer auf einer rollenden Brücke bewegen kann und ist dadurch gekennzeichnet, daß er von einem drehbaren !Eürmchen getragen wird, das auf dem genannten Wagen befestigt ist. Alle Drehungen des Türmchens auf einer

horizontalen JSbene und alle Iranslationsbewegungen des Wagens werden mechanisch übertragen« Me Steuerung des Irmes, des Unterarmes und des Greifers erfolgt durch pneumatische Vorrichtungen, die mit Preßluft "betätigt werden.

Die pneumatische Betätigung unter Verwendung von Preßluft als Hauptkraftquelle in kompensierten oder Differentialsteuerkolben ist aus folgenden zwei Gründen vorteilhafte Irstens ist Preßluft Tin empfindlich gegenüber Kernstrahlung und zweitens sind die pneumatischen Kolben einfach, robust und billig, wenn ein Ersatz nötig ist.

Im folgenden wird in Verbindung mit den Fig· 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel eines neuerungsgemäßen mechanisch-pneumatischen Manipulators beschrieben, das jedoch nicht als Einschränkung ausgelegt werden soll.

Pig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Manipulators gemäß der leuerung.

]?ig. 2 zeigt den Unterarm und den Greifer des Manipulators,

In den Zeichnungen sind nur die zum Verständnis der Neuerung notwendigen Elemente dargestellt» Gleichartige !eile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Der Manipulator gemäß der !feuerung besteht aus vier Seilen:

Eine Vorrichtung mit einer rollenden Brücke, die eine Translation der Einrichtung innerhalb einer horizontalen Ebene gestattet (Eig. 1)j

eine Vorrichtung, die es ermöglicht, dieselben Bewegungen auszuführen, wie ein menschlicher Arm (fig. 1) oder ein menschliches Handgelenk (fig. 2)j

eine Torrichtung, die es ermöglicht, Gegenstände zu erfassen (Pig. 2)j

ein Kommandoplatz für die verschiedenen Vorrichtungen des Manipulators (fig. 1).

Die Bewegung des in Pig. 1 dargestellten Manipulators längs den zwei aufeinander senkrecht stehenden Achsen OX und öl', die in einer Ebene liegen, erfolgt für die ΟΣ-Hichtung längs den zwei paralleln !Trägern 1, auf welchen die laufkatze 2 läuft, die den eigentlichen Träger des Manipulators darstellt; die Verschiebung längs der OY-Richtung, die auf der vorstehend erwähnten Bewegung

Träger senkrecht steht, erfolgt mittels der an den Enden der Salfce» 1

befestigten Laufräder 3, die auf den Schienen 4 rollen*

Sie Laufkatze

ist mit einer auf den Abb. nicht sichtbaren

kreisförmigen Bahn versehen, die die Drehung eines Türmchens 5 um die Vertikalachse OZ ermöglicht.

Im Punkt 7 des oberen Teiles des beweglichen Körpers des Gestänges 6 ist ein Differentialsteuerkolben 8 angebracht, der dazu dient, die neigung des Unterarmes 9 in Bezug auf den Arm 6 über die Stange 10, die in 11 mit dem Unterarm verbunden ist, zu verstellen. Der Unterarm 9 ist an das untere Ende des beweg-

lichen Teiles desArmes 6 angelenkt. Der Unterarm 9 (Pig· 2) besteht aus einem angehängten !eil 13, der bei 11 mit der Stange 10 und bei 12 mit dem Arm 6 verbunden ist. Der Ieil 13 trägt außerdem einen Hebelhaken 14, einen bev/eglichen, doppelt wirkenden, pneumatischen Kolben 15, der zur Drehung des Greifers 17 dient, ferner einen Differentialsteuerkolben 16 zur Einstellung der Öffnung der Zange und schließlich die Zange 17 selbst.

Sie Drehung (Fig. 2) der Zange 17 um die Achse des Unterarmes 9 wird bewirkt durch a) die pneumatische Vorrichtung 15, die so angeordnet ist, daß sie sich um ein lager 18 drehen kann, b) durch eine Kurbelstange 19, c) durch zwei Kegelräder 20 und d) eine hohle Achse 21, die in einem Lager 22 läuft und gleichzeitig in das Gehäuse 23 geführt ist, das die Verbindungselemente zu den Backen 24 des Greifers trägt» Durch in den Zeichnungen nicht dargestellte Anschläge wird die Amplitude der Rotationsbewegung begrenzt und damit verhindert, daß die Kurbelstange 19 auf den toten Punkt gelangen kann.

Das Schließen der Backen 24 (fig. 2) erfolgt über eine Stange 25, die in das Innere der Achse 21 eingeschoben ist. Der Druckkolben 16 erzeugt eine Longitudinalbewegung der Stange 25, die durch den Kreuzkopf 26 und die kleinen Gelenkstücke 27 den Greifer öffnet bzw. schließt. Die vier kleinen G-elenkstücke 27 sind auf beiden Seiten durch die im Gehäuse 23 gelagerten Aehsen

verbunden, sie sind "bei 29 an den Backen des Greifers angelenkt und tragen Knaggen 30, die in einer Hut 31 im Kreuzkopf 26 gleiten. Tier öelenkstücke 32, die bei 33 an den Zangenbacken und bei 34 am Gehäuse 23 angelenkt sind, bewirken, da sie mit den vier G-elenkstücken 27 in Verbindung stehen, daß sich die Backen der Zange wesentlich weiter öffnen können, als es bei einer direkten Verbindung mit dem Gehäuse 22 der !Fall wäre· Die Drehachse ist dadurch in Richtung auf das hintere Inde des "Unterarmes verschoben.

Um das Erfassen kleiner Gegenstände zu erleichtern, sind die Enden der Backen 24 mit Kerben 35 versehen. Zum Erfassen zerbrechlicher Gegenstände können an den Enden der Backen elastische Pinzetten, die in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt sind, vorgesehen sein.

Die Steuerung der verschiedenen -Heile erfolgt durch direkte Einwirkung auf den Steuerkopf 36 (Fig. 1) vom Kommandostand aus oder durch Betätigung von Hadern und Hebeln an diesem Steuerkopf.

Die "Verschiebung der gesamten Unordnung in der Ebene OX, OX, d.h. die Verschiebung deas beweglichen Laufkatze 2 in zwei Sichtungen erfolgt von Hand durch Einwirkung auf den Steuerkopf 36; dieser Steuerkopf ist mit der Laufkatze 2 über zwei hohle Träger 37 und 38 starr"verbunden, die ihrerseits über ein Winkelstück 39 in Verbindung stehen.

/J

Sie Drehung des Armes um die Achse OZ, die durch den Mittelpunkt der Laufkatze 2 geht, erfolgt mittels des Handrades 40, das unterhalt» des Steuerkopfes 36 angeordnet ist; die Verbindung

I zwischen dem Manipulator und dem Handrad erfolgt in bekannter i Weise über Jkchsen, Räder und Kabel, die sich in den hohlen [Trägern 37 und 38 befinden und in den Zeichnungen nicht dargestellt sind.

Die Drehung des Manipulators um die vertikale Achse kann mittels eines Hebels 41 beim Handrad 40 arretiert werden.

Das Heben und Senken des Manipulators wird durch einen Hebel 42 gesteuert, indem in an sich bekannter Weise Druckluft in die entsprechenden !eile des Druckzylinders der pneumatischen Einrichtung 6 mittels nicht dargestellter, biegsamer Schläuche eingeleitet wird,

Durch Schwenkung des Hebels 43 in einer senkrechten Ebene in der Richtung 3? wird über den Druckkolben 8 ein Heben und Senken des Unterarmes 9 in einer senkrechten Ebene bewirkt} durch Drehen des Handgriffes des Hebels 43 um seine Achse, wie in I¹Ig. 1 mit G- angedeutet ist, kann der Greifer über den Druckkolben 15 nach rechts .und links gedreht \verden»

Ein Zusammendrücken des Griffes 44 und des Griffes 43 steuert über den Differentialkolben 16 die Schließung der Backen 24 des Greifers 17»

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel eines Manipulators gemäß der !Teuerung ergaben sich bei einem Luftdruck von 5 kg/cm folgende Wertet

Kraft am Haken 14:200 kg,

Hebefähigkeit des Unterarmes 9*10 kg zwischen den Backen 22, Schließkraft der Backen 24s50 kg, Drehmoment am Greifer 17:1 m kg.

Mit einer Belastung von 200 kg am Haken 14 ist zur Verschiebung in einer horizontalen Ibene in der Sichtung OX eine Kraft von 1 kg und in der Richtung OY eine Kraft von 2 kg auf den Steuerkopf 56 nötig. Der Greifer 17 kann bei diesem £usführungsbeispiel eine Drehung um 180° ausführen, der Irm eine Drehung um 360°.

Claims (7)

- 3 gchutzansprüclie:

1) Manipulator mit einem Arm und einem Unterarm, der in einem Greifer endet und der auf einer rollenden Brücke transversal "beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Laufkatze ein drehbares Türmchen vorgesehen ist, das den eigentlichen Manipulator trägt und daß alle Drehbewegungen des Türmchens und/oder Translationsbewegungen der laufkatze mechanisch gesteuert sind, während die Bewegungen des Armes, des Unterarmes und des Greifers durch pneumatische Bruckkolben, die mit Preßluft gespeist werden, bewirkt werden.

2) Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufkatze starr mit einem Steuerkopf (36) verbunden ist, so daß die Translationsbewegungen der Laufkatze und des Steuerkopfes in einer horizontalen Ibene identisch sind und daß der Steuerkopf mit einem Handrad (40) versehen ist, durch das das Türmchen gedreht werden kann.

3) Manipulator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Arm (6) aus einer pneumatischen Vorrichtung besteht, deren Kolben am Türmchen befestigt ist, so daß der Zylinder der "Vorrichtung nach Wunsch in Bezug auf das Türmchen bewegt werden kannj daß der Unterarm an den Unterteil des Zylinders angelenkt ist und nach Wunsch durch eine zv/eite pneumatische Vorrichtung (8) bewegt werden kann, die einerseits

an dem oberen Teil (7) des Zylinders und andererseits am Unterarm befestigt (11) ist.

4) Manipulator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer von einem Bauteil getragen wird, das ein S-Kick mit einer Welle bildet, deren Drehung in lagern des Unterarmes durch eine dritte pneumatische Einrichtung steuerbar ist, die vom Unterarm getragen wird.

5) Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Bewegungen der Backen des Greifers durch eine vierte pneumatische Einrichtung (16) gesteuert wird, die vom Unterarm getragen wird und deren Kolbenstange die Trägerachse des Greifers durchsetzt.

6) Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerstange (25) auf die äußersten Enden von Gelenkstücken (27) wirkt, die drehbar vom Träger des Greifers getragen werden und an deren anderen Enden die Backen (24) des Greifers angelenkt (29) sind.

7) Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Backen der Zange mit dem !Präger des Greifers über Zwischenstücke (32) verbunden sind, die eine Yergrößerung des Öffnungsbereichs der Backen bewirken*