DE2412569B2

DE2412569B2 - Manipulator zur handhabung von gegenstaenden, z.b. von halbzeug, bei einem automatisierten fertigungsablauf

Info

Publication number: DE2412569B2
Application number: DE19742412569
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Ibaragi; Yoshimura Takayoshi Settsu; Nakura (Japan)
Original assignee: Daikin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 1973-03-17
Filing date: 1974-03-15
Publication date: 1976-09-02
Also published as: SE418589B; FR2221245A1; DE2412569A1; FR2221245B1; JPS49118158A; GB1464952A

Description

Die Erfndung bezieht sich aui einen Manipulator zur Handhabung von Gegenständen, z. B. von Halbzeug, bei einem automatisierten Fertigungsablauf, mit den Galtungsmcrkmalen des Hauptanspruches. Derartige Manipulatoren werden als Ersatz eines Arbeiters in einem Herstellungsprozeß von Gegenständen oder Werkstücken verwendet und sollen die Werkstücke, z. B. die Halbzeuge, ergreifen, von einer Position in eine andere transportieren und eine bestimmten Anzahl von Bctriebsopciationcn, wie Haltern, Schweißen, Vcrschrauben, Verbolzen etc. dieser zweiten Position durchführen können. Hierzu ist eine vielgelcnkige Anordnung von verschiedenen Bauteilen, wie Armen und Gelenken, erforderlich, um den Bewegungsablauf eines menschlichen Armes zumindest in etwa nachvollziehen zu können.

Bekannte Manipulatoren arbeiten emweder nach dem System der kreiszylindrischen oder der Kugelkoordinaten. Ein nach Kreiszylindcr-Koordinaien arbeitender Manipulator hat einen Greifer, der geöffnet und geschlossen, verdreht und in einer einzigen Richtung geschwenkt werden kann. Sein Greifarm kann geradlinig nach aufwärts oder abwärts geschwenkt und nach vorwärts oder rückwärts bewegt werden. Der nach Kugelkoordinaten arbeitende Manipulator liefert eine Kombination aus einer senkrechten und waagerechten Vorwärts- und Rückzichbewegung.

Fin Nachteil beider Arten von Manipulatoren besteht in ihrem großen Plat/bedarf gegenüber dem von ihren Greifarmen bestrichenen Raum, der aiii die zum Ausfahren der Greifarme eingesei/'.en Z\linderkolben zurückzuführen ist.

Ls sind auch Manipulatoren bekannt (DT-AS 1148721 und 1138907), bei denen der G reif arm ein oder mehrere Gelenke aufweist und dadurch zusätzliche Streckbewegungen ausführen kann. Diese Mnninnlaiorcn. bei denen der Greifarm mit seinem Ende an Führungsschienen verschiebbar gehalten ist, sind jedoch konstruktiv außerordentlich aufwendig und nur zu einer beschränkten Bewegung fähig. Bei einer dieser bekannten Ausführungen sind beispielsweise in jedem der über Gelenke miteinander verbundenen Armteile je ein Motor angeordnet, durch den jeder dieser Armteile unabhängig bewegt werden kann. Soll beispielsweise der eine Armteil um einen bestimmten positiven Winkel und der andere Armteil ίο um einen entsprechend großen negativen Winkel verschwenkt werden, dann muß jeder der diese Bewegungen bewirkenden Motoren mit einem gesonderten Signal beaufschlagt werden, um die beiden Armteile in die gewünschten Richtungen und Winkel zu bewegen.

Bei einem anderen bekannten Manipulator (DT-OS 23 30 954) mit einem am freien Ende des Unterarmes gelenkig angeordneten Greifer müssen zum Ausführen einer vertikalen Schwenkbewegung des. Armes ein Drehantrieb zum Verschwenken des Oberarmes um eine horizontale Drehachse und ein am Oberarm und am Unterarm angreifender Druckzylinder gleichzeitig betätigt werden. Auch bei dieser Ausführung sind somit zwei Steuersignale zum Ausführen einer Streckbewegung des Greifarmes erforderlich. Auch zur Betätigung des Handgelenkes oder zum Verdrehen oder Verschwenken des Greifers sind gesonderte Antriebe erforderlich, die jeweils gesondert ausgesteuert werden müssen. Durch die Anordnung dieser Antriebe innerhalb der einzelnen Teile des Greifarmes ergibt sich notwendigerweise ein relativ hohes Gesr~itgewicht des Greifarmes, das sich durch die hohen Lagerbelastungen nachteilig auf die Handhabungsgenauigkeit auswirkt.

Bei anderen bekannten Manipulatoren (FR-PS 10 50 374 und 20 40 588) können die Bewegungen des Greif armes nicht durch einen Rechner gesteuert werden, weil die Übertragung der Antriebskräfte durch Ketten erfolgt, die nach längerem Betrieb zwangsläufig eine gewisse Längung erfahren. Diese Längung beeinlrächtigt einen genauen Gleichlauf der !reibenden und der angetriebenen Kettenräder, so daß eine Programmsteuerung jeweils entsprechend dieser Laufunterschiede und der Kettcnlängung geändert werden müßte.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen programmgesteuerten Manipulator der eingangs genannten Art mit einem an die Beweglichkeit eines menschlichen Armes angepaßten Greifarm von vergleichsweise geringcm Gewicht zu schaffen, dessen Wirkungsbereich in etwa seinem Platzbedarf entspricht und dessen konstruktive Ausgestaltung, Steuerung und Bedienbarke-it gegenüber bekannten Manipulatoren vereinfacht ist.

5;-, Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Annes und seiner Antriebselemente wird der Vorteil erreicht, daß der Hauptarm und ein weiterer Arm zusammen mit jeweils einer jedem der Arme zugeordneten Lenkwelle gleichzeitig und gegensinnii! bewegt werden, wodurch sich der konstruktive Aufwand und das Armgewicht \erringcrn und auch die Steuerung vereinfacht werden kann. Durch den An-ι neb eines inneren /enlralarmcs führt eier Hauptarm eine Schwenkbewegung um einen positiven Winkel und der andere Arm eine entsprechende Schwenkbewegung um einen negativen Winke! aus. so daß

eine vollständige Streck- oder Anzichbcwcgung ausgeführt wird, bei der das vordere Ende des zusätzlichen Armes sich auf einer durch den Anlcnkungspunkt des Hauptarmes verlaufenden Geraden bewegt. Weitere Vereinfachungen werden dadurch erreicht, daß jeweils nur ein Zahnrad zum Verdrehen des Greifers um seine Längsachse, zum Verschwenken des Greifers, zum Ausstrecken zweier weiterer Armteile und zum Verschwenken dieser Armtcilc erforderlich sind, wobei alle diese Zahnräder auf einer einzigen Welle sitzen. Daher kann der Antriebsmotor auch im stationären Rahmen des Manipulators angeordnet werden, was sich besonders vorteilhaft auf das Gewicht des Greifarmes und damit seine Bedienbarkeit und Genauigkeit insbesondere in voll ausgestreckter Lage auswirkt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Im folgenden wird eine Ausführung des erfindungsgemäßen Manipulators anhand der Zeichnung ausführlich beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine leilgeschnittenc Perspektivansicht des Manipulators,

F i g. Γ einen Längsschnitt des gesamten Manipulatorarmes,

F i g. 3 eine Ansicht der Getricbeglieder des Hauptarmes.

Fig. 4. 5 und 6 Ausschnitte aus dem Schnittbild der Fig. 1.

F i g. 7 ein Schema der Arbeitsweise des Manipulatorarmes.

Fig. 8, 9 und 10 in dem Arm eingebaute Zahnrädergetriebe in schematischer Darstellung,

Fig. 11 ein Schema der Bewegungsmöglichkeiten des Manipulatorarmes.

Die Erfindung wird nun in ihren Einzelheiten anhand der in F i g. 1 bis F i g. 6 dargestellten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Wie F i g. 1 zeigt, besteht der erfindungsgemäße Manipulator aus einem Gelenkarm A, einem waagerecht schwenkbaren Paar von Gehäusen Y und einem ortsfesten Grundgestell X. Jener Gelenkarm A besteht aus einem Grundarm A₁, einem Hauptarm/J₂, einem Hilfsarm A₃, einem Greifarm A₄ und einer Greifvorrichtung Ay Der Grundarm A₁ ist viel kürzer als der Hauptarm A_n und als der Hilfsarm A₃ und ist nur in senkrechter Ebene schwenkbar, was weiter unten in dieser Beschreibung noch erläutert wird. Der Hauptarm/4, und der Hilfsarm A₃ sind viel langer als der Grundärm/lj und sind einander gleichlang (s. F i g. 2); sie entsprechen dem Arm des menschlichen Körpers. Der Greifarm A₄ entspricht der Hand, die Greifvorrichtung A j den Fingern des menschlichen Körpers. Die Arme A₁, A₂, A₃ und /I₄ sind einander in folgender Weise angelenkt:

Am inneren Ende des Grundarmes/4, ist eine erste Gelenkwelle B₁ angeordnet (s. Fig. 2 und 4); diese wird mit einer Antriebsmaschine gekuppelt. Am vorderen Ende des Grundarmes A₁ ist eine zweite Gelenkwelle B₂ angeordnet; diese ähnelt dem Schultergelenk, und an ihr ist der Hauptarm A₂ angelenkt. Am vorderen Ende des Hauptarmes A₁, ist eine dritte Gelenkwelle B₃ angeordnet; sie entspricht dem Ellbogengelenk, und an ihr ist der Hilfsarm A₃ angelenkt. Und am vorderen Ende des Hilfsarmes A₃ ist eine vierte Gelenkwelle B₄ angeordnet; sie entspricht dem Handgelenk, und an ihr ist der Greifann /I₄ angelenkt. Die Arme A₁, A₂, A₃ und A_t sind in gemeinsamer Lbeiic frei um die Achsen der Gelenkwelle! B_y B.„ B_:i und B₄ schwenkbar. Damit der crfindungs gemäße Manipulator einen Gegenstand, den er mittel der Greifvorrichtung/!- ergriffen hat, an einem vor gewählten Platz in vorgewählter Weise nicdcrlegci kann, ist ei' mit fünf einzelnen Bctätigungs-Zahn rüdergetrieben versehen:

1. Das erste Betätigungs-Zahnrädergetriebe dien dazu, einen mittels der Greifvorrichtung A. ergrif

ίο fcnen Gegenstand in waagerechter Ebene zum orls festen Grundgcstell Λ' hin- und von diesem wcgzu bewegen. Genauer gesagt: Dieses erste Zahnräder getriebe ist ein sogenanntes Streckbewcgungs-Ge triebe; es arbeitet, wenn der Hauptarm A₂ um dii an seinem inneren Ende angeordnete zweite Gelenk welle Z?., um einen bestimmten Winkel aufwärts odc abwärts geschwenkt werden soll, in der Weise, dal der Hilfsarm A₃ um die dritte Gelenkwelle B._s in de gemeinsamen Schwenkebene um einen gleichen Win kel abwärts bzw. aufwärts geschwenkt wird.

2. Das zweite Zahnrädergetriebe hilft, den Gegenstand in senkrechter Richtung zu bewegen. Wenn die zweite Gelenkwelle B₂ um die erste Gelenkwelle/? herumbewegt und der Hauptarm A„ um die zweite Gelenkwelle ß„ in gemeinsamer Ebene um einen bc stimmten Winkel — dies kann ein absoluter Winke oder er kann von der Waagerechten aus gemesser sein — aufwärts oder abwärts geschwenkt wird dann wird auch der Hilfsarm A₃ um die dritte Gclenkwelle B_:] in gemeinsamer Ebene um einen gleichen absoluten Winkel aufwärts oder abwärts geschwenkt. Anders gesagt: Das zweite Betätigungs-Zahnrädergetriebe kann als Aufwärts-Abwärts Schwenkgetriebe bezeichnet werden, das dazu dient.

den Hauptarm A„ und den Hilfsarm A₃ zusammer aufwärts oder abwärts zu schwenken, als wären sie zusammen ein einziger gerader Arm.

3. Das dritte und das vierte Zahnrädergetriebe sind ein Aufwärts-Abwärts-Schwenkgetriebe bzw. eir Verdreh-Getriebe für den Greifarm A₄ und für die Greifvorrichtung A-. Genauer gesagt: Diese Getriebe dienen dazu, den Greifarm /I₄ und die Greifvorrichtung A. in bestimmter Stellung zu halten, damit diese den in eine bestimmte andere Lage zu verbringenden Gegenstand ergreifen und in bestimmter Weise behandeln kann.

4. Das fünfte Zahnrädergetriebe dient dazu, das waagerecht schwenkbare Paar von Gehäusen Y urr 360° in bezug auf das ortsfeste Grundgestell X zx.

schwenken, so daß sowohl der ganze Gelenkarm ah auch der von ihm gehaltene Gegenstand um 360" in waagerechter Ebene geschwenkt werden kann.

Erfindungsgemäß wird ein Gelenkarm, der derr Arm und der Hand des menschlichen Körpers entspricht und der aus vier Armteilen besteht, mittels der oben beschriebenen fünf voneinander gesonderten Betätigungs-Zahnrädergetriebe betätigt. Zurr besseren Verständnis der Erfindung werden nun die Bauart die Betriebsweise und die Wirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung im folgenden beschrieben, insbesondere in Verbindung mit den genannten fünf Betätigungs-Zahnrädergetrieben.

Zunächst wird das Waagerecht-Schwenkgetriebe das den ganzen Gelenkarm A in waagerechter Ebene um 360" schwenken soll, beschrieben. Das schwenkbare Paar von Gehäusen Y (s. Fig. 1) ist auf dei waagerechten oberen Fläche des ortsfesten Grundgestells X so angeordnet, daß die Bodenfläche des

schwenkbaren Gchüusc-Paares Y und die Dcckflächc des ortsfesten Gestells X aneinander anliegen. Das schwenkbare Gehäuse-Gestell Y kann mittels irgendeiner geeigneten Antriebsvorrichtung um eine (nicht gezeichnete) senkrechte Achse um 360 geschwenkt werden. In zwei Traglagcrböcken 5. von denen je einer an je einer Seite jedes Gehäuses Y angeordnet ist, ist die erste Gelenkwelle B₁ von geeigneter Länge gelagert. Der Gelenkarm A ist auf dieser ersten Gelenkwelle Zi₁ schwenkbar gelagert. Das Zahnrädergetriebe, welches zum waagerechten Schwenken des Ganzen dient, ist so angeordnet, daß es das waagerecht schwenkbare Gehäuse-Paar Y zusammen mit dem Gelcnkarm A vorbeigehen läßt.

Als nächstes sei nun das Strcckbcwcgungs-Zahnrädergetriebc und das die Aufwärts-Abwärts-Schwcnkbcwcgung bewirkende Zahnrädergelriebe zusammen beschrieben. Zum Verständnis der Arbeitsweise sei bemerkt, daß in der folgenden Beschreibung mit dem Ausdruck »Drehung« der Arme und oder der Getriebe gesagt sein soll, daß ein sichtbarer Unterschied zwischen der vor und der nach dem Arbeiten beobachteten Stellung der Arme und oder der Getriebe vorhanden ist. Anders gesagt: Die Arme und oder die Getriebe gelten als gedreht oder nicht gedreht je nach der Änderung ihrer absoluten Winkelstellung. Zum Beispiel soll hinsichtlich der Beziehung zwischen dem Hilfsarm /f., und dem Greifarm A₄ es bei Aufwärts-Abwärts-Schwenkbcwegung des Hilfsarmes/l.! dann, wenn der am vorderen Ende des Hilfsarmes /1., angelenkte Greifarm A₄ zusammen mit dem Vorderende des Hilfsarmes/L₁ verschoben wird und dabei seine waagerechte Stellung beibehält, besagen, daß der Hilfsarm A₃ gedreht, aber der Greifarm A₄ nicht gedreht worden ist. Soweit die Relativ-Stcllung zwischen dem Hilfsarm/I₃ und dem Greifarm A_x betroffen ist, bringt solcher Vorgang eine Änderung der Winkel-Beziehung zwischen diesen Armen mit sich, und daher könnte es scheinen, daß beide Arme gedreht worden seien. Aber in der folgenden Beschreibung wird die Frage, ob der Arm und oder das Getriebe gedreht worden sind, ausschließlich nach der absoluten Winkelstellung des Armes und oder des Getriebes beantwortet werden.

Nun seien die Grundbedingungen für die Erzeugung der genannten Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und Streckbewegung erörtert anhand der F i g. 7, welche das Arbeitsprinzip des erfindungsgemäßen Gelenkarmes erläutert. In der Stellung, in der der Hauptarm A₂ und der Hilfsann A₃ sich längs einer waagerechten Geraden erstrecken, wie in vollen Linien gezeichnet, wird die Linie, die sich zwischen der Mitte O., der zweiten Gelenkwelle B₂ für den Hauptarm Al und der Mitte O₄ der am inneren Ende des Greifers A₁ angeordneten vierten Gelenkwelle B₄ erstreckt, als Bezugslinie bezeichnet. Es wird ersichtlich sein, daß jedesmal, wenn der Greif arm A_x entlang dieser Bezugslinie waagerecht zur Mitte O₂ der zweiten Gelenkwelle B₂ hin bewegt wird, ein gleichschenkliges Dreieck entsteht, dessen Grundlinie sich längs der Bezugslinie erstreckt und beliebige Länge hat und dessen schräge Seitenlinie gleiche Länge wie der Hauptarm A., und der Hilfsarm A_% haben. Umgekehrt wird, wenn der Hauptarm A„ und der Hilfsarm A ₃ relativ zueinander bewegt werden, so daß diese Arme und die Bc/ugslinie ein gleichMrhcnkeiicc^ Dreieck bilden, dann der Greifarm -L waagerecht länszs der Bezugslinie geführt werden.

Wenn (s, F i g. 3) die vierte Gelenkwelle B₄ des Greilarmcs A, in die durch strichpunktierte Linien dargestellte Lage B₄,, bewegt und dabei die ursprüngliche absolute Neigung des, Greifarmes/1, ungeachtet S der Streckbewegung der Arme /1,, und A_x beibehalten wird, dann wird der Drchwinkel der Arme /L, A._t und A_x wie folgt:

Angenommen, die zweite Gelenkwelle B₂ für den Hauptarm A₁, wird entgegen dem Uhrzeigersinn um

ίο einen Winkel" Θ gedreht: Dann wird die dritte Gelenkwelle B_r um die der Hilfsarm A^ geschwenkt wird, in der gleichen Drehrichtung um einen gleich großen Winkel Θ gedreht werden und die vierte Gelenkwelle B₄, an der der Greif arm A₄ angclenkt ist, unvcrdreht bleiben. Dasselbe gilt für Drehung in umgekehrter Drehrichtung.

Die nun nächste Betrachtung gilt derjenigen Betätigung, bei der alle Arme A_n, Α._Λ und A_x aufwärts und abwärts geschwenkt werden, aber die Relativstellung zwischen dem Hauptarm A.-, und dem Hilfsann A_a ungeändcrt und ebenfalls die absolute Winkelstellung des Greifarmes A ₄ unverändert bleibt. Wenn z.B. die vierte Gelenkwelle B₁, an der der Greifarm A, angelcnkt ist, in die mit strichpunktierten Linien dargestellte Lage bewegt und die zweite Gelenkwelle ß.„ an der der Hauptarm A.-, angelenkt ist, entgegen dem Uhrzeigerdrehsinn um einen Winkel (-)„ gedreht wird, dann wird die dritte Gelenkwelle B.,, an der der Hilfsarm A_z angelcnkt ist. in der gleichen Drehrichtung um den gleichen Winkel θ₂ gedreht werden und die vierte Gelenkwelle B₄. an der der Greif arm A₄ angelenkt ist. unverdreht bleiben.

Die oben genannten Winkeländerungen (oder absoluten Winkelstellungen) jedes Armes bei der Streckbewegung und Aufwärts-Abwärts-Schwcnkbewcsjune lassen sich zusammenfassen wie folgt:

Slrcck-EU: we eu η ε

Aufwärts-

Abwiirts-

Bewegune

Hauptarm A.,	-Θ,	-Θ
Hilfsarm A„	Null	-0
45 Greifarm A₄	Null

Damit diese Bedingungen erfüllt werden, ist zwischen je zwei einander benachbarten Gelenkwellen E ein Planeten-Zahnradgetriebe E besonderer Bauar angeordnet. Die einzelnen Zahnräder sind in der besonderen Beziehung angeordnet, daß sie Planetensysteme E bilden. Die Wirkungsweise dieser Planeten-Zahnradgetriebe wird im folgenden anhand dei F i g. 8. welche das Funktionsprinzip dieser Getriebf erläutert, beschrieben.

In der Zeichnung trägt die im schwenkbaren Ge häuse Y befestigte erste Gelenkwelle B₁ ein auf ih: drehfestes Sonnenrad S_d und ein auf ihr drehbare! Antricbszahnrad C des Streckbewegungs-Zahnräder getriebes und ein ebenfalls auf ihr drehbares An triebszahnrad D des Zahnrädergetriebes für die Auf wärts-Abwärts-Schwenkbewegung. Der Grundarm A ist fest mit dem Antriebszahnrad D verbunden, so dal er in Übereinstimmung mit dem Antriebszahnrad L arbeitet. Im Grundarm A, ist drehbar die zweite Γ-e lenkwelle B, für den Hauptarm A_n gelagert: auf diese Welle ist drehbar ein Sonnenrad S₁ des Streckbewe gungs-Zahnrädersysterns und ein Planetenzahnrai

■111

P₁₁₁, das drehfest mit dem Sonnenrad S verbunden ist, Planctenrad I angeordnet. Auf der zweiten Gelenkwelle Z?., ist fei- den Hauptarm Her ein zusätzliches Planeten-Zahnrad P.,_ü angeordnet, lind zwar drehfest mit ihr verbunden. Die Planetenräder P₁J und P₂j kämmen mit dem Sonnenrad Sj 5 bzw. mit dem Äntriebszahnrad C. An einer ausgewählten Stelle auf dem Hauptarm A₂ ist drehbar eine Welle H₁. gelagert, auf der drehfest ein Planctcnzahnrad P_c nahe dem einen Ende und ein Zwischenzahnrad M₁- nahe dem anderen Ende der Welle angeord- io net ist. Im vorderen Ende des Hauptarmes A₂ ist drehbar die dritte Gelenkwelle Z?._f gelagert; mit dieser sind drehfest das innere Ende des Hilfsarmes Α._Λ und ein Übertragungs-Zahnrad T₁. verbunden. Im oben beschriebenen Zahnrädergetriebe besieht das Plane- 15 tengctriebe E₁. für die Streckbewegung aus dem Sonnenrad S₁.. dem Planetenrad P_n dem Zwischenrad AZ₁. und dem Übertragungsrad T₁.. Diese Zahnräder S₁ , P₁, M₁. und T₁. sind so entworfen, daß sie ein Getriebeverhältnis haben, welches der Beziehung 20

10

und die zweite Gelenkwelle /?., 1., entgegen dem Uhrzeigersinn

/y/f₇ Umdrehungen

fü u π

(oder 1 β Umdrehungen) und gleichzeitig das Pia

iietcnrad P₁ ,· um

Umdrehungen. Daher zahnrad T₁. um

t, t-

drcht sich das Übertragung

Umdrehungen. Da

tc't-. =

₇. also

t't. = Null

Wf₁-J₄ = 2

genügt, worin i_r /^, /., und Z₁ die Anzahl der Zähne der Räder 5,., P_n M₁. und T₁. — in dieser Reihenfolge — bedeuten.

Das Planetenzahnrädergetriebc E_d für die Aufwärts-Abwärts-Bewegung besteht aus einem Sonnenrad S₍i. einem Antriebszahnrad C und Planetenrädern

ist, wird der drehsinn um

Hilfsarm A₃ entgegen dem Uhrzeiger-

1 -i-

— C-) Umdrehungen) gemit der oben anue»ebenen

P₁₁, und P_2d. Das Drehzahlverhältnis zwischen diesen Rädern S_d. C. P_vl und P._ld genügt einer Beziehung

Ut. ■ f₌ = 1

Γ. P._c! bzw. P..j —

ten. Daher wird.

?_s. t. und ?, die Zähnezahl der

in dieser Reihenfolge
wenn das Sonnenrad S,

Grundarm A₁ oder das Antriebsrad D des Zahnrädergetriebes für die Aufwärts- und Abwärtsbewegung blockiert werden und das Antriebsrad C allein im Uhrzeigersinn um eine Umdrehung (oder — 1 Umdrehung) gedreht wird, dann das Planctenrad P_id und daher die Gelenkwelle ß„ für den Hauptarm A., enteeszen dem Uhrzeieerdrehsinn um /_k /- Umdrehunsen Umdrehungen (oder

schwenkt. Ein Vergleich

Tabelle zeigt, daß dieses Eruebnis den Bedingungen

fur das Erzeugen der Aufwarts-Abwans-ScWenkbe-

wegung genügt. Die obengenannte Streckbewegung

und Aulwärts-Abwärts-Schwenkbeweguiv werden

zusammengefaßt wie folgt:

Zunächst hinsichtlich der Streckbewesun»: Die Kratt. die der (nicht gezeichnete) Antriebsmotor dem _D... _c Äntriebszahnrad C des Zahnrädercctricbes für die

Kader S,. 35 Streckbewegung mitteilt, wird nur auf das Planeten- ·—· i..' "■■" -■>">!hi din uen Hauptarm A,. aber nicüt aut das Sonnenrad 5, übertragen. Da die zum PIaneienzahnrädergetricbc E₁. «ehörisen Zahnräder miteinander in besonders ausgewähltem Übersetzungsverhältnis kämmen, wird die Aufwärts-Abwäris-

und der Schwenkbewegung um die zweite Gelenkwelle /3, um einen bestimmten Winkel eine Drehung des" am unteren Ende des Hilfsarmes A., angeordneten Iber-

nrsz.nhnrniloc T ,,^,, „: ^. ,

egen üem unrzcigerclrehsmn um /, /. Umdrehungen tragungszahnrades T. um einen cntsnrechendpn Wir '-) Umdrchuimen) gedreht. Infolgedessen dreht sich 45 kcl in der bleichen Eben,^vZ ν λ IZ ι ,.

das
welle

. für den Hilfsarm A₃ um

Vt

's

gleichen Winkel wie der Hauptarm A,. aber in der zur Schwenkrichtung des Hauptarmes Λ, entgegengesetzten Drehrichtung. Dementsprechend wird der

Hilfsarm A₃ aufwärts oder abwärts in entgegengesetzter Richtung, aber um einen gleichen Winkel wie der Hauptarm A₂ geschwenkt. Dies bedeutet, daß der Hauptarm A₂ und der Hilfsarm A. eine Streckbewegung in der gemeinsamen Ebene ausführen

Bei der Aufwärts-Abwärts-Schwenkbeweoune wird andererseits die Kraft, die der (nicht gezeichnete) Antriebsmotor dem Antriebszahnrad D des Zahnrädergetriebe* für die Aufwärls-Abwärts-Schwenkbewegung mitteilt, auf den am Antriebszahnrad D be-

festigten Grundarm Zi₁ übertragen, so daß der Grundarm A₁Um die erste Gelenkwelle B. geschwenkt wird. Dadurch wird die zweite Gelenkwelle B_a um die erste Gelenkwelle B₁ herumbewegt, und hierdurch werden die Planetenräder P_ld und P_aJ gedreht. Anders gesagt:

Umdrehungen. Dies heißt, daß die Gelenkwelle Β_Λ für den Hilfsarm A₃ sich im Uhrzeigersinn um tg,'t. Umdrehungen (oder minus θ Umdrehungen) dreht; denn, wie vorher erwähnt, ist

*a ■ Wt₁ ■ h = 2 .

Ein Vergleich mit der oben angegebenen Tabelle zeigt, daß diese Ergebnisse den Bedingungen für das Erzeugen der Streckbewegung genügen.

Andererseits wird, wenn das Sonnenrad 5,, und das Antriebszahnrad C blockiert werden und das Antriebszahnrad D des Zahnrädergetriebes für die Auf-

wärts-Abwärts-Bewegung entgegen dem Uhrzeiger- ^ ^ ^₁₁

drehsinn um eine Umdrehung gedreht wird, der 65 Wenn der Hauptarm A., geschwenkt wird, dann dreht Grundarm A₁ um die erste Gelenkwelle B₁ gedreht sich das Sonnenrad S_c gleichzeitig. Da die Zahnräder und die zweite Gelenkwelle B„ um die erste Gelenk- ^r "~ " ' " ^

welle B₁ herumbewegt. Infolgedessen drehen sich das S_i:. C. P_ld und P_sü mit einer vorgewählten Anzahl \on /ahnen versehen sind, so wird, wenn der Haunt-

arm Α., um die zweite Gelenkwelle ß„ um einen beslimmlcn Winkel herumgeschwenkt wird, das am unteren Ende des Hilfsarmes A._t befestigte Übertragungszahnrad T₁. ebenfalls um einen entsprechenden Winkel gedreht. Die Drehrichtung und der Drehwinkel des Ubcrtragungszahnrades 7',. sind genau gleich d.Micn des Hauptarmes /1.,. Dementsprechend werden der Hilfsarm A₃ und der Hauptarm A., in gemeinsamer Ebene in gleicher Richtung und um gleichen Winkel wie der Hauptarm von A„ aufwärts oder abwärts geschwenkt. Dies besagt, daß der Hauptarm A., und der Hilfsann A₁ aufwärts oder abwärts geschwenkt werden, wie wenn sie ein einziger Bauteil wären.

Nun wird die praktische Bauart dieses Getriebes für die Aufwärts-Abwärts-Bewegung anhand der Fig. 2, 4 und 5 beschrieben; darin sind Bauteile, welche wesentlich gleiche Funktion wie diejenigen der F i g. 8 haben, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Was die Art der Verbindung zwischen den Wellen, Zahnrädern und Armen anbetrifft, gibt es da einigen Unterschied zwischen dem Prinzipbild und der Ausführung. Bei der gezeichneten Ausführung ist das Übersetzungsverhältnis /wischen dem Sonnenrad .V₁. dem Planetenrad P₁, dein Zwischenzahnrad A/, und dem Übcrlragungszahnrad 7',. — diese Räder zusammen bilden das Rädergetriebe für die Streckenbewegung — gleich dem oben mit Bezug auf das Prinzipbild beschriebenen. Das gleiche trilTt zu auf das Sonnenrad Sj, auf das Antriebszahnrad C und die Planetenräder P_ld und P.,_d, welche zusammen das Planetengetriebe E₁₁ für die Aufwäns-Abwärts-Sehwenkbewegung bilden.

Wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich, trägt die im waagerecht schwenkbaren Gehäuse Y befestigte erste Gelenkwelle B₁ ein Paar einander ähnlicher Grundarme A, und drei auf ihr zwischen diesen beiden Grundarmen A₁ gelagerte, voneinander getrennte Antriebszahnräder S₁,, C un'i D. Die Räder S₁, und C sind in ihren zentralen Bohrungen mit Lauibuchsen 10,.· bzw. 1O₁. versehen, so daß sie auf der Gelenkwelle B₁ frei drehbar sind. Das Antriebszahnrad Π und das Paar Grundarme A₁ sind mit dieser ersten Gelenkwelle B₁ betrieblich gekuppelt durch Keilnuten 91 oder durch einen Stift 91.,. so daß, wenn das Antriebszahnrad D gedreht wird, auch diese erste Gelenkwelle B₁ und das Paar der Grundarme .4, gleichzeitig gedreht wird.

Das Sonncnrad S_d ist im waagerechten schwenkbaren Gehäuse Y durch ein beliebiges Mittel so befestigt, daß es seine Stellung in bezug auf dieses Gehäuse Y ungestört durch die Drehung der ersten Ge lenkwelle B₁ stets unveränderlich beibehält. Das Antriebszahnrad C, das dem Gelenkarm eine Streckbewegung erteilen soll, kämmt mit einem (nicht gezeichneten) Zahnrad, das auf der Antriebswelle eines geeigneten Antriebsmotors, z. B. eines Schrittmotors, angebracht ist; es bildet den Anfangs-Teil des Kraftübertragungsgetriebes, das dem Gelenkarm A eine Streckbewegung erteilen soll.

Das Antriebszahnrad D, das dem Gelenkarm A eine Aufwäris-Abwärts-Schwenkbewegunii erteilen soll, ist mit einem anderen Antriebsmotor in ähnlicher Weise wie das Antriebszahnrad C verbunden: es bildet den Anfangs-Teil des Getriebes für die Autw;irt>Abwärts-Bewegung des Gelenkarmes A.

Die am unteren Ende des Hauptarmes A., angeordnete zweite Gelenkwelle B., ist in waagerechter Lan.:

in den Vorderenden der Hauptarme A, gelagert, so daß sie um die erste Gelenkwelle B₁ herumbewegt werden kann und dabei stets ihre waagerechte Lage beibehält.

Zwischen den beiden Grundarmen A₁ und der zweiten Gelenkwelle B., sind zwei Lagerbuchsen 82 angeordnet, so daß die zweite Gelenkwelle in den Grundarmen A, frei drehbar gelagert ist.

Nun wird der einen Bestandteil des vielgclenkigcn

ίο Armes Λ bildende Hauptarm A., beschrieben. Wie aus F i g. I ersichtlich, erstreckt sich der Hauptarm.')., längs einer Linie, welche die erste Gelenkwelle B_x im rechten Winkel schneidet. Der Hauptarm /f., weist ein Gehäuse 101, welches den ganzen Hauptarm .-f., einhüllt, und ein Zahnrädergclriebe auf, das später beschrieben wird.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich, ist der Hauptarm A., an seinem unteren Ende auf der zweiten Gelenkwelle B., gelagert, und zwar mit dieser mittels Keilnuten 92 drehfest verbunden. In einem hohlen Innenraum des Hauptarmes A., ist ein Streckbewegungs-Zahnrädcrgctriebe angeordnet, welches die Drehung des Antriebszahnrades C auf den Hauptarm A., und auf den Hilfsarm Α._Λ übertragt. An einer auf der Länge des Armes ausgewählten Stelle ist im Ann eine nicht drehban; Achse 11,. parallel /ur /weiten Gelenkwelle B., angeordnet. Der Hauptarm .■!., trägt feiner an seinem Vorderende die dritte Gelenkwelle /j.,, welche sich parallel zur zweiten Gelenkwelle Ii., erstreckt. Diese dritte Gelenkwelle Ii.. ist im Hauptarm A., mittels eines Paares von Lagerbüchsen 83 (Fig. 5) so gelagert, daß sie relativ zum Hauptarm A., frei drehbar ist. Der Hauptarm .-!., trägt ferner eine sich axial erstreckende, drehbare Welle 12,; diese Welle 12,. ist im Hauptarm A., in zwei Lagerbuchsen 13, (Fi g. 4. 5) frei drehbar gelagert.

In Verbindung mit den tjen.-.nnten Wellen sind das Streckbewegungs-Zahnrädcrgetriebe und ein Teil des Zahnrädergetriebes für die Aulwäns-Abwärts-Schwenkbewegung angeordnet; sie bestehen aus den Pbnetenrädcrn P₁₁₁- und P.,,,, dem Sonnenrad S₁. dem Planetenrad P₁. dem Zwischenrad Λ/,. dem C'beriragungszahnrad T_c und Zahnrädern 14,. 15,. Wie Fig. 4 zeigt, sind die Planetenräder P,,,- und P.., auf der zweiten Gelenkwelle B., angeordnet. Das Planetenrad P.,,, ist mit der zweiten Gelenkwelle />., mittels Keilnuten 92 drehfest gekuppelt und kämmt mit dem den Arm streckenden, auf der ersten Gelenkwelle ß, angeordneten Antriebszahnrad C. Zwischen dem PIanetenrad P, _d und der ersten Gelenkwelle B„ ist eine Laufbuchse 16, angeordnet, mittels deren das Planetenrad P₁,, sich frei drehen kann. Das auf dem verjüngten Außendurchmesser des Planetenrades P₁,; angeordnete Sonnenrad 5,. ist mit dem Planetenrad P₁,, drehfest gekuppelt, so daß diese beiden Räder P₁₁₁ und S₁ zusammen gedreht werden können. Das Planetenrad P, _d kämmt mit dem auf der ersten Gelenkwelle B₁ gelagerten Sonnenrad S₁₁, während das Sonnenrad S_d mit dem Planetenrad P_r kämmt, das auf der nicht drehbaren Achse 11, gelagert ist.

Das Zwischenzahnrad M₁. und das Planetenr^d P₁, das auf dem im Durchmesser verjüngten Teil des Zwischenzahnrades Ai angeordnet ist, sind mittels eines Stiftes 18_r drehfest miteinander gekuppelt, so daß mc sich zusammen drehen. Zwischen dem Zwischenzahnrad Λ/,, und der drehfesten Achse 11, ist eine Laufbuchse 19_r angeordnet, so daß das Zwischenrad M_c sich frei drehen kann. Das Zwischen-

zahnrad M_c kämmt mit dem Zahnrad 14,., das durch Keilnuten 2O₁. drehfest mit der drehbaren Welle 12, gekuppelt ist. Wie Fig. 5 zeigt, ist das Zahnrad 15, auf dem Vorderende der drehbaren Welle 12,. mitteis Keilnuten 21_f drehfest angeordnet und im Eingriff mit dem Übertragungszahnrad T_c, welches drehfest auf der dritten Gelenkwelle Β_Λ angeordnet ist.

In ähnlicher Weise, wie oben anhand der Prinzipzeichnung beschrieben, besteht das Planetenzahnrädergetriebe E_c für die Streckbewegung aus dem Sonnenrad S_c, dem Planetenrad P_c, dem Zwischenrad M_c und dem Übertragungsrad P_c. Diese Zahnräder sind so gewählt, daß sie ein Übersetzungsverhältnis haben, welches einer Beziehung

genügt, worin /,, /„, t_n und r₄ die Anzahl der Zähne des Übertragungsrades T_n des Zwischenrades M₁., des Planetenrades P₁. und des Sonnenrades S₁. — in dieser Reihenfolge — bedeuten.

In ähnlicher Weise besteht das Planeten-Zahnrädergetriebe E_d für die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung aus dem Sonnenrad S_d, dem Antriebsrad C und den Planetenrädern P₁₁, und P_{2 rf}. Diese Zahnräder sind so gewählt, daß sie ein Übersetzungsverhältnis haben, welches einer Beziehung

genügt, worin t_G, r_g, i₅ und t. die Zähnezahlen des Sonnenrades S_d, des Antriebsrades C und der Planetenräder P₁,, und P₂,, — in dieser Reihenfolge — bedeuten.

Die Vorteile der beschriebenen Getriebe-Anordnung seien nun im folgenden zusammengefaßt:

1. Die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und die Streckbewegung des vielgelenkigen Armes können getrennt voneinander oder gleichzeitig gesteuert werden. Bei der Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung kann der aus dem Hauptarm A₂ und dem Hilfsarm A_n bestehende Gelenkarm um die erste Gelenkwelle £, so geschwenkt werden, als wäre er ein einziger Bauteil ; bei der Streckbewegung dagegen bewegt sich das Vorderende des Hilfsarmes A_x zur zweiten Gelenkwelle B₂ hin und vor ihr weg längs einer Linie, die sich radial von der Achsmitte der zweiten Gelenkwelle B., aus erstreckt. Die Schwenkbewegung und die Streckbewegung können entweder gleichzeitig oder einzeln gesteuert werden. Das Vorstehende bedeutet, daß die Bewegung des Gelenkarmes von einer einzigen, getrennt gebauten Steuerungseinrichtung getrennt gesteuert werden kann.

2. Ferner ist das Getriebe so angeordnet, daß die zweite Gelenkwelle B₂ und die entsprechenden Teile des zwischen dem Hauptarm A₂ und dem Hilfsarm A_n befindlichen Gelenks nur sich drehende Getriebeteile enthalten. Deshalb lassen sich größere nutzbare Drchwinkel sowohl bei der Aufwärts-Abwärts-Schwenkbcwcgung als auch bei der Streckbewegung erreichen.

3. Bei der Streckbewegung können der Hauptarm A₂ und der Hilfsann A_n nach Wahl zu einer mit ihrem Mittcngelenk aufwärts oder abwärts weisenden Stellung geschwenkt werden. Wenn bei einem mit einem Fenster 85 versehenen Gehäuse 86 (s. Fig. 11) in dem hinter der oberen Vorderwand befindlichen Innenraum-Teil 87 oder in dem hinter der unteren Vorderwand befindlichen Inneriraum-Teil 88 eine bestimmte Arbeit ausgeführt werden soll, sind die bisher bekannten, nach Kreiszylinder- oder nach Kugel-Koordinaten arbeitenden Manipulatoren wegen ihres beschränkten Arbeitsbereiches ganz unbrauchbar. Dagegen kann man mit diesem erfindungsgemäßen, mit vielgelenkigen Arm ausgestatteten Manipulator arbeiten, als wäre er Arm und Hand eines lebenden

ίο Menschen; denn er ergibt größere Anpassungsfähigkeit und weit größeren Arbeitsbereich im Betrieb.

In F i g. 4 Ist das auf der zweiten Gelenkwelle B₂ angeordnete Planetenrad P₁ _d im Eingriff mit dem auf der ersten Gelenkwelle B₁ angeordneten Sonnenrad.

In Abwandlung dessen aber kann man das Planetenrad P_ld weglassen und das auf der zweiten Gelenkwelle B., angeordnfite Sonnenrad S_c unmittelbar mit dem auf der ersten Gelenkwelle B₁ angeordneten Sonnenrad S,, kämmen lassen. In diesem Fall kann das Unterset7ungsvcrhältnis zwischen den Sonnenrädern S₁. und S,,, dem Planetenrad P₂ _d und dem Antriebsrad C so gewählt werden, daß es einer Beziehung

'c' V*4" 's ⁼ *

genügt, worin /₄, /₆, t- und /₈ die Zähnezahlen der Sonnenräder S₁- und S,,, des Planetenzahnrades P„_d und des Antriebsrades C — in dieser Reihenfolge — bedeuten. Ferner kann die Art der Verbindung zwischen jeder Gelenkwelle B und dem entsprechenden Teil-Arm A umgekeht oder passend geändert werden. Zum Beispiel kann man das Antriebszahnrad D und den Grundarm A_v anstatt sie mit der ersten Gelenkwelle B₁ mittels Keilnuten drehfest zu kuppeln, auf dieser Gelenkwelle B₁ relativ zu dieser frei drehbar anordnen und dafür das Antriebsrad D und den Grundarm A_x auf ihr mittels Stiftes oder in ähnlicher Weise drehfest montieren. Ferner kann man solche Änderung auch auf die zweite Gelenkwelle B₂, auf das Planetenrad P., und den Hauptarm A„ anwenden. Und man kann, wenn man das Ubertragungs-Zahnrad P_c und den Hilfsarm A₃ starr miteinander, z. B. mittels Stiftes oder in ähnlicher Weise, verbindet, die dritte Gelenkwelle B₃ frei um die Arme A₂ oder A_n drehbar oder starr mit dem Hauptarm A₂ gekuppelt anordnen.

Nun sollen das Zahnrädergetriebe für die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und das Zahnrädergetriebe für die Verdrehung des Greifarmes A₄ beschrieben werden. Diese Zahnrädergetriebe dienen dazu, den Greifarm A_A und die Greifvorrichtung A_h unabhängig von der Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung des Grundarmes A₁, des Hauptarmes A₂ und des Hilfsarmes A_n in einer absoluten Winkelstellung oder in einer gesteuerten Winkelstellung zu halten.

Anhand der Prinzip-Zeichnung der F i g. 9 sei die Wirkungsweise dieser Getriebe erläutert. Das dargestellte Getriebe besteht aus einem Gehäuse 73, einer in diesem Gehäuse starr befestigten Treibwelle 71, einem auf dieser Treibwelle 71 drehbar gelagerten Sonnenrad S, einem Planetenrad P, welches mit diesem Sonnenrad S kämmt und sich um die Treibwelle 71 dreht, einem Zwischenrad M, das mit dem Planetcnrad P koaxial gekuppelt ist, einem Übertragungsrad 7". welches mit dem Zwischenrad M kämmt und sich um die Treibwclle 71 herumbewegt, und einer cetriebencn Welle 72, die drehfest mit dem Ubertra-

gungsrad T gekuppelt ist, so daß sic sich sowohl um ihre eigene Achse dreht als auch zusammen mit dem Übertragungsrad T um die Tieibwelle 71 herumbewegt.

Dieses Zahnrädergetriebe liefert Planetengetriebe E, und E_n für die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und für die Verdreh-Bewegung des Greifannes. Das Untersetzungsverhältnis zwischen dem Übertragungszahnrad T, dem Zwischenzahnrad M, dem Planetenrad P und dem Sonnenrad 5 ist so gewählt, daß ίο es einer Beziehung

¹O

genügt, worin t,', t₂, t₃' und t₄ die Zähnezahl der Zahnräder T, M, P und 5 — in dieser Reihenfolge — bedeuten. Unter diesen Voraussetzungen dreht sich, wenn die Treibwelle 71 um eine Umdrehung gedreht und dabei das Sonnenrad S blockiert wird, das Übertiasungsrad T um

- V · W · h' = Null

Umdrehungen, wenn

ist. wie oben erörtert. Mit anderen Worten: Selbst wenn das Gehäuse 73 um die Treibwelle 71 gedreht wird, bewegt sich das Planctenrad P nur parallel zu sich selbst und ohne Drehung, sofern nicht das Sonnenrad S gedreht wird.

Wenn das Sonnenrad gedreht wird, aber das Gehäuse 73 in fester Stellung verbleibt, dann wird das Übertragungsrad T in der gleichen Richtung um einen gleichen Winkel gedreht. Aus dem oben Gesagten wird ersichtlich sein, daß die Planetenzahnrädergetriebe E₁ und E₁, auch die Übertragungsaufgabe erfüllen.

Fi g. 10 zeigt eine Abwandlung des in Fig. 9 dargestellten Geräts; bei ihr dienen als Zwischenglieder zwischen dem Übertragungszahnrad T und dem Zwischenzahnrad M Kegelräder 16, 1.8 und eine Welle 17. Die beiden Kegelräder tragen gleiche Zähnezahl. Bei solcher Anordnung ist der Abstand zwischen den Zahnrädern M und T vergrößert, und das Gehäuse 73 und dementsprechend auch die Arme A₂ und /f., können auf jede gewünschte Länge ausgedehnt werden. Diese abgewandelte Ausführungsform der Fig. 10 ergibt ähnliche Wirkungen wie die Ausführungsform nach Fi g. 9. Das Planetenrädergetriebe E₁ von der beschriebenen Bauart und Wirkung ist zwisehen der ersten und der zweiten Gelenkwelle B₁ bzw. /].,. zwischen der zweiten und der dritten Gelenkwelle B₁ bzw. B„ und zwischen der dritten und der vierten Gelenkwelle B., bzw. B₄ angeordnet, um dadurch diese Gclenkwellcn-Paarc zu verbinden. Bei solcher Anordnung hat die Aufwürts-Abwärts-Schwenkbcwegung des Grundarmes /I₁, des Hauptarmes A„ und des Hilfsarmes Α_Λ keinen Einfluß auf den Greifarm A_x. Außerdem kann durch Drehen des auf der ersten Gelenkwelle B₁ angeordneten Sonnenrades 5_f, die absolute Winkelstellung des Greifarmes A_x, ungestört durch die Gelenk-Bewegung der Arme A₁, A ο und A,, nach Wunsch gesteuert werden.

In der gleichen Weise sind alle Paare einander benachbarter Gelenkwellen B auch durch das Planetenrädergetriebe £_ft miteinander verbunden, so daß die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung des Grundarmes A₁, des Hauptarmes A₂, des Hilfsarmes A₃ und des Greifarmes A₄ keinen Einfluß auf die Verdrehbewegung der Greifvorrichtung A₅ hat Außerdem kann durch Drehen des Sonnenrades S_hl auf der ersten Gelenkwelle B₁ die absolute Winkelstellung der Greifvorrichtung A₅ ungestört durch die Aufwurts-Abwärts-Schwenkbewegung der Arme A₁, A₂, A ₃ und A₄ nach Wunsch gesteuert werden.

Die praktische Anordnung des Getriebes für die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung für den Greifarm A₄ sei nun beschrieben anhand der Fig. 2 und F i g. 4 bis 6, in denen die Bestandteile gleicher Funktion wie die in F i g. 9 und 10 gezeigten mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Das Getriebe für die Aufwärls-Abwärts-Schwenkbewegung des Greifarmes A₄ besteht aus einer Anzahl von Zahnrädern, die auf dem Grundarm A_v dem Hauptarm A₂ und dem Hilfsarm A₃ angeordnet sind.

Zunächst sei ein in den Grundarm A _t und in den Hauptarm A₂ eingebautes Planetenza'hnradgetriebe E₁₁ beschrieben. Entsprechend dem in der Prinzipskizze dargestellten Sonnenrad S und Ubertragungszahnrad T sind ein Sonnenrad 5, _y und Ubertragungszahnrad T₁ auf der ersten Gelenkwelle B₁ für den Grundarm A_x bzw. auf der zweiten Gelenkwelle B₂ für den Hauptarm A₂ angeordnet. Entsprechend dem Planetenrad P und dem Zwischenrad Af der Prinzipskizze ist auf ehier im Grundarm A_x angeordneten, sich nicht drehenden Achse 11,-, ein einzelnes Planetenrad P, angeordnet. Dieses Planetenrad P_fl hat die Funktion sowohl des Planetenrades P als auch des Zwischenrades M und kämmt mit dem Sonnenrad S₁ , und dem Übertragungszahnrad P_1x. Das Sonnenrad Si_x und das Übertragungsrad T₁₁ haben einander gleiche Zähnezahl. Deshalb herrscht zwischen der Zähnezahl der Räder, welche das im Grundarm A_x und dem Hauptarm A„ angeordnete Planetengetriebe Ef j bilden, eine Beziehung

Daher dreht sich selbst dann, wenn der Grundarm A, geschwenkt wird, das Übertragungsrad T₁₁ nicht, Zwischen dem Sonnenrad 5, _x und der ersten Gelenkwelle B₁ ist eine Laufbuchse 21,, und zwischen derr Planetenrad P₁ , und der sich nicht drehenden Achse 11,, ist ebenfalls eine Laufbuchse (nicht gezeichnet' angeordnet, so daß die Zahnräder S_1x und P,_t sicr auf ihren zugehörigen Achsen frei drehen können.

Nun wird das im Hauptarm A₉ und im Hilfsarm A, angeordnete Planetengetriebe E₁₂ beschrieben. Au der zweiten Gelenkwelle B₂ für den Hauptarm A„ is entsprechend dem Sonnenrad 5 in den Prinzipskizzei ein Sonnenrad S,„ angeordnet. Dem genannten Pia netenrad P und dem genannten Zwischenrad M ent sprechen ein Planetenrad P/., und ein Zwischenzahn rad Mf₂, die auf der im Hauptarm A„ an gewünsch ter Stelle seiner Länge befestigten, nicht drehbarei Achse ll_c gelagert sind; dem genannten Ubertra gungszahnrad T entspricht ein Übertragungsrad T_f._: das auf der dritten Gelenkwelle für den Hilfsarm A angeordnet ist. Diese Zahnräder S_/2, P₁₂, M₁₂ um T₁ „ des im Hauptarm /L₁ und im Hilfsarm A₃ ange

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ordneten Planetengetriebe £/., sind so entworfen, daß sie einer Beziehung

Ί' ■ 's'*: "'Ζ = ¹

genügen. Zwischen dem Zwischenzahnrad Λί,.₂ und dem Übertragungszahnrad T₁., sind eine Reihe von Zahnrädern ί4,₂, 15,-,, 16,.,, 18,₂, 19,₂ und 20,₂ angeordnet, welche die Drehung des Zahnrades 19,., ohne Vermehrung oder Verminderung der Drehzahl übertragen. Mit dieser Anordnung wird selbst dann, wenn der Hauptarm A* geschwenkt wird, das Übertragungszahnrad T₁.-, seine absolute Winkelstellung, solange das Sonnenrad S_t., sich nicht dreht, nicht ändern. "

Bei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform ist das Übertragungszahnrad 7",. auf dem im Durchmesser verjüngten Teil des Sonnenrades S₁₂ mittels eines Stiftes 22,., drehfest angebracht, so daß diese Räder T,, und Si₂ sich zusammen drehen. Zwischen dem ^c Sonnenrad S,, und der zweiten Gelenkwelle ß, ist eine Laufbuchse 21,, und zwischen dem Planetenrad P,-., und der drehfesten Achse 11,. ist eine Laufbuchse 23,₂ angeordnet. Auf dem im Durchmesser verjüngten Teil des Planetenrades P₁., ist ein Zwischenzahnrad Λ-/,., mittels Stiftes 24,., drehfest montiert, so daß diese beiden Räder sich zusammen drehen. Auf den sich nicht drehenden Achsen 12, _o und 13,., sind mittels Laufbuchsen 25,., bzw. 30,₂ Zahnräder 14,, bzw. 20,;, gelagert, so daß diese Raderpaare 14,.,/1S,"., und 19, ,20,., sich zusammen drehen können. Zwischen dem Hilfsarm /I₂ und der drehbaren Welle 17,., sind Buchsen 41,₂ und 32,₂ angeordnet. Auf den an beiden Enden der drehbaren Welle 17,., angeordneten Keilnuten 27, _s und 28, _s sind Kegelräder 16,., bzw. 18.., montiert, lim die Drehung des Zahnrades 14,., auf das Zahnrad 19,, ohne Zunahme oder Abnahme der Drehzahl zu übertragen, hat jedes Paar von Zahnrädern 14,, und 20,O. 15,, und 19,,, 16,·, und 18,, gleiche Zähnczahl.

Nun wird das im Hilfsarm A_:l und im Greifarm A_x angeordnete Planetenrädergetriebc E₁ ₃ beschrieben. Ein Sonnenrad, das auf der dritten Gelenkwelle ß., für den Hilfsarm Λ, angebracht ist, entspricht dem in den Prinzipskizzen dargestellten Sonnenrad S. Ein Planctenrad P,., und ein Zwischenzahnrad Λ7,.,. beide auf der nicht drehbaren Achse 11,., gelagert, welche an ausgewählter Stelle auf der Länge des Hilfsarmes /!., angeordnet ist, entsprechen dem genannten Planetenrad P bzw. dem genannten Zwischenrad Af. Ein Übertragungszahnrad P₁.,, das auf der vierten Gelenkwelle B_x für den Greifarm A_x angeordnet ist, entspricht dem genannten Übertragungszahnrad T. Diese Zahnräder5,,j, /',.,, M,,, und 7',,, welche das im Hilfsarm /f., und im Greifarm A, angeordnete Planetenrädergeiricbe E₁., bilden, sind so gewählt, daß sie einer Beziehunu

6ο

genügen. Bei der gezeichneten Ausführungsform sind /wischen dem Zwischenzahnrad M,., und dem Übcrtragungszahnrad 7',., Zahnräder 16,, und 18,., angeordnet. Diese Räder 16,., und 18,., haben »leiche Zähnczahl. so daß die Drehung des Rades 16,., auf das Rad 18,., ohne Zunahme oder Abnahme der Drehzahl übertragen wird. Bei dieser Anordnung wird, wenn der Hilfsarm /1, geschwenkt wird, das Überlragungszahnrad Γ,., seine absolute Winkelstellung nicht ändern, solange das Sonnenrad 5,., nicht gedreht wird.

Bei der in F i g. 5 und 6 gezeigten Ausführungsform ist auf dem im Durchmesser verjüngten Teil des Übertragungszahnrades Γ,₂ ein Sonnenrad S,.. mittels des Stiftes 22,, drehfest montiert, so daß die beiden Räder sich zusammen drehen. Zwischen dem Planctenrad Ρ,., ^{und der sich nicnt} drehenden Achse 11,., ist eine Laufbuchse 22,., angeordnet. Auf dem im Durchmesser verjüngten Teil des Planetenrades P,., ist ein Zwischenzahnrad M,-_:i mittels Stiftes 24,., drehfest montiert. Zwischen dem Hilfsarm Α._Λ und der sich drehenden Welle 17,., sind Lagerbuchsen 31,., und 32_;-., angeordnet. Auf der Welle 17,, sind an ihren beiden Enden ein Paar Kegelräder 16,., und 17_;.₍ drehfest mittels Keilnuten 27,., und 28, „montiert. Das Übertragungszahnrad 7",., und die vierte Gelenkwelle ß, sind mittels Keilnuten 94 drehfest miteinander verbunden. Auch der Greifarm A_x ist mit der vierten Gelenkwelle ß, mittels Keilnut 94 drehfe<t verbunden, so daß sie sich zusammen drehen.

Kurz gesagt: Dank der Wirkung der im Grundarm/l.. im Hauptarm A., und im Hilfsarm A., angeordneten PlanetcngctriebeE, ρ E,., und E₁._Λ wird selbst dann. wenn einer oder mehrere dieser Arme A ,. .·■), und .1, geschwenkt werden, der Greifarm /I₄ seine absolute Winkelstellung nicht ändern, solange das Sonnenrad 5,1 nicht gedreht wird.

Der Greifarm A_x ist bei dein Gelcnkarm der F i g. fi am Vorderende des Hilfsarmes Α._Λ verdrehbar angeordnet: er kann aber auch anders, nämlich unmittelbar am Vorderende des Hilfsarmes A._x montiert sein. In diesem Fall kann die Greifvorrichtung .1. am Greifarm A_x so angebracht sein, daß sie um einen gleichen Winkel und in der gleichen Richtung und in der gleichen Ebene wie der Hilfsarm /!., aufwärts und abwärts geschwenkt werden kann.

Nun ward im folgenden das Zahnrädergetriebe für die Verdrehung der Greifvorrichtung A._t beschrieben. Bei diesem Getriebe wird ein Planetengetriebe verwendet, das von ganz der gleichen Bauart wie die vorher beschriebenen ist und aus einer Anzahl von in den Armen /I₁, /1, und Λ, angeordneten Zahnrädern besteht. Da das Getriebe für die Verdrehung der Greifvorrichtung gleiche Bauart wie das Getriebe für die Auiwärts-Abwärts-Schwcnkbewegung des Greifarmes hat, sind in der Zeichnung die entsprechenden Bauteile mit entsprechenden Bezugszeichen, bei denen jedoch der Buchstabe / durch den Buchstaben /; ersetzt ist, versehen. Jedes Planctenrad E_1n zwischen je zwei einander benachbarten Gelenkwellen B angeordnet und aus einem Sonnenrad S_1n einem Planetenrad /',, einem Zwischenrad M₁, und einem Übertragung.irad T₁, bestehend, ist fast gleich dem Getriebe für die Aufwärts-Abwärts-Schwcnkbewegung de^ Greifarmes mit der Ausnahme, daß zwischen der vierten Geicnkwelle B_x und dem Übcrlragungsrad T₁.. (F i g. 6) eine Laufbuchse 41,,, angeordnet ist, welche freie Drehbarkeit des Übertragungsrades 7",,., e.möglicht·, es wird daher hier nicht näher beschrieben.

Nun wird ein Zahnrädcrgelriebe //, beschrieben das /wischen dem Greifarm .-1, und dem Übertragungs7ahnrad 7',,.., angeordnet ist. An beliebig gewählten Stollen der Länge lies Greifarmes /1, sind paralle zur vierten Gelenkwelle /?, eine Welle 33,,, und eim Achsi: 36.., angeordnet. Auf diesen Wellen und de: ■Achse sind eine Reihe von Zahnrädern 31,,,, 32,,₄

(4_Λ4, 35_/14, 37,, ₄ und 39,, ₄ angeordnet, welche ein Toertragungszahnrad T,,._t mit einem Vcrdreh-Zahnad 40,, ₄ verbinden. Wie im einzelnen später erläutert .verden wird, ist das Verdreh-Zahnrad 40,, ₄ mit der Jrundwelle 63 der Greifvorrichtung A. verbunden. Wie die Zeichnung erkennen läßt, sind das Obertra-Eungszahnrad Γ,,., und das Zahnrad 3I₇₁₄ durch Stifte 42,,, drehfc^ct miteinander gekuppelt; zwischen dem Zahnrad 31,,₄ und der vierten Gelenkwelle B₄ ist eine Buchse 4Ij₁₄ eingesetzt; die Räder 32,,₄ und 34,,, sind mit der Welle 3-3,,₄ durch Keilnuten 43,, ₄ und 45,, ₄ drehfest verbunden; zwischen der Welle 33,,₄ und dem Greifarm /I₄ ist eine Lagerbuchse 44,, ₄ und zwischen dem Zahnrad 35,,₄ und der Achse 36_;, ₄ ist eine Laufbuchse 46,,₄ angeordnet; die Zahnräder 37,, ₄ und 39,, ₄ sind mit der Welle 38,, ₄ durch Keilnuten 48... ι drehfest verbunden; und zwischen cem Verdreh-Zaiinrad 40,,₄ und dem Grcifarm /I₁ isl eine Lagerbuchse 49,-,₄ eingesetzt. So ist das Verdreh-Getricbe derart entworfen, daß je zwei einander benachbarte Gelenkwellen R₁, ß.„ ß._t und ß, miteinander durch Planetenrädergetricbc E_1n, E₁,., bzw. /;.,,_:| verbunden sind und daß das Übertragungszahnrad 7",.., mit dem Yevdrch-Zahnrad 40,,_, verbunden isl. Selbst wenn die Arme /I₁. A., und /)., aufwärts oder abwärts geschwenkt werden, wird die Greifvorrichtung ./). nicht \ erdreht, solange das Sonnenrad S_1n im Verdreh-G et riebe nicht gedreht wird.

Zum Schluß sei die Greifvorrichtung A. beschrieben. Das Verdreh-Zahnrad 40_;,₄ ist drehfest mit der Grundwellc 63 verbunden die ihrerseits luftdicht und drehbar in einer an einem Ende des Greifarmes /I₄ angebrachten Buchse 64 gelagert ist. Innerhalb der Grundwellc 63 ist ein Druckluft/A linder 65 angeordnet, der einen vorderen und einen hinteren Zylinderraum aufweist, welche abwechselnd Druckluft von außen durch ringförmige Öffnungen 66 und 67 der Buchse 64 erhalten können. Am Votierende der im Druckluftzylinder 65 hin- und hergehenden Kolbenstange sind ein Paar Greifklaucn 69 so angebracht, daß sie ccöffnct und geschlossen werden, wenn die Kolbenstange vorgeschoben bzw. zurückgezogen wird. Auf diese Weise kann der zu verbringende Gegenstand von der Greifklaue 69 ergriffen oder losgelassen werden. Ein Paar biegsamer Druckluftleitunüen für die Zufuhr der Druckluft in den Druckluftzylinder 65 können an der Außenwand des Greifarmes /I₄, des Hilfsarmes .-!., und des Hauptarmes /I₂ zu einer geeigneten Anschlußstelle ar.i ortsfesten Giundgestell X geführt werden.

In der vorstehenden Beschreibung sind das Getriebe für die Aufwärts- und Abwärls-Schwenkbcweiiung des Greifarmes und das Getriebe für das Verdrehen der Greifvorrichtung gemäß der gezeichneten Ausführungsform erörtert worden. Aber anstatt das Sonnenrad 5 am hinteren Ende jedes Armes A und das t'lberlragungszahnrad T am vorderen Ende des Armes anzuordnen, kann man auch das Übertra-LMingszahnrad T am hinteren Ende jedes Armes A und das Sonnenrad .S' am vorderen Ende des Armes vorsehen und dabei das rherlragiings/ahnrad 7' und das Sonnenrad .S' miteinander durch das Zwischenzahnrad Af und das Planetenrad /' verbinden. Anders gesagt: Anstatt die Gelenkwellen miteinander durch das Sonnenrad S. Planetenrad /'. Zwischenrad Λ7 und Pherlragimjisrad T — in dieser Reihenfolge — zu verbinden, kann man das auch in der umgekehrten Ucihenfolce, nämlich Übertra»un<israd T. Zwischenrad M, Planetenrad P und Sonnenrad S, tun und erreicht so genau die gleiche Wirkung wie mit der oben beschriebenen Ausführungsfoim, und dies sollte als eine der Ausführungsformen der Erfindung angesehen werden.

Wie das oben Dargelegte zeigt, ermöglicht der erfindungsgemäße Manipulator sowohl die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und die Streckbewegung des vielgelenkigen Armes als auch die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und Verdrehung des Greifarmes. Mit dem erfindungsgemäßen Manipulator lassen sich die Greifbewegung der Greifvorrichtung A. und die waagerechte Schwenkbewegung des waagerecht schwenkbaren Gehäuses Y durch gewöhnliche Mittel in einfacher Weise erreichen. Wenn die Abtriebswelle eines (nicht gezeichneten) Schrittmotors mit dem Antriebszahnrad C des Getriebes für die Streckbewegung, mit dem Antriebszahnrad D des Getriebes für die Aufwäris-Abwärts-Schwcnkbewegung, mit dem Sonnenrad S,, des Getriebes für das Aufwärts-Abwärts-Schwenken des Greifarmes und mit dem Sonnenrad S_1n des Getriebes für das Verdrehen d;s Greifarmes verbunden sind und wenn zusätzlich die Abtriebswellc eines (nicht gezeichneten) 2:, Schrittmotors mit der (nicht gezeichneten) senkrechten Welle des waagerecht schwenkbaren Gehäuses Y verbunden wird, dann wird die Greifvorrichtung A. des erfindungsgemäßen Manipulators eine dreidimensionale Bewegung liefern. Ferner können alle tienannten Bewegungs-Steuerungen wirkungsvoll konzentrisch am ortsfesten Grundgestcll A' und am schwenkbaren Gehäuscblock Y je nach der Winkelstellung der Bestandteile erfolgen.

Genauer gesagt: Wenn die absolute Winkelstellung des mit der Greifvorrichtung A- zu ergreifenden Gegenstandes, gemessen in der Mitte der zweiten Gelenkwelle R für den Hauptarm, in eine digitale Größe umgewandelt und auf einen mit dem Antriebszahnrad D im Aufwärts-Abwärts-Schwenkgetriebe verbundenen Schrittmotor gegeben wird, dann läßt sich der Winkel, in dem der ganze Arm aufwärts oder abwärts geschwenkt werden muß, bequem einstellen. In ähnlicher Weise läßt sich, wenn der Aufwärtsoder Abwärts-Schwcnkwinkcl des Hauptarmes .·)., mittels der Visierlinie, welche die zweite Gelenkwelle ß., mit dem zu ergreifenden Gegenstand verbindet, als eine Bezugslinie gemessen und diese in eine digitale Größe umgewandelt und als Steuerbefehl auf einen mit dem Antriebszahnrad C des Slreckbewegungs-Gctricbes verbundenen Motor gegeben wird, die Entfernung zu dem zu ergreifenden Gegenstand leicht durch Strecken des Gelenkannes bestimmen. Um den Greifarm /I₄ in einer gewünschten absoluten Winkelstellung, z. B. in waagerechter Stellung, zu halten, kanu man einen dem absoluten Winkel entsprechenden digitalen Steuerbefehl auf einen Schrittmotor geben, der mit dem Sonnenrad S,, des Aufwärts-Abwärts-Schwcnkgctricbcs für den Greifarm gekuppelt ist. In diesem Fall kann, wenn 6c· das Sonnenrad .V,, in einer waagerecht haltenden Stellung festgehalten wird, die waagerechte Stellung iles Greifarmes /1, aufrechterhalten werden, ohne daß sie durch die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und die Streckbewegung der anderen Anne .I₁. .-i., <\5 und .-!.. gestört würde. In derselben Weise wie der Grcifarm /I₄ kann die an seinem Vorderende angebrachte Greifvorrichtung /I. leicht in einer gewünschten Winkelstellung iiehalten werden durch digitale

Steuerung des Schrittmotors, der mit dem Sonnenrad .V,., des Verdrch-Gctricbes verbunden ist. Wenn der /u ergreifende Gegenstand erreicht ist, wird die Greifvorrichtung A- durch die Druckluft so betätigt, daß sie dcu Gegenstand durch Drücken von beiden Seiten festhält. Danach wird der Gelenkarm aufwärts oder abwärts geschwenkt oder einwärts gefaltet oder auswärts entfaltet; die Greifvorrichtung A. wird verdreht, und oder das waagerecht schwenkbare Gehäuse y wird unter digitaler Steuerung wie oben be- ίο schrieben geschwenkt und dabei der Gegenstand in die gewünschte Stellung transportiert. Dieser Transport ist vollendet, wenn der Gegenstand an der gewünschten Stelle freigegeben worden ist. Wenn ein offenes Gefäß oder ein mit Flüssigkeit gefüllter Be- lj, hälter transportiert wird, kann man, um die Gefahr zu vermeiden, daß die Flüssigkeit während des Transportes überläuft, das Sonnenrad 5,-, blockieren, damit die Greifvorrichtung A- nicht verdreht werden kann. Auch kann man die Äufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung. die Streckbewegung und die waagerechte Schwenkbewegung des ganzen Gelenkarmes A steuern. So kann man den Behälter, nachdem man ihn freigegeben hat, auf einer Rast oder dergleichen in beliebiger gewünschter Stellung abstellen, oder man kann die in ihm enthaltene Flüssigkeit in einen anderen Behälter gießen, in dem man die Greifvorrichtung /I₄ verdreht. So kann man die mannigfachsten Gegenstände in störungsfreier Weise transportieren.

Jede der obengenannten Bctätigunscinrichtungen besteht aus einem Zahnrädergetriebe, und deshalb kann man mit dem Manipulator eine Vielfalt gewünschter Bewegungen ausführen, indem man nacheinander auf jeden entsprechenden Schrittmotor die voreinizestelhen aufeinanderfolgenden Steuerbefehle oder digitale Steuerbefehle, welche den Drehwinke'n entsprechen, eingibt. Solche Betätigungs-Steuerung ist höchst wirkungsvoll und ermöglicht genaue Einstellung der Greifvorrichtung nach dem offenen Steuerungsverfahren.

Aus dem Vorstehenden wird ersichtlich geworden sein, daß nach der Erfindung der Hauptarm A„ und der Hilfsarm A₃ von gleicher Länge Ende an Ende miteinander verbunden sind und so einen Gelenkarm A bilden, so daß der gesamte Gelenkarm aufwärts und abwärts geschwankt werden kann, als wäre er ein Bauteil aus einem einzigen Stück, und der Hauptarm A_a und der Hilfsarm A₃ zusammengefaltet oder, ohne gestreckt zu werden, auseinandergefaltet werden können. Und es wird ersichtlich sein, daß die zweite Gelenkwelle B.-, für den Hauptarm A, dem Schultergelenk und die dritte Gelenkwelle B₃ für den Hilfsarm A₃ dem Ellbogengelenk des menschlichen Körpers entspricht Mit der obigen beschriebenen Anordnung lassen sich die schwierigen Bewegungen üblicher Manipulatoren vermeiden; und der Gelenkarm dieses Manipulators ergibt glatte Bewegungen, die ganz denen des menschlichen Annes ähneln. Trotz eines weiten Bedienungsbereiches erfordert der erfindungsgemäße Gelenkann, da er sowohl zur Aufwärts-Abwärts-Bewegung als auch zur Streckbewegung fähig ist, keinen großen Raum für seine Einrichtung, und zwar weder über noch unter dem Grundteil des Gelenkarmes noch auf der Rückseite des Gelenkarmes. Besonders im Vergleich mit einem üblichen, nach Kreiszylinder-Koordinaten arbeitenden Manipulator nimmt der erfindungsgemäße Manipulator nur wenig Raum ein. Kurz: Der erfindungs gemäße Manipulator ist vorteilhaft insofern. d\s ei einen im Vergleich zu seinen Eigenbedarf an Rauir -ehr weiten Bedienungsbereich hat.

Außerdem läßt sich, da die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewegung und die Streckbewegung des ganzen Gelenkarmes und die Aufwärts-Abwärts· Schwenkbewegung des Greifarnies durch den Drehwinkel gesteuert werden können, das Bewegungs-Getriebe baulich sehr vereinfachen. Trotz seines Gelenkarmes kann der erfindungsgemäße Manipulatoi nach einem leicht zu entwerfenden Programm gesteuert werden. Die oben beschriebene Bauart, bei dci sowohl die Aufwärts-Abwärts-Schwenkbewcgung als auch die Streckbewegung des Gelenkarmes in gemeinsamer Ebene erfolgen, trägt viel dazu bei," diesen Vorteil bemerkenswert zu Inachen. Da die Streckbewegung des Gelenkarmes durch Schwenken des Hauptarmes A₂ und des gleich langen Hilfsarmes A, um gleichen Winkel und in einander entgegengesetzter Richtung erfolgen, ist keinerlei Zubehör wfe z. B. eine Führungsschiene zur Führung des Vorderende? des Hilfsarmes Λ., erforderlich.

Entsprechend dem Handgelenk des menschlichen Körpers ist der die Greifvorrichtung A. tragende Greifarm ,-I₄ mit dem vorderen Ende "des Hilfsarmes A„ verbunden, so daß der Greifarm .-I₄ in gewünschter Winkelstellung gehalten werden kann, ohne durch die Aufwärts-Abwärts-Schwcnkbewegung und die Streckbewegung des Gelenkarmes gestört "zu werden, Dies macht den Gelenkarm noch mehr der Hand und dem Arm des menschlichen Körpers ahnlich, so daß der Gelenkarm zum Transport nicht nur von vielerlei festen Gegenständen, sondern auch von flüssigkeitgclüllien Gefäßen, ohne daß deren Flüssigkeit ausliefe, geeignet macht.

Ferner iäßt sich der ganze Gelenkarm in senkrechter Ebene und ebenfalls waagerecht, und zwar dies um 360 . schwenken und obendrein die Greifvorrichtung ,-1, um ihre Ac'ise verdrehen. Daher kann dei crimdungsgemäße Manipulator nicht nur vielerlei Gegenstände transponieren, sondern Zusammcnsetz-Arbeiten ausführen und Flüssigkeiten aus einem Gefäß in ein anderes gießen.

Die Anordnung der Welle für den Leistungseinganc oder der ersten Gelenkwelle (die als Leistungseingangs-Welle der Getriebe für die Aufwärts-Abwäris-Schwenkbewegung und für die Streckbeweauna des Gelenkarmes und für die Aufwärts-Abwärts-Schwenkung und für die Verdrehung der Greifvorrichtung dient) innerhalb des Grundgestells X vereinfacht dk Bauart des Manipulators. Die Getriebe bringen gai keinen Schlupf während des Betriebes mit sich, und die Motordrehung läßt sich in zuverlässiger Weise zu jedem Folgeteil übertragen. Dadurch werden nicht nur Steuerungsfehler aufs äußerste vermindert und die Ansprechgenauigkeiten des Manipulators verbessert, sondern wird auch offene Steuerung der Schrittmotoren ermöglicht und somit die Steueruncsanlace des Manipulators vereinfacht.

In den Armen und Gelenken sind keine anderen Bauteile als die Zahnräder der Beweeungs-Übertragungseinrichtungen angeordnet; daher kann jedet Arm gedrängt und leicht gebaut sein, was leicht Be weglichkeit bei großem Winkelbereich ergibt. Der vielgelenkige Arm läßt sich leicht in seinen Gelenken se schwenken, daß sein Mittelgelenk nach oben oder nach unten weist (Fig. 11). und seine an ihm vorne angebrachte Greifvorrichtung kann in jede ge-

wünschte Stellung ζ. Β. innerhalb eines Gehäuses gebracht werden, ohne daß die Lage des zu ergreifenden Gegenstandes oder die Stellung des Grundgestells des Manipulators geändert zu werden braucht.

Nur die elektrischen Steuerleitungen und die Druckluftleitungen für die Greifvorrichtung sind in-

neihalb des Manipulators als sein Zubehör erfo lieh; alles sonstige Zubehör ist entbehrlich. Dies mit dazu bei, die Greifvorrichtung einfach in Bauart und hochwirksain im Betrieb zu machen auch dazu, eine explosionssichcre Bauart des ?> pulators zu erleichtern.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

'i Patentansprüche:

1. Manipulator zur Handhabung von Gegenständen, z. B. von Halbzeug bei eigenem automatisiertem Fertigungsablauf, mit einem mehrgelenkigen, in einer Ebene schwenkbaren Arbeitsmechanismus aus einem Hauptarm, mindestens einem weiteren Armteil, einem Greifer und Verbindungsgelenken zwischen den Armteilen, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptarm [A.,) mit seinem inneren Ende drehfest auf einer Gelenkwelle (B₂) befestigt und von einem Antriebsmotor um deren Achse schwenkbar ist, daß ein Armteil (A₂) an seinem inneren Ende drehfest mit einer am äußeren Ende des Hauptarmes (A.-,) drehbar gelagerten Gelenkwelle (B₃) verbunden und um deren Achse schwenkbar ist, daß ein inneres Zentralrad (S_c) drehbar auf einer der beiden Gelenkwellen (B.,, B.,) angeordnet ist, mit dem ein Planetenrad (P _c) kämmt, das mit einem Zwischenrad (Ai₁.) fest verbunden und drehbar auf einer im Hauptarm (A,) fest montierten Achse (lic) gelagert ist, daß" ein Übertragungszahnrad (T₁.) auf der jeweils anderen Gelenkwelle (B₃ bzw. B.,) montiert und diese Gelenkwelle antriebsmäßig mit dem Zwischenrad (Ai₁.) gekuppelt ist, so daß die beiden Gelenkwellen (B₂ und B₃) miteinander durch das auf diesen Rädern (S₁, P_n M_c und T_c) gebildete Planetengetriebe verbunden sind, wobei das Untersetzungsverhältnis zwischen den Rädern (S₁, P_n M_c und T_c) so gewählt ist, daß es der Gleichung

1, ■ t.

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genügt, (worin t_v t_v t., und T₁ die Zähnczahlen des Zentralrades, des Planetenrades, des Zwischenrades und des Übertragungsrades sind), so daß bei der Übertragung eines Drehmomentes auf die Gelenkwelle (B „) der Hauptarm (A.,) in jeder Richtung schwenkt und der Armteil (Hilfsarm A₃) dabei um die andere Gelenkwelle um den gleichen Winkel wie der Hauptarm in Gcgenrichtung schwenkt und der Armmechanismus eine Streckbewegung in einer gemeinsamen Ebene ausführt.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Greifarm (/I₄) aufweisende Armmechanismus einen mit der ersten Gelenkwelle gekuppelten zweiten Antrieb zum Verschwenken des Hauptarmes aufweist, daß ein zweites inneres Zentralrad drehbar auf einer der beiden Gelenkwellen (#., bzw. ß_;i) montiert ist. das mit einem zweiten Planetcnrad kämmt, welches mit einem zweiten Zwischcnnul verbunden und auf einer zweiten im Hauptarm fest montierten Welle gelagert ist, da ei.i zweites Übertragungsrad auf der jeweils anderen Gelenkwelle antriebsmäßig mit dem zweiten Zwischenrad und dadurch beide Wellen durch ein auf diesen Rädern gebildetes zweites Planetengetriebe verbunden sind, dessen Untersetzungsverhältnis der Gleichung beträgt, (wobei /₄', t,' und t.,' und i,' die Zähnezahlen des zweiten "Z.entralrades, des Planetenrades, des Zwischenrades und des Übertragungsrades kennzeichnen), so daß bei der Übertragung eines Drehmomentes vom ersten Antrieb auf die erste Gelenkwelle zum Verschwenken des Hauptarmes in jeder Richtung der andere Armteil in der gemeinsamen Ebene ohne Änderung seiner absoluten Winkellage verschoben und diese absolute Winkellage nur bei Betätigung des zweiten Antriebes geändert wird.

3. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Greifer an seinem inneren Ende mit einer weiteren Gelenkwelle verbunden und um deren Achse drehbar ist, daß eine dritte Antriebseinheit zur Verdrehung des Greifers um die Achse des Armtciles (Α_Λ) mit der Gelenkwelle (B.,) gekuppelt ist, daß ein drittes Zentralrad drehbar auf einer der Gelenkwellen montiert ist und mit einem dritten Planetenrad kämmt, welches mit einem dritten Zwischenrad verbunden und auf einer dritten im erstgenannten Arm fest montierten Achse gelagert ist, daß ein drittes Überliagungsrad auf der jeweils anderen Gelenkwelle festgelegt und die jeweils andere Welle antriebsmäßig mit dem dritten Zwischenrad verbunden ist, so daß die erste Gelenkwelle und die weitere Gelenkwelle miteinander durch ein aus diesen vier dritten Rädern gebildetes Planetengetriebe in Antriebsverbindung stehen, wobei das Übersetzungsverhältnis der vier dritten Räder das gleiche wie dasjenige des zweiten Planetcngetriebes ist, daß an dem dritten Übertragungsrad antriebsmäßig zugeordnetes, im Greifarm montiertes Zahnrad mit dem Greifmechanismus derart gekuppelt ist, daß unter Einwirkung eines Drehmomentes des ersten Antriebes auf die erste Gelenkwelle zur Verdrehung des Hauptarmes der Greifmechanismus zusammen mit dem Hilfsarm und nur bei Betätigung der dritten Antriebseinheit mit einer Eigenverdrehung bewegt wird.

4. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der an seinem einen Ende mit dem Greifer versehene Greifarm an seinem anderen Ende mit einer weiteren Gelenkwelle verbunden ist, die am freien Ende des äußeren Armtciles verbunden und um deren Achse der Greifarm drehbar ist, daß der Hauptarm an einem Grundarm angelenkt ist, der eine Gelenkwelle an seinem inneren Ende aufweist, daß ein Planetenrad auf der erstgenannten, am äußeren Ende des Grundarmes drehbar montierten Gelenkwelle festgelegt ist, daß ein erstes und zweites Antriebsrad drehbar und ein drittes Antriebsrad drehfest auf der Grund-Gelenkwelle montiert sind, von denen das erste an einem Basisblock fest montierte Antriebsrad mit dem auf der erstgenannten Gelenkwelle drehbar montierten Zcntrairac¹ kämmt und das zweite Antriebsrad mit dem auf der erstgenannten Gelenkwelle fest montierten Planctenrad in Eingriff steht, so daß die Grund-Gelenkwelle mit der erstgenannten Gelenkwelle durch ein aus den drei Rädern gebildetes Planetengetriebe verbunden ist, wobei das Planctenrad auf der zweiten Gelenkwelle lest montiert ist und dadurch die erstgenannte Gelenkwelle mit der ersten Antriebseinheit über eines der zweiten und dritten Antriebsräder und auf eine weitere

Antriebseinheit über das jeweils andere des zweiten oder dritten Antriebsrades verbindet, wobei das Übersetzungsverhältnis zwischen den drei Antriebsrädern und dem auf der 'weiten Gelenkwelle fest montierten Planetenrad der Gleichung

beträgt, (worin Z₄, t_G, I₇ und /_s die Zähnezahlen des drehbar auf der zweiten Gelenkwelle montierten Zeniralrades, des ersten Antriebsrades, des auf der zweiten Gelenkwelle fest montierten Planetenrades und des dritten Antriebsrades sind), so daß bei einer Verdrehung des dritten Antriebsrades der Grundarm um die Grundgelenkwelle verschwenkt und dabei die erstgenannte Gelenkwelle um die Grund-Gelenkwelie zum Verdrehen des Hauptarmes in jeder Richtung um die erstgenannte Gelenkwelle verschwenkt wird, wobei das drehbar auf der erstgenannten Gelenkwelle montierte Zentralrad gleichzeitig um die Grundgclenkwelle und damit auch der andere Arm in der gleichen Richtung verdreht und bei einer Verdrehung des zweiten Antriebsrades dieser andere Arm gleichzeitig in Gegenrichtung verdreht werden.