DE2028087A1 - Handgelenk für einen Manipulator - Google Patents

Description

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DIPL-GHEM. DR. VOLKER VOSSIUS telefon 34soe₇

TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/MONCHEN

DIPL-PHYS. DR. JÖRGEN SCHIRDEWAHN ϊ

PATENTANWÄLTE

8. JUHl 1970

u.Z.: P 24-7M (My/Dr.S)

C4.13.86'- " ' ~;;

CENIRAL RESEARCH LABORATORIES, INC,
Red Wing, Minnesota, V.St.A.

Handgelenk für einen Manipulator

Priorität: 6. Juni 1969 /■ V. St. A. Anmelde-Nr.: 830 950

Die Erfindung bezieht sich auf ein Handgelenk für einen Manipulator mit einer drehbaren Zangensehließanordnung. Hierbei handelt es sich um ein Handgelenk für die _eArme eines Manipulators zur Fernsteuerung, der von einer Bedienungsperson zum Ausführen gewisser Handhabungen in einem von ihr entfernten Bereich, z.B. an der gegenüberliegenden Seite einer abschirmenden Wand benutzt wird. Derartige Manipulatoren sind bekannt und weitverbreitet. Ein solcher Manipulator, für den das Handgelenk gemäß der Erfindung besonders geeignet ist, ist in der US-Patentschrift 2 771 199 beschrieben. Zur besseren Anschaulichkeit wird die Anordnung nach der Erfindung ale (Ceil eines Master-Slave-Manipulatora nach der erwähnten Patentschrift erläutert, wenn sie auch ebenfalls

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zur Verwendung in einem Manipulator mit Kraftantrieb, einem Servomanipulator, einem gelenkigen Manipulator und der'gl. verwendbar ist.

Master-Slave-Manipulatoren der in dem erwähnten Patent beschriebenen Bauart umfassen im allgemeinen eine horizontale, rohrförmige Stütze, welche üblicherweise so in einer Hülse oder einem Rohr angebracht ist, daß sie sich durch eine im allgemeinen senkrechte, abschirmende Wand er~ streckt und in der Wand drehbar "ist. Ein Master-Arm (Steuerarm) ist an einem Ende der horizontalen Stütze an einer Seite der Wand hängend angebracht, während ein Slave-Arm (gesteuerte Arm) am gegenüberliegenden Ende an der anderen Seite der Wand hängend angebracht ist» Beide Arme umfassen jeweils einen ortsfesten Teilj, der an der horizontalen Stütze befestigt ist und sich mit derselben um ihre horizontale Achse dreht ρ sowie einen im Verhältnis dazu beweglichen TeIl₉ der in Längsrichtung gegenüber dem ortsfesten Teil bewegbar ist. Die ortsfesten Teile sind an der horizontalen, rohrförmigen Stütze angelenkt und um die Änlenkungspunkte bewegbar, während die beweglichen Seile in Richtung zu und,von diesen Anlenkungspunkten bewegbar sind»

Ein Handgriff ist zum Erfassen durch die Bedienungsperson am unteren Ende des beweglichen Teils des Steuerarms abgestützt und steuert durch entsprechende„ längs des Steuerarms durch die horizontale Stütze und längs des gesteuerten Arms übertragene Bewegungen die Bewegung einer am unteren Ende des beweglichen Teils des gesteuerten Arms abgestüt^n. Zangeneinrichtung« Das Handgelenk nach der Erfindung "bildet die Einrichtung, über die die Zange'mit dem gesteuerten Arm verbunden ist und in Abhängigkeit iroa vom Handgriff übertragenen Bewegungen arbeitet»

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Die Betätigung der Zange am Handgelenk des gesteuerten Arms erfolgt überlicherweise durch Verwendung eines einzigen, vom Handgriff am Handgelenk des Steuerarms ausgehenden und sich über die horizontale Stütze zur Zange erstreckenden, eine lineare Bewegung ausführenden Bandes oder Seilzugs. Mit Hilfe dieser eine lineare Bewegung ausführenden Einrichtung wird die Zange geschlossen. Zur Rückstellung des Handgriffs -und zum Öffnen der Zange sind Federn vorgesehen, die einen Teil der -Zangenanordnung umfassen. Wenn die Reibung in der Zangenanordnung aus irgendeinem G-rund zunimmt, reicht die Kraft der Federn zum Öffnen der Zange nach der Freigabe des Handgriffs durch die Bedienungsperson manchmal nicht aus.

Aufgabe.der Erfindung ist es daher, den oben erwähnten und weitere, sich aus der bekannten Anordnung ergebende' Nachteile weitmöglichst zu vermeiden.

Das Handgelenk nach der Erfindung umfaßt einen positiven, in zwei Richtungen wirkenden Drehantrieb, der der Zange einen Antrieb im Sinne einer Öffnungsbewegung wie auch einer Schließbewegung übermittelt. Dies wird dadurch erreicht, daß anstelle eines einzigen, eine lineare Bewegung übertragenden Elements zwei derartige Elemente vorgesehen sind, die einander entgegengesetzt sind. Diese einander entgegengesetzt wirkenden linearen Elemente übertragen Bewegungen vom Steuerarm auf, Bandtrommeln im Handgelenk des gesteuerten Arms und treiben von dort über entsprechende Getriebe direkt die die Schließbewegung ausführenden Teile der Zange an. Diese drehbare Zangenschließanordnung gibt der Zange zusätzliche Flexibilität. Sie erweitert den Kraftbereich der Zangenschließbewegung, da sie eine Erhöhung der Schließkraft gegenüber der Bandspannung ermöglicht. Angesichts des. direkten, in zwei Richtungen wirkenden Antriebs der Zange fallen die Federn zum öffnen der Zange weg. Da die linearen Elemente vorgespannt sein können, treten beim Betrieb der An-

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Ordnung weniger starke Ablenkungen oder Durchbiegungen auf, so daß insgesamt eine leistungsfähigere Anordnung ents-teht.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Tig. 1 ist eine Seitenansicht des Handgelenke nach der Erfindung und zeigt drei-in senkrechter Richtung voneinander trennbare Abschnitte?

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 in Richtung der Pfeile gesehen;

Pig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Flg. 1 in Richtung der Pfeile gesehen;

Fig. 4 ist eine Draufsicht auf das Handgelenk nach der Erfindung;

Fig. 5 ist ein horizontaler Schnitt durch den oberen Bereich des Zwischenteils des Handgelenks nach der Erfindung längs der Linie 5-5 in Fig. 1;

Fig, 6 ist ein horizontaler Schnitt durch den unteren Bereich des Zwischenteils längs der Linie 6-6 in Fig.1 nach oben gesehen;

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf den unteren Abschnitt des Handgelenks nach der Erfindung;

Fig. 8 ist ein Grundriß einer zwangläufig angetriebenen Zange in geöffneter Stellung;

Fig. 9 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 8 in verkleinertem Maßstab und zeigt die Zange in geschlossener •Stellung;

• Fig.10 ist eine Stirnansicht der Zange;

Fig.11 ist ein Schnitt längs der Linie 11-11 in Fig. 8 in Richtung der Pfeile gesehen in vergrößertem Maßstab;

Fig.12 ist eine schematische, perspektivische Dar-: stellung, die zeigt, wie die Betätigung des Handgriffs am

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Steuerarm das öffnen und Schließen der vom gesteuerten Arm getragenen Zange bewirkt. ' '

Das in Fig. 1 im Aufriß gezeigte Handgelenk stellt vom Standpunkt der Bedienungsperson des Manipulators eine Ansicht eines Handgelenks am gesteuerten Arm in normaler Ruhestellung von rechts gesehen dar. Ein weiteres Handgelenk in der gleichen relativen Stellung ist am Steuerarm vorgesehen. Bei dem Handgelenk am Steuerarm kann es sich allgemein um ein Handgelenk entsprechend der parallellaufenden Patentanmeldung P 19 ü>4 015.9 "bzw. der Gebrauchsmusteranmeldung G 69 41 77O.5/35b (u.Z.: E 767 und E 768) handeln. Es ist aber auch jedes beliebige andere Handgelenk geeignet, vorausgesetzt, daß es Handgriffbewegungen übertragen kann. Nur muß der Zangenantrieb entsprechend der vorliegenden Beschreibung ausgebildet sein. In praktisch allen Fällen werden die Manipulatoren, von denen die Handgelenke einen Teil bilden, in im Abstand voneinander vorgesehenen Paaren benutzt, so daß die Bedienungsperson durch Betätigung von zwei Steuerarmen zwei gesteuerte Arme handhaben kann, um damit die Wirkung eines Handpaars in dem von der Bedienungsperson abgewandten Bereich jenseits der abschirmenden Wand zu reproduzieren. Soweit möglich, sind zum Erleichtern eines Vergleichs mit dem Handgelenk nach der oben erwähnten früheren Anmeldung die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Das insgesamt mit 10 bezeichnete Handgelenk ist von einem Gehäuse umgeben, dessen Oberteil aus zwei einander entsprechenden, im allgemeinen halbzylindrischen Schalen oder Mantelteilen 11 und 12 aufgebaut ist und dessen Unterteil aus zwei einander entsprechenden, sich nach unten und vorn erstreckenden, hohlen Mantelteilen oder Schalen 13 und 14 besteht. Ober- und Unterteil des Gehäuses sind durch ein weiter unten näher erläutertes Zwischenteil 7P miteinander ' 'verbunden* Die Oberseite des Gehäuses ist offen« Jede der

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Schalen 11 und 12 des Gehäuseoberteils' ist mit zwei nach oben ragenden, gekrümmten Nasen 15 versehen, mittels denen das Gehäuse des Handgelenks am unteren Ende eines Auslegerrohrs des gesteuerten Arms angebracht und beispielsweise mittels Schrauben befestigt werden kann. Der Rest des Gehäuses ist mit Ausnahme eines breiten, mittleren Schlitzes 17 in den sich nach vorn und unten erstreckenden Flächen des Gehäuseunterteils geschlossen. Dieser Schlitz ermöglicht die Übertragung von Hebebewegungen des Handgriffs und der Zange über den rohrförmigen Schaft 18 eines konisch verzahnten ^ Ritzels 19, welcher sich durch den Schlitz erstreckt.

Lagerzapfen 23 eines Jochs 24 sind in zwei Kugellagern 35 drehbar gelagert), die in den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des unteren Gehäuseteils abgestützt sind. Eine rohrförmige Hohlwelle 26 erstreckt sich vom Joch 24 und trägt zwei Kugellager 27 und 28, mit deren Hilfe der rohrförmige Schaft 18 des Ritzels 19 um eine Achse senkrecht zur Drehachse der Lagerzapfen für das Joch drehbar gelagert ist. Die Zange des Manipulators ist vom rohrförmigen Schaft 18 abgestützt. Das Ritzel 19 kämmt mit zwei Differentialgetriebe-Kegelrädern 29j die über zwei Kugellagerpaare 30 um die Lagerzapfen 23 des Jochs 24 drehbar gelagert und W beispielsweise mittels Schrauben 31 mit Stirnrädern 32 zur gemeinsamen Umdrehung verbunden sind»

Eine ortsfeste Welle 339 deren Enden in den einander gegenüberliegenden Seiten des unteren Abschnitts des Gehäusezwischenteils abgestützt sind,, trägt zwei mit zweifacher Verzahnung ausgebildete Zahnräder 34-35, die mittels zwei Kugellagerpaaren 36 drehbar.gelagert sind» Die Stirnradabschnitte 34 der zweifach verzahnten Zahnräder kämmen mit den mit den Kegelrädern 29 verbundenen Stirnrädern 32. Die Kegelradabschnitte 35 der zweifach verzahnten Zahnräder kämmen mit Kegelrädern 71 an den Enden von Wellen 72, die im

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mittleren Gehäuseteil 70 drehbar gelagert sind, wie weiter unten näher erläutert, Kegelräder 74 an den gegenüberliegenden Enden der Wellen 72 kämmen mit den Kegelradabschnitten 75 von zweifach verzahnten Zahnrädern 75-37, die jeweils über lagerpaare 38 drehbar gelagert sind, welche von einer in den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des oberen Abschnitts des Gehäusezwischenteils abgestützten, ortfesten Welle 39 getragen sind.

Zweiteilige Anhebe- und Verdrehbandtrommeln sind von einer horizontalen, ortsfesten Welle 41 getragen, deren Enden in den einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuseoberteils des Handgelenks abgestützt sind. Jede Trommel besteht aus einem inneren, mit Flanschen versehenen Trommelabschnitt 42 und aus einem äußeren, gleichfalls mit Planschen versehenen Trommelabschnitt 44, die auf einer Nabe 43 angeordnet sind, welche eine sich nach außen erstreckende, gezahnte Verlängerung 45 aufweist, deren Zähne mit den Zähnen des Stirnradabschnitts 37 des zweifach verzahnten Zahnrades 75-37 kämmen. Die Bandtrommelanordnung ist mittels Lagerpaaren 46 um die Welle 41 drehbar gelagert. Beide Trommelabschnitte haben den gleichen Durchmesser und sind beispielsweise mittels Schrauben 47 an der gezahnten Verlängerung 45 der Nabe 43 befestigt, so daß sie sich als Einheit drehen. ·

Pur den Fachmann liegt es auf der Hand, daß die die Hebe- und Verdrehbewegungen übertragenden Bänder oder ähnliche, eine lineare Bewegung übertragende Elemente sich in entgegengesetzten Richtungen in ihren jeweiligen Nuten oder· Rinnen der zusammengesetzten Bandtrommel erstrecken, so daß bei einer Umdrehung der Trommel ein Band auf die Trommel aufgewickelt wird, während das andere abgewickelt wird.

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Eine Winkelbewegung des Jochs 24 um die Lagerzapfen 23 ist durch die Enden der Schlitzöffnung 17 im Handgeienkgehäuse begrenzt, durch die sich der Schaft des konisch verzahnten Ritzels 19 erstreckt. Ein in das Differentialgetriebe 29-32 eingesetzter Zapfen oder Stift 62 begrenzt die Bewegung der Zahnräder dieses Getriebes in beiden Richtungen, indem er mit einer Schraube 62A im Joch in Eingriff tritt. Dies hat zur Folge, daß die Bandbewegungen der Trommeln, die unmittelbar mit "dem Differentialgetriebe verbunden sind, begrenzt sind.

Der im allgemeinen zylindrische Gehäusezwischenteil 70 ist mit dem Gehäuseunterteil vorzugsweise in einer hier gezeigten, halb überlappten Stoßverbindung fest verbunden. Zwei sich senkrecht erstreckende, gekrümmte Seitenplatten 76 und 77 sitzen auf Schultern an der Oberseite an einander gegenüberliegenden Seiten des Zwischenteils 70. Die Enden der Welle 39 sind in diesen Seitenplatten abgestützt. Das Gehäuseoberteil ist vorzugsweise mit einer halb überlappten Stoßverbindung mit der Oberseite des Zwischenteils verbunden. Die oberen Gehäuseschalen 11 und.12 sind so gestaltet und erweitert, daß sie die im Inneren angeordneten Drehelemente umhüllen, wie am besten aus Pig. 4 zu entnehmen ist. Die die Zahnräder 7 umhüllenden vorderen, unteren Abschnitte der Schalen 11 und 12 überlappen die Seitenplatten 76 und 77, wie am besten aus Fig. 2 zu entnehmen ist»

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Durch das Gehäusezwischenteil 70 erstrecken sich mehrere Kanäle 78, in denen Wellen 72 angeordnet sind. Jede Welle 72 ist von einem in den entsprechenden Kanal 78 eingepaßten lagerpaar 79 abgestützt. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist jede Welle 72 von zwei im Abstand voneinander vorgesehenen, federnd nachgiebigen Dichtungsringen 80 umgeben. Jeder dieser Dichtungsringe 80 ist in einem mit Flan-

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sehen versehenen Haltering 71 aufgenommen,' der in enger Passung auf einer Innenschulter im Kanal 78 sitzt.

Die drehbare Zangenschließanordnung ist wie folgt aufgebaut: Eine zweiteilige Bandtrommel zum Öffnen und Schließen der Zange, die mit Planschen versehene Trommelabschnitte 95 und 96 sowie ein Zahnrad 97 umfaßt, welche beispielsweise mittels Schrauben 98 untereinander verbunden sind, ist auf der ortsfesten Welle 41 mittels eines Lagerpaars 99 drehbar gelagert. Diese Trommel ist zur Aufnahme von Bändern geeignet, welohe in entgegengesetzter Richtung um die Trommel gewickelt sind, wie bereits in Zusammenhang mit den. Hebe- und Verdrehbewegungen erwähnt.

Wie am besten aus Pig. 3 hervorgeht, kämmt das Zahnrad 97 mit dem Stirnradabschnitt 100 eines zweifach verzahnten Zahnrads, welches auch noch einen Kegelradabschnitt aufweist. Mittels eines Lagerpaares 102 ist dieses zweifach verzahnte Zahnrad 100-101 auf einer ortsfesten Welle 103 drehbar gelagert, die im oberen Bereich des Gehäusezwischenteils 70 abgestützt ist. Der Kegelradabschnitt 101 steht seinerseits mit dem Kegelrad 74 in Eingriff, welches von einem Ende einer der Wellen 72 getragen ist, die sich durch das trennende Zwischenteil 70 erstrecken und einen Teil der beschriebenen drehbaren Dichtung umfassen. Das Kegelrad 71 am entgegengesetzten Ende der Welle 72 an der entgegengesetzten Seite der doppelten Dichtung steht seinerseits mit einem zweifach verzahnten Zahnrad in Eingriff, welches einen Kegelradabschnitt 105 und einen Stirnradabschnitt 106 aufweist. Das doppeltwirkende Zahnrad 105-106 ist über ein Lagerpaar 107 auf einer ortsfesten Welle 108 drehbar gelagert, die im unteren Abschnitt des Gehäusezwischenteils 70 abgestützt ist.

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Der Zahnradabschnitt ·106 stent in Eingriff mit. einem Zahnrad 109, welches über ein Lagerpaar 110 auf 'einer ortsfesten Welle 111 drehbar gelagert ist, die von den unteren Gehäuseteilen 13 und 14 abgestützt ist. Das Zahnrad 109· kämmt mit dem Stirnradabschnitt 112 eines doppeltwirkenden Zahnrades, welches auch noch einen Kegelradabschnitt 113 aufweist. Das Differentialgetriebe 112-113 ist mittels eines Lagers .114 um die Lagerzapfen 23 des Jochs 24 drehbar. Der Kegelradabschnitt 113 kämmt mit einem Kegelrad 115, welches an einem Ende einer sich durch das Joch und die rohrförmige Hohlwelle 26 erstreckenden, drehbaren Welle 116 befestigt ist. Ein Ende der Welle 116 ist in einem Lager 117 im Joch 24 drehbar gelagert, während das andere Ende in einem Lager 118 in einem am Ende der Hohlwelle 26 befestigten Kragen 119 drehbar gelagert ist. Das untere Ende der Welle 116 trägt ein Antriebszahnrad 120 zum Übertragen von Zangenschließ- und -Öffnungsbewegungen vom Handgriff am Ende des Steuerarms auf die hier nicht gezeigte Zange.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht₅ sind die in sich geschlossenen Abschnitte des Gehäuses in teilweise teleskopartigen Verbindungen zusammengesetzt und bilden einen kompakten, starren Aufbau. Die Verbindung kann in bekannter Weise durch Schrauben hergestellt sein. In der Oberseite des Gehäusezwischenteils 70 ist ein senkrechtes Loch 123 zum Einsetzen eines die Lage bestimmenden Zapfens ausgebildet«. Ein entsprechendes, hier nicht gezeigtes Loch ist in der Unterseite des oberen Gehäuseteils vorgesehen» um die richtige Orientierung der Bauelemente innerhalb des Gehäuses zu gewährleisten. In ähnlicher Weise sind Löcher 124 in der Oberseite des Gehäuseunterteils zum Einsetzen von die Lage bestimmenden Stiften vorgesehen, die in entsprechende Löcher 125 in der Unterseite des Gehäusezwischenteils 70 passen und zur LagebeStimmung der Vorrichtungen in den jeweiligen Gehäuseabschnitten dienen. Unter Abdichtung angebrachte Befesti-

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gungsmittel 123A im Gehäusezwischenteil 70 verbinden das Zwischenteil mit dem Oberteil des Gehäuses.

Die Art und Weise, in der die drehbare Zangenschließanordnung des Handgelenks am gesteuerten Arm in Abhängigkeit von einer vom Steuerarm übertragenen Bewegung betätigt wird, ist schematisch in Pig. 12 dargestellt. Die entsprechenden Bauteile des Handgelenks am Steuerarm sind mit den gleichen-Bezugszeichen unter Hinzufügung eines "M" gekennzeichnet. Wenn die Bedienungsperson eine Schließkraft auf den Handgriff am Steuerarm aufbringt, wird diese Kraft auf das Antriebszahnrad 120M an einem Ende der Antriebswelle 116M aufgebracht, deren entgegengesetztes Ende das Kegelrad 115M trägt.

Die Welle 116M dreht sich frei um ihre eigene Längsachse und schwenkt (mit dem Joch 24 und dem Schaft 18 des konisch verzahnten Ritzels 19). um die Achse der Lagerzapfen 23M. Die Zähne des Kegelrades 115M kämmen mit denen des Kegelrades 113M, welches sich mit dem Stirnrad 112M um die Achse der Lagerzapfen dreht. Die Zähne des Stirnrades 112M kämmen ihrerseits mit denen des Zahnrades 109M, welche mit den Zähnen des Stirnradabschnitts 1O6M des zweifach verzahnten Zahnrads kämmen, das auch noch den Kegelradabschnitt 1O5M aufweist. Die Zähne dieses Kegelradabschnitts 1O5M kämmen mit dem Kegelrad 71M an einem Ende der Welle 72M, deren entgegengesetztes Ende das Kegelrad 74M trägt, dessen Zähne mit dem Kegelradabschnitt 1O1M des zweifach verzahnten Zahnrades kämmen, dessen anderer Teil von dem Stirnradabschnitt 1OOM gebildet ist.

Die Zähne des Stirnrades 100M kämmen mit denen des Stirnrades 97M, welches zur Umdrehung mit den Bandtrommelabschnitten 95M und 96M angebracht ist. Bänder HO und 141

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sind an den Trommelabschnitten''95M bzw." 96M derartig befestigt, daß sie sich in entgegengesetzten Richtungen erstrecken, so daß bei der Drehung, der Trommel ein Band auf die Trommel aufgewickelt wird, während das andere abgewickelt wird.

Wie dem Fachmann bekannt ist, erstrecken sich die Bänder nach oben und über zwei Leitrollen 142 an der Oberseite eines Auslegerrohrs des Steuerarms, von dort nach unten um zwei Leitrollen 143» die einen Teil der Scheitelanordnung unten am Hauptrohr des Steuerarms bilden, dann nach oben um zwei Leitrollenpaare 144 und 145, die einen Teil der Schwenkanordnung oben am Hauptrohr des Steuerarms aufweisen, durch die horizontale Stütze, um Leitrollen 146 und 147 am oberen Ende des Hauptrohrs des gesteuerten Arms und von dort zu den Trommelabschnitten 95 und 96 des Handgelenks am ge-. steuerten Arm.

Die Bänder 140 und 141 sind in entgegengesetzter Richtung von den entgegengesetzten Enden, an denen sie an den Trommelabschnitten 95M und 96M befestigt sind, um die Trommelabschnitte 95 und 96 gewickelt. Wenn 'also das Band 141 um den Trommelabschnitt 96M gewickelt wird, wickelt es sich vom Trommelabschnitt 96 ab und umgekehrt. Gleichzeitig wird beim Abwickeln des Bandes 140 vom Trommelabschnitt 95M dieses Band um den Trommelabschnitt 95 gewickelt.

^; Das sich mit der Bandtrommel 95-96 drehende Stirnrad 97 kämmt mit den Zähnen des Stirnradabschnitts 100 des zweifach verzahnten Zahnrads, dessen Kegelradabschnitt 101 mit den Zähnen des Kegelrades 74 an -einem Ende der abgedichteten Welle 72 kämmt. Das Kegelrad 71 am gegenüberliegenden Ende der Welle 72 kämmt mit dem Kegelradabschnitt 105 des zweifach verzahnten Zahnrades, dessen Stirnradabsohnitt 106 mit den Zähnen des Zahnrades 109 kämmt, welches

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seinerseits mit den Zähnen des"Stirnradabschnitts 112 des Differentialgetriebes in Eingriff steht, dessen Kegelradabschnitt 113 das Kegelrad 115.an .der Antriebswelle 116 für die Zangenschließbewegung antreibt. Das Antriebsritzel 120 betätigt die Schließvorrichtung der Zange.

Wenn der Handgriff und die Zange in Hebedrehbewegung angetrieben werden, schwenken die Antriebswellen 116 und 116M um die. gleichen Winkel um die Achse der Lagerzapfen 23 und 23M mit den Jochen 24 und 24M. In ähnlicher Weise werden bei einer Verdrehdrehbewegung die konisch verzahnten Ritzel 19 und 19M um die gleichen Winkel um die Achsen 116 und 116M gedreht. Diese Drehbewegungen führen zu identischen Drehungen gegenüber einem festen Bezugssystem aus den Kegelrädern 113 und 113M, so daß trotz der durch diese Handgelenkdrehbewegungen verursachten Bewegungen der Zahnrädervorgelege und Kupplungsbänder der Schließanordnung keine Drehbewegung der Wellen 116 und 116M gegenüber der Zange. und dem Handgriff erfolgt, so daß die Zangenöffnung unverändert bleibt, wenn die Handgrifföffnung am Steuerarm gleichbleibt. Die Schließanordnung ist also aufgrund ihres Aufbaus automatisch kompensiert und von Hebe- und Verdreh-Drehbewegungen des Handgelenks unabhängig.

\ienn auch die drehbare Zangenschließanordnung nach der Erfindung im Zusammenhang mit einem abgedichteten Handgelenk nach der eingangs erwähnten früheren Anmeldung beschrieben wurde, so sei doch darauf hingewiesen, daß sie nicht auf die Verwendung in derartigen Handgelenken beachränkt ist. Stattdessen können z.B. die drehbaren Dichtungen und die dazugehörigen Bauteile einschließlich der Welle 72, der Kegelräder 71 und 74 und der zweifach verzahnten Zahnräder 100-101 sowie 105-106 weggelassen sein und die Zähne der Kegelräder 97 und 109 so angeordnet sein, daß sie direkt oder über entsprechende Leerlaufräder in Eingriff stehen· ·

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Eine Zangenanordnung mit zwangsläufigem Antrieb, die besonders zur Verwendung mit dem Handgelenk nach der Erfindung geeignet ist, ist in den Pig. 8 bis 11 gezeigt. Die insgesamt mit 126 bezeichnete ZangeηanOrdnung ist am Schaft 18 des konisch verzahnten Ritzels 19 mittels einer Hülse 127 und zwei durch Schrauben 128 in ihrer Lage gehaltene Keile befestigt. Das Gehäuse der Zangenanordnung weist zwei parallele, an der Hülse.12? angebrachte Platten 129 und 130 auf. Die Zangenbacken 131 und 132 sind von einem doppelten Parallelgestänge 133-136 abgestützt, welches an einem Ende an Wellen, die im Boden der Backen gehalten sind, und am anderen Ende in Wellen, die zwischen den Platten 129 und 130 abgestützt sind, angelenkt ist.

Ein die Bewegung der Backe 131 steuerndes Verbindungsstück bzw. ein Betätigungsarm 137 ist an einem Ende einer im Boden der Backe 131 getragenen Welle 138 angelenkt. Das entgegengesetzte Ende des Betätigungsarms 137 ist bei 139 an einem verhältnismäßig-kürzeren Verbindungsstück angelenkt, dessen entgegengesetztes Ende mit einer Welle 141 schwenkbar verbunden ist, die zwischen den Platten und 130 an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses der Zange abgestützt ist. In ähnlicher Weise ist die Backe 132 durch ein Verbindungsstück bzw, einen Betätigungsarm 142 gesteuert, der an einem Ende an einer Welle 143 im Boden der Backe und am gegenüberliegenden Ende bei 144 an. einem kürzeren Verbindungsstück 145 angelenkt ist* dessen entgegengesetztes Ende mit einer Welle 146 im Gehäuse der Zangen= anordnung schwenkbar verbunden ist.

Die inneren, konvex gekrümmten Randflächen der Verbindungsstücke 137 und 142 sind jeweils mit einer Stirnradverzahnung 147 versehen (Fig. 8). Diese Zähne 147 an den Verbindungsstücken 137 und 142 kämmen mit einem Stirnradpaar

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148, welches an Kegelrädern 149 dauerhaft befestigt und über Lagerpaare 150 auf einer in den Seitenplatten des' Gehäuses der Zangenanordnung befestigten Welle 151 drehbar gelagert ist_o Um die Verbindungsstücke 137 und 142 in entgegengesetzten Richtungen zu bewegen, werden die zusammengesetzten Stirn- und Kegelräder 148-149 durch ein konisches Antriebsrad 152, dessen Zähne mit den Zähnen der Kegelradabschnitte kämmen, in entgegengesetzten Richtungen gedreht.

Das konische Antriebsrad 152 ist innerhalb einer Hülse 153 im Gehäuse der Zangenanordnung mittels eines Lagerpaars 154 drehbar gelagert. Bei diesem Antriebsrad 152 handelt es sich um das Stützrad für ein planetarisches Untersetzungsgetriebe, bei dem mehrere Stirnräder 155 mittels Lagern 156 auf Wellen 157 drehbar angebracht sind. Die Drehachsen der Stirnräder 155 des Planetengetriebes erstrecken sich parallel zur AGhse des Antriebsrades 152. Die Wellen 157 sind im Körper des Antriebsrades und in einem mittels einer Schraube 159 oder dergl. am Körper des Antriebsrades befestigten Ring 158 gehalten. Die Zähne der Stirnräder 155 kämmen mit denen eines am Ende der Welle 116 des Handgelenks befestigten Antriebsritzels 120A und mit einem "in der Hülse 153 abgestützten Sonnenradkranz 160. Das Planetengetriebe wird in Abhängigkeit von *der Betätigung des Handgriffs am Steuerarm gedreht, wie bereits erwähnt. Durch das Planetengetriebe wird das von der kleinen tfelle 116 zu übertragende Drehmoment herabgesetzt.

Patentansprüche

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Claims (10)

1. Patentansprüche :

   Handgelenk für einen Manipulator zur Fernsteuerung, ekennzeichnet durch ein Gehäuse mit oberen (11,12) und unteren Teilen (13,14); mehrere Aufnahmemittel (42,44-9,5,96) für lineare Bewegungen übertragende Elemente, die im .Oberteil des Gehäuses drehbar gelagert sind und von denen jedes unabhängig drehbar ist und jeweils ein Paar Umfangsnuten zur Aufnahme der in entgegengesetzten Eichtungen gewickelten, die lineare Bewegung übertragenden Elemente aufweist; an jeder der Aufnahmeeinrichtungen befestigte Getriebe (45»97), wobei eine der Aufnahmeeinrichtungen (95,96) die Zangenschließbetätigung steuert; eine Einrichtung mit mehreren Stirnrädern (32,112), die im Unterteil des Gehäuses drehbar gelagert sind; eine die Getriebe der Aufnahmeeinrichtungen mit den Stirnrädern betriebsmäßig verbindende Einrichtung (34,35,71,74,75,37-1OO,1O1,74,71,1O5,1O6,1O9); eine vom Unterteil (18) des Handgelenks abgestützte, Arbeit ausführende Einrichtung mit einer Zange (126); eine drehbare Zangenschließanordnung im Unterteil des Handgelenks mit einer Welle (116), die um eine Achse (23) parallel zu den Drehachsen der Aufnahmeeinrichtungen und Stirnräder schwenkbar und um eine dazu rechtwinklige Achse drehbar ist; eine Einrichtung zum betriebsmäßigen Verbinden der Stirnräder mit der die Arbeit ausführenden Einrichtung, wobei eins der Stirnräder (112) mit der Zangenschließanordnung zum Steuern des Schließens der Zange betriebsmäßig verbunden ist»
2. 2. Handgelenk nach Anspruch 1, dadurch g β k e η η zeichnet , daß ein Joch (24) im Unterteil des Gehäuses begrenzt schwenkbar gelagert ist, daß die Stirnräder (32,112), auf den Lagerzapfen (23) des Jochs drehbar gelagert sind und daß ein konisch verzahntes Differentials©triebe (29*115) ssua? Umdrehung; mit federn der Stirnräder- -drelibar--gelagert ist· ·- ,
3. 3. Handgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein konisch verzahntes Ritzel (1"9) am Joch (24) abgestützt und um eine Achse senkrecht zur Drehachse des Differentialgetriebes (29,115) drehbar gelagert ist, dessen Zähne mit den Zähnen eines Paars (29) des Differentialgetriebes in Eingriff stehen, daß das Ritzel einen länglichen Schaft (18) aufweist, der sich durch einen Schlitz (17) i® Unterteil des Gehäuses erstreckt, daß die Zangenantriebswelle (116.) sieh durch das Ritzel erstreckt und darin um die Drehachse desselben drehbar gelagert ist, daß ein Ende (120) der Antriebswelle (116) betriebsmäßig so angeschlossen ist, daß es die Zange antreibt, und daß das andere Ende (115) der Antriebswelle (116) betriebsmäßig so angeschlossen ist, daß es von dem einen Rad (113) des Differentialgetriebes angetrieben wird, welches mit der Aufnahmeeinrichtung (95196) betriebsmäßig verbunden ist, um die Zangenbewegung zu steuern.
4. 4. Handgelenk nach Anspruch 3» dadurch ge k e η η zeichnet, daß die Zangenanordnung ein Zangengehäuse (129,130) umfaßt, welches am Schaft (18) des Ritzels (19) befestigt ist, daß zwei hin- und herbewegliche Backen (131» 132) mit einem Verbindungsgestänge (133-136) schwenkbar verbunden sind, welches im Zangengehäuse schwenkbar befestigt ist, daß zwei Betätigungsarme (137»142) jeweils an einer der Backen befestigt sind, daß in jedem der Arme Zähne (147) ausgebildet sind, daß im Zangengehäuse ein Stirnradpaar (148) vorgesehen ist, dessen Zähne mit den Zähnen (147) der Arme (I37_f142) in Eingriff stehen, und daß eine Antriebseinrichtung (149,152,155,120A) die Stirnräder (148) mit der An triebswelle (116) betriebsmäßig verbindet.
5. 5. Handgelenk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Zangenantriebswelle (116) ein

   Antriebsritzel (120A) an einem Ende aufweist, daß die Stirn-

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   räder (148) im Zangengehäuse jeweils zur Umdrehung mit einem Kegelrad (148) auf der gleichen Achse angebracht sind, daß ein weiteres, konisch verzahntes Ritzel (152) im Zangengehäuse drehbar gelagert ist, dessen Zähne mit den Zähnen der beiden Kegelräder (149) in Eingriff stehen, und daß das Ritzel (152) betriebsmäßig so angeschlossen ist (155), daß es vom 'Antriebsritzel (12.OA) an der Zangenantriebswelle (116) getrieben wird.
6. 6. Handgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Zange ein im Unterteil des Handgelenks befestigtes Gehäuse (129,130) aufweist, daß r 'ei hin- und herbewegliche Backen (131,132) mit einem Verbindungsgestänge (133-136) schwenkbar verbunden sind, welches im Zan-. gengehäuse schwenkbar angebracht ist, daß mindestens ein Betätigungsarm (137,142) mit einer der Backen verbunden ist, daß in dem Arm Zähne (147) ausgebildet sind,· daß mindestens ein Stirnrad (148) im Zangengehäuse vorgesehen ist, dessen Zähne mit den Zähnen (147) des Arms in Eingriff stehen, und daß eine Antriebseinrichtung (149,152,155,12OA) das Stirnrad (148) mit der Zangenantriebswelle (116) betriebsmäßig verbindet.
7. 7. Handgelenk nach. Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Joch (24), welches begrenzt schwenkbar Im Unterteil des Gehäuses gelagert ist; mehrere Stirnräder (32, 112), die auf den Lagerzapfen (23) des Jochs drehbar gelagert sind; mehrere, konisch verzahnte Differentialräder (29, 113) ₈ die zur Umdrehung mit den Stirnrädern (32, 112) drehbar gelagert sind; eine Zangenantrieb3einrichtung mit einer Welle (116), die sich durch das Joch (24) erstreckt und um eine Achse rechtwinklig

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   zur Drehachse des Jochs drehbar und mit dem Joch schwenkbar ist und ein Kegelrad (115) an einem Ende sowie ein Antriebsritzel (120Λ) am anderen Ende aufweist; und durch eine Einrichtung/ die das Differentialgetriebe (29, 113) mit der die Arbeit ausführenden Einrichtung betriebsmäßig verbindet, wobei eins der Kegelräder (113)" mit dem Kegelrad (115) des Zangenantriebs zum Steuern der Zangenschließbewegung betriebsmäßig verbunden ist.
8. 8. Handgelenk nach Anspruch 7» dadurch g e k e η η -zeichnet , daß am Joch (24) ein konisch verzahntes Ritzel (19) abgestützt und um eine Achse senkrecht zur Drehachse der Stirnräder (32,112) und des Differentialgetriebes (29»113) drehbar gelagert ist, dessen Zähne mit den Zähnen eines Paars (29) des Differentialgetriebes in Eingriff stehen, daß das Ritzel (19) einen länglichen Schaft (18) aufweist, der sich durch einen Schlitz (17) im Unterteil des Gehäuses erstreckt, daß die Zangenantriebswelle (116) sich durch das Ritzel (19) erstreckt und darin um die Drehachse desselben drehbar gelagert ist, daß ein Ende der Antriebswelle (120A) betriebsmäßig so angeschlossen ist, daß es die Zange antreibt und daß das andere, das Kegelrad (115) tragende Ende der Antriebswelle betriebsmäßig so angeschlossen ist, daß es von einem Rad (113) des Differentialgetriebes

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   angetrieben wird, welches betriebsmäßig mit "den Aufnahmeeinrichtungen (95,96) verbunden ist, um die Zangenbewegung zu steuern.
9. 9. Handgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zange ein am Schaft (18) des Ritzels (.19) befestigtes Gehäuse (129,130) aufweist,, daß zwei hin- und herbewegbare Backen (151,132) mit einem Verbindungsgestänge (133-136) "schwenkbar verbunden sind, welches im Zangengehäuse schwenkbar angebracht ist, daß zwei Betäti-

   ) gungsarme (137,142) jeweils mit einer der Backen verbunden sind, daß in jedem der Arme Zähne (147) ausgebildet sind, daß im Gehäuse ein Stirnradpaar (148) angeordnet ist, dessen Zähne mit den Zähnen (147) der Arme in -Eingriff stehen, und daß eine Antriebseinrichtung (149,152,155_f12OA) die Stirnräder (148) mit der Zangenantriebswelle (116) betriebsmäßig verbindet.
10. 10. Handgelenk nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zangenantriebswelle (116) ein Antriebsritzel (120Δ) an einem Ende aufweist, daß die Stirnräder (148) im Zangengehäuse jeweils zur Umdrehung mit ei-

    _fc nein Kegelrad (149) um die gleiche Achse angebracht sind, daß ein weiteres Kegelrad (152) im Zangengehäuse drehbar gelagert ist, dessen Zähne mit den Zähnen der beiden zuletzt genannten Kegelräder (149) in Eingriff stehen, und daß das Kegelrad (152) betriebsmäßig so angeschlossen ist (155), daß es vom Antriebsritzel (120A) an der Antriebswelle (116) angetrieben wird.

    BAD ORIGINAL

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