DE2500143A1 - Verfahren und vorrichtung zur feststellung von kraeften und momenten bei manipulatoren oder dergleichen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung von Kräften und Momenten bei Manipulatoren o.dgl.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Feststellung von Kräften und Momenten bei Manipulatoren o.dgl.
• Stellungsgesteuerte Manipulatoren für industrielle und wissenschaftliche Zwecke sind in der Technik bekannt und werden häufig bei automatischen HerstelLungs- und Montagearbeiten usw. verwendet. oteuersysteme für die selbsttätige Steuerung und/oder den selbsttätigen Betrieb von Manipulatoren können von Typ mit offenem oder geschlossenem shegelkreis sein.
• systeme mit geschlossenem Regelkreis bediirfen im allgemeinen der Verwendung eines Computers, beispielsweise eines Digitalcomputers, um die erforderlichen Xoordinatenumwandlungen, Steuergleichungen und Vollzugskriterien zu verarüeiten. Zur burchführung einer vorgeschriebenen Manipulationsaufgabe ist es erforderlich, die Momente und Kräfte an verschiedenen atellen des Alanipulators festzustellen. Kräfte und Momente an den Gelenken des Manipulators können durch Messung des den Antriebsmotoren zugeftihrten stromes oder des Rückdrucks in Hydrauliksystemen zur Verwendung bei der Betätigung der Gelenke festgestellt werden. solche Messungen von Gelenkkraften sind jedoch von begrenztem Nutzen. Dies hat mehrere Gründe, u.. schädliche Einflüsse des Gewichtes sowohL der Manipulatorsegmetlte als auch der Last, wie au cli (las Vorhandensein von tteibunßseinflüssen auf die Rückantreibbarkeit der einzeLnen Gelenke. Beispielsweise können je nach dem verwendeten Trieb mehr als 11; ,o der von einem Gelenk ausgeiibten Kraft für dessen Rückantrieb erforderlich sein. Zur FeststelLung von Kollisioren des Manipulators mit im Verlauf einer Aufgabe auftretenden Hindernissen ist daher die Verwendung von Gelenkkräften bestens geeigliet.
• imine andere Möglichkeit zum Messen der Berührung zwischen dem endstndigen Wirkteil oder Effektor des Manipulators, beispielsweise einer Manipulatorhand, und seiner Umgebung besteht darin, das das Kräftepaar and einem Punkt des Manipu-Lators, vorzugsweise so nahe an dem Wirkteil wie möglich, gemessen wird. Das Kräftepaar besteht aus einem Momentenvektor und einem Kraftvektor, die die Reaktion an dem betreffenden Punkt beschreiben. Bei Feststellung eines Kräftepaares am Handgelenk bleiben auf die Manipulatorteile hinter dem Handgelenk wirkende Beschteunigungs und Schwerbeschleunigungsbelastungen ohne Einfluß auf den Feststllungsmechanismus, und das Kräftepaar am Handgelenk ist ausschließlich von Beschleunigungs- und åchwerbeschleunigungsbelastullgen bestimmt, die von der summe der Masse des Wirkgliedes am Ende des Manipulators, beispielsweise der Hand, und des gefaßten Gegenstandes herrühren. Ein computergesteuerter Arm, bei dem eine Handgelenkabtasteinrichtung verwendet wird, ist beispielsweise in dem Artikel Folge Feedback åteering of a releo1>erator system" von ss. C. Groome Jr., MiT Charles Str Draper Lab. eort T-575, Cambridge Mass., August 1972, beschrieben und dargestellt. Die Erfindung bezieht sich nun auf einen weitgehend vereinfachten Handgelenkfühler mit Eignung zum Betrieb über einen weiten Belastungsbereich.
• Die erfindung schafft ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung zur Fest teivon Momenten- und Kraftvektorgrößen mit besonderer Eignung als Handgelenkfühler eines Manipulators.
• Das vereinfachte Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung sollen f.1hig sein, Momente um drei zueinander rechtwinklige Achsen sowie Kräfte entlang dieser Achsen in einer Weise festzustellen, daß jede Momenten- und Kraftmessung von allen übrigen Messungen im wesentlichen unabhängig erfolgt.
• Die Erfindung schafft einen Manipulator mit Kraft- uld Momentenfühleinrichtungen, die vom Gewicht der Manipulatorhand im wesentlichen unbeeinflußt sind.
• Uie obige Aufgabe sowie weitere Vorteile werden gemäß der Erfindung dadurch gelöst bzw. erzielt, daß in einem Radialabstand von der Längsachse einer elastischen Kupplungseinrichdie tung,/die tragenden und getragenen Glieder, wie eine Manipulatorhand und die sie tragenden Einrlchtungen, miteinander verbindet, mehrere Fühleinheiten angeordnet sind. Jede dieser Fühleinheiten hat relativ zueinander beegliche, mit der elastischen Kupplungseinrichtung verbundene Abschnitte in solcher Weise, daß als Folge der Ubertragung von Kräften und Kraftbewegungen über die Kupplungseinrichtung eine Bewegung zwischen den Abschnitten erfolgt. Durch die Fühleinheiten werden Siale erzeugt, die den Komponenten der Relativbewegung der Fühlerabsclinitte in zwei zueinander und zur Richtung des Radius der Fühleinheit rechtwinkligen Richtungen entsprechen. Die Fühleinheiten sind gegenüber Relativbewegungen der Fühlabschnitte in radialer Richtung unempfindlich. Die Signale aus den Fühleinheiten werden zu Ausgangssignalen kombiniert, die für mindestens eine Komponente von den an der Kupplungseinrichtung vorhandenen Kraft- und Momentenkoml)onenten kennzeichnend ist. Die Fühleinheiten können Regeiwiderstände (Potentiometer), Photozellen, geteilte Photozellen o.dgl. sein.
• Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Antriebsmotor für den Antrieb des endständigen Wirkgliedes oder Effektors an diesem fest angebracht und als Gegengewicht für das Wirkglied an der diesem gegenüberliegenden Seite der elastischen Kupplung angeordnet. Auf diese Weise werden von der Fühleranordnung gelieferte Momentensignale durch das Gewicht der Hand nicht verfälscht.
• Die Erfindung bezieht sich also auf einen Manipulator mit einem Effektor (Wirkglied) wie einer Hand mit zwei unter einem Kraftantrieb, beispielsweise durch einen Elektromotor, zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Stellung in bezug aufeinander schwenkbar angeordneten Backen. Zum Abfühlen bzw. Feststellen sowohl der Größe als auch der Richtung von Kräften entlang dreier einander am Handgelenk unter rechtem Winkel schneidender Achsen sowie auch der Größe und Richtung von Momenten um diese Achsen sind am Handgelenk zwischen der Manipulatorhand und der sie tragenden Einrichtung tühleinrichtungen vorgesehen. Zu diesen Fühleinrichtungen gehören mehrere Fühleinheiten in gleichen Radialabständen von der Längsachse des Manipulators. Bei einer beispielhaften Anordnung werden vier solche orthogonal angeordnete Fühleinheiten verwendet, deren jede einen radial vorspringenden lichtundurchlässigen Stift aufweist, der vom einen Teil des Manipulators, dem Arm oder der Hand, getragen ist. Jeder solche Stift springt mit (reichlichem) Spiel in ein Loch vor, das in einem Gehäuse für eine Energiequelle und einen Detektor gebildet ist, das von dem anderen Teil des Manipulators, der Hand bzw. dem Arm, getragen ist. Diese Gehäuse weisen ferner Kanäle auf, die das Stiftaufnahmeloch kreuzen und entlang welcher jeweils eine Energiequelle und ein zugehöriger Energiedetektor angeordnet sind, so daß die Energie aus der Quelle gegen den Energiedetektor gerichtet wird. Ein Teil der Energie aus jeder der Energiequellen wird von dem Stift abgefangen, so daß nur der restliche Teil der Energie aus der Quelle den Detektor ungehindert erreicht. Die Menge der auf diese Weise von den Stiften abgefangenen Energie hängt von den auf die Hand ausgeübten Kräften und Momenten ab, und die Ausgangssignale der Detektoren werden in solcher Weise zusammengefabt, daß Ausgangssignale geliefert werden, die für die drei Xraftkomponenten an dem Handgelenk in Längs-, Hub- und Querrichtung (= vor-zurück, auf-ab bzw. links-rechts) sowie für die drei Momentenkomponenten im Sinne von Drall, Drehung und Kippen der Hand kennzeichnend sind. Die Hand und die Antriebseinrichtung für deren Antrieb sind an gegenüberliegenden Seiten des Handgelenkes angeordnet, so daß die Antriebseinrichtung als Gegengewicht zum Gewichtsausgleich der hand wirkt. Folglich wird das Gewicht der Hand in den Ausgangssignälen der Momentenfühler nicht wiedergespiegelt.
• In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
• Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen neuen Manipulator gemäß der Erfindung, in der Teile des Handgelenkfühlers und Backenbetätigungsmechanismus im Interesse der Übersichtlichkeit weggebrochen sind; Fig. 2 ist eine Darstellung im wesentlichen in der durch die Pfeile 2-2 in Fig. 1 bezeichneten Blickrichtung; Fig. 3 ist eine auseinandergezogene perspeitivische Teildarstellung des Manipulators einschlielich einer Kennzeichnung der Handgelenkachsen sowie der Kräfte entlang derselben bzw. der Momente um diese, die durch die liandgelenkfühleinrichtung erfaßt werden; Fig. 4 ist ein Scljnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 1; Fig. 5 ist ein Schnitt im wesentlichen entlang der Linie 5-5 in Fig. 4 zur Darstellung einer der FühleinheiLen; Fig. 6 ist eine vergrölJerte perspektivische Darstellung eines der Gehäuse der Fühleinheiten; Fig. 7 ist ein Schaltschema zur Veranschaulichung der Zusammenschaltung zweier Photozellen mit einer Subtrahier- oder Differenzschaltung; Fig. 8 ist ein Längsschnitt durch eine Kupplungseinrichtung zur Veranschaulichung einer abgewandelten Form von Fühleinheiten unter Verwendung von Hegelwiderständen; Fig. 9 ist ein Schnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8 zur Veranschaulichung der Widerstandselemente des Regelwiderstandes; Fig. 10 ist ein Schaltschema zur Veranschaulichung der Zulieferung der Ausgangssignale aus zwei Regelwiderständen zu zwei Differenzschaltungen, deren Ausgangssignale für Kraft und Moment an verschiedenen Achsen kennzeichnend sind; Fig.11 ist ein Längsschnitt durch eine Kupplungseinri chtung zur Veranschaulichung einer weiteren abgewandelten Ausführungsform von FUhleinheiten unter Verwendung geteilter Photozellenelemente; und Fig. 12 ist ein Schnitt entlang der Linie 12-12 in Fig. 11 zur Veranschaulichung der Photozellenflächen.
• Wie in Fig. 1, 2 und 3 dargestellt, weist der Manipulator ein Handtragglied 10 auf, das mittels einer Schraubverbindung 12 mit einem Roboter, einer automatisierten Maschinenanlage, einem Boden-, Raum- oder Unterwasserfahrzeug einer z.Zt. gebräuchlichen Ausbildung o.dgl. (nicht dargestellt) koppelbar ist. Das Glied 10 ist durch die neue Handgelenkfühleinrich tung 14 gemäß der Erfindung mit einem Getriebekasten oder -gehäuse 16 gekoppelt, das einen Teil der Manipulatorhand bildet. Eine eingehende Beschreibung der Handgelenkfühleinrichtung folgt.
• Für die vorliegenden Zwecke weist der Handgelenkfühler einen Ring 18 auf, dessen eine Seite an der Grundplatte 22 des Gehäuses 16 beispielsweise mittels Schrauben 24 befestigt ist, die durch Löcher in der Grundplatte in Gewindelöcher in dem Ring eingeschraubt sind und Grundplatte und Ring aneinander befestigen. An dieser Anordnung ist ein Reversionsmotor 20 mittels Schrauben 23 befestigt1 die durch Gewindelöcher in einem Flansch 22' an der Grundplatte 22 des Gehäuses 16 in Löcher in der Motorgrundplatte eingreifen. Zwischen der Vorderfläche 27 des Gliedes 10 und der hinteren Fläche 28 des Ringes 18 sind elastische Kupplungseinriohtungen 26, wie Kissen aus Kautschuk oder ähnlichem elastischem Material einzementiert, eingeklebt oder in anderer geeigneter Weise befertigt, die den Ring 18 (mit dem daran angebrachten Getriebegehäuse 16 und dem Motor 20) mit dem Glied 10 verbinden.
• Die elastischen Kupplungseinrichtungen 26 werden bei Übertragung von Kräften über diese verformt,und neben den Fupplungseinrichtungen sind rechtwinklig angeordnete Fühleinheiten 25-1, 252, 25-3 und 25-4 angeordnet, die ein Maß für die Kraft und das Moment am Schnittpunkt der X-, Y- und Z-Achse (Fig.3) liefern.
• Der Reversionsmotor 20 dient zum Öffnen und Schlieren zweier Backen 29 und 30 über einen geeigneten Zahnrad- und Hebeltrieb laut folgender Beschreibung. Die Motorwelle 32 erstreckt sich durch den Hing 18 und eine Öffnung in der Grundplatte 22 in das Gehäuse 16. Ein Kegelritzel 34 am vorderen Ende der Motorwelle kämmt mit zwei einwärtsgerichteten Kegelrädern 36 und 38, die voneinander unabhängig drehbar an einer Welle 40 gelagert sind, die sich zwischen der oberen und unteren Wand 42 bzw. 44 des Gehäuses 16 erstreckt (Fig.2). Die obere Wand 42, die zur Erleichterung der Montage entfernbar ist, ist in Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber weggebrochen dargestellt.
• An den äußeren Seiten der Kegelräder 36 und 38 sind Stirnräder 46 bzw. 48 befestigt oder gebildet, die mit Zahnradsegmenten 50 bzw. 52 antriebsübertragend im Eingriff stehen.
• Die Zahnradsegmente 50 und 52 sind an Wellen 54 bzw. 56 drehbar montiert, die sich zwischen der oberen und der unteren Wand des Gehäuses 16 erstrecken.
• Der eine Backen 29 ist durch ein erstes Paar paralleler Lenker 58 und 60, und der Backen 30 ist durch ein ähnliches zweites Paar paralleler Lenker 62 und 64 mit dem Getriebegehäuse 16 verbunden. Am Gehäuse sind die Lenker 58 und 62 an den Wellen 54 und 56 schwenkbar gelagert, um die die Zahnradsegmente schwenken. Die Lenker 60 und 64 sind an Wellen 66, 68 zwischen den Gehäusewänden 42 und 44 schwenkbar montiert. Die Zapfen 70 verbinden die vorderen Enden der Lenker 58, 60, 62 und 64 mit den Backen 29 und 30. Die inneren Lenker 58 und 62 sind für die Aufnahme der Zahnrad segmente 50 bzw. 52 geschlitzt und an diesen mittels Schrauben 72 befestigt.
• Obwohl die Wirkungsweise der Backen 29, 30 beim Öffnen und Schließen aufgrund des Gesagten einleuchten dürfte, wird sie nun kurz beschrieben. Wenn der Motor 20 eingeschaltet wird und das Kegelrad 34 antreibt, werden die mit diesem im Eingriff stehenden Kegelräder 36, 38 gegenläufig drehend angetrieben. Diese gegenläufig angetriebenen Kegelräder 36 und 38 treiben die Zahnradsegmente 50 und 52 über die Stirnräder 46 und 48 gegenläufig an. Folglich werden die mit den Zahnradsegmenten verbundenen Lenker 58 und 62 zum Schließen bzw.
• Öffnen der Backen gegensinnig ver-schwenkt. Die Lenker 60 und 64, die zu den angetriebenen Lenkern 58 bzw. 62 parallel liegen, halten dabei die Backenflächen in parallel ausgerichteter Lage.
• Die Backen 29 und 30 können allgemein hohl ausgebildet sein und nehmen Kraftfühler mit Betätigungseinrichtungen an den Backenflächen auf. Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, können die einander zugewendeten Wände der Backen mit achtzehn Kraftwandlern ausgestattet sein, die von einer Anordnung von 3 x 6 Betätigungsgliedern, wie Knöpfen, 76 betätigbar sind. Es sind noch weitere Kraftwandler eingebaut, die unter der Steuerung durch Betätigungsplatten 78-1 ... 78-7 an anderen Bakkenflächen stehen. Ebenfalls innerhalb der Backen sind Schlupffühler 80 angeordnet, die von den inneren Backenflächen vorspringen und für die Feststellung von Schlupfbewegungen des gefaßten Gegenstandes in Quer- und Längsrichtung der Backenflächen zueinander rechtwinklig angeordnet sind. Diese Kraft-und Schlupffühler sind in der Parallelanmeldung des gleichen Anmelders unter der Bezeichnung "Manipulator mit elektromechanischen Wandlereinrichtungen" beschrieben und beansprucht. Auf den Gegenstand der genannten Parallelanmeldung wird hier ausdrücklich bezuggenommen.
• Die neue Handgelenkfühleinrichtung gemäß der Erfindung weist, wie oben erwähnt, vier Fühleinheiten 25-1, 25-2, 25-3 und 25-4 entlang der X- und der Y-Achse auf. Die Z-Achse der drei zueinander rechtwinklig stehenden Achsen erstreckt sich entlang der längsgerichteten Mittellinie des Manipulators.
• Die Fühleinrichtung dient zum Erfassen der Richtung und Größe von entlang der drei Achsen wirkenden Kräften sowie der Richtung und Größe der Kraftmomente um diese Achsen.
• tJenn die Fühleinrichtungen in der in Fig. 1 bis 7 gezeigten Weise in einem Manipulator verwendet werden, sind die Kräfte entlang derX-, Y- und Z-Achse Quer-, Hub- bzw. Längskräfte, und die Kraftmomente um diese Achsen sind Kipp-, Dreh- bzw.
• Drailmomente. In Fig. 3 sind zur Kennzeichnung der positiven richtungen der Momente um die X-, Y- und Z-Achse dienende Pfeile mit M , M bzw.bl bezeichnet.
• y z Wie am besten au Fig. 1,3und 4 ersichtlich, weist das Glied 10 ein zylindrisch geformt-es Gehäuse auf, das an seinem vorderen Ende quadrantenweisb in Abständen angeordnete nach vorn gerichtete Armglieder 82 hat. In den Armen 82 sind Gewindelöcher zum Einsetzen der radial vorspringenden lichtundurchlässigen Stifte 84 gebildet, deren verbreiterte,mit Gewinde verseheneKöpfe mit den Gewindelöchern im Gewindeeingriff stehen. Wie aus dem folgenden hervorgeht, werden von den Stiften in den zu ihnen im allgemeinen tangential liegenden Lichtstrahlbahnen in Abhängigkeit von den an dem Fühler auftretenden Kräften und Momenten wechselnde Lichtmengen + Xktellzeichen des Anmelders 957 abgefangen. Der Ring 18fist in ähnlicher Weise mit quadrantenweise in Abständen angeordneten, nach hinten vorspringenden Armgliedern 86 ausgestattet, die in einem Radialabstand von den Armen 82 liegen. Bei der dargestelLten Anordnung liegen die Arme 86 in einem Radialabstand einwärts von den Armen 82 und tragen Gehäuseglieder 88, die daran mittels Schraubverbindungen 90 befestigt sind, die durch symmetrisch angeordnete Löcher in den Armen in Gewindelöcher 92 (Fig.6) in den Gehäusegliedern eingreifen. Die Arme 86 und die daran befestigten Gehäuse 88 sind mit paarweise fluchtenden Löchern 94, 96 versehen, in die die undurchsichtigen Stifte 84 axial hineinragen. Die Stifte befinden sich von den Lochleibungen in einem Abstand, so daß im Betrieb eine Abweichung von der normalerweise koaxialen Lage zwischen Stift-und Lochachse möglich ist.
• Im Interesse der Einfachheit der Herstellung können sämtliche Gehäuseglieder 88 von gleicher Konstruktion sein und zusätzlich zu den Montagelöchern 92 und dem Stiftaufnahmeloch 96 durchgehende Lichtkanäle 98aufweisen. Die + Lichtdurchtrittskanäle 98 schneiden das Stiftaufnahmeloch . 96 im wesentlichen tangential zum Stift 84, wenn dieser in dem Loch 96 koaxial aufgenommen ist. Bei der dargestellten Anordnung sind vier parallel verlaufende Lichtkanäle mit Mündungen an dem einen Paar gegenüberliegender Flächen des allgemein würfelförmigen Gehäuses 88 sowie zwei parallel verlaufende Lichtkanäle mit den Mündungen an einem anderen Paar gegenüberliegender Gehäuseflächen vorhand, wobei keiner der Lichtkanäle irgendeinen der übrigen Lichtkanäle schneidet. Beim Anbringen der Gohäuso 88 an den Armen 86 wird ein Gehäuse 88 (an der FUhleinheit 25-1) derart angeordnet, daß die vier Lichtkanäle 98 parallel zur längsgerichteten Z-Achse liegen,und die drei übrigen Gehäuse 88 (an den FUhleinheiten 25-2, 25-3 und 25-4> werden derart + Achsen der angeordnet, dals parallel zur Z-Achse die Zweiergruppe paralleler Lichtkanäle liegt.
• bie Lichtkanale, von denen beim Betrieb der Fühleinrichtung nicht alle genutzt werden, sind, wie erwähnt, nur aus Gründen der Sinheitlichkeit und der einfachheit der Herstellung in allen Gehäusen 88 übereinstimmend gebildet. Einige der Kanäle sind mit einer Lichtquelle und einer Lichtfühleinrichtung 100 bzw. 102 an gegenüberliegenden Enden ausgestattet.
• Die Lichtquelle und die Fühleinrichtung können beispielsweise lichtemittierende Dioden bzw. Phototransistoren sein, obwohl offensichtlich die Erfindung auf die Verwendung gerade dieser Einrichtungen nicht beschränkt ist. Zur Unterscheidung der verschiedenen Lichtquellen und Fühleinrichtungen in Beschreibung und Zeichnung werden deren Bezugszeichen 100 bzw.
• 102 durch Abkürzungen zur Kennzeichnung der von ihnen erfaßten Kräfte bzw. Momente sowie durch ein Vorzeichen zur Kennzeichnung der Richtung ergänzt. Beispielsweise bezeichnen die Bezugszeichen 102X+ und 102X die zwei zur Messung der Kräfte entlang der X-Achse verwendeten Fühleinrichtungen. In ähnlicher Weise bezeichnen 102M + und 102M - die zur Messung der x x Kraftmomente (d.h. Drehmomente) um die X-Achse verwendeten Fühleinrichtungen. Die zur Messung von Kräften und Momenten in bezug auf die Y- und Z-Achse verwendeten Lichtquellen bzw.
• Fühleinrichtungen sind entsprechend bezeichnet.
• Wie bereits bemerkt, erstrecken sich die Achsen der Lichtkanäle im wesentlichen tangential zu den lichtundurchlässigen Stiften 84 in deren neutraler zentraler Stellung innerhalb der Aufnahmelöcher 96. In dieser Stellung (Fig. 4 und 5) verdecken die Stifte etwa die Hälfte des Lichtes aus jeder Lichtquelle 100 und verhindern ein Auftreffen dieses verdeckten Lichtanteiles auf die zugeordnete Photozelle am gegenüberliegenden Ende des Lichtkanals.
• Der Schatten des Stiftes bedeckt also annähernd die Hälfte der wirksamen Fläche der zugeordneten Photozelle, wenn der Stift sich zentral und axial ausgerichtet in dem Aufnahmeloch befindet. Eine Bewegung des lichtundurchlässigen Stiftes innerhalb des Aufnahmeloches in Hichtung zum Lichtstrahl bzw. von diesem fort erhöht bzw. vermindert diese Abschirmungswirkung des Stiftes und erhöht bzw. vermindert die auf die zugeordnete Photozelle auftreffende Lichtmenge. Wenn die Photozellen Phototransistoren sind, nimmt deren Ausgangssignal mit Zunahme der auftreffenden Lichtmenge zu.
• Es ist hier zu bemerken, daß jede Änderung der Lichtmenge aus der Lichtquelle, die an einem Stift 84 vorbeitritt, nur von der Komponente der Relativbewegung der Stiftachse gegen die Lichtstrahlachse hin bzw, von dieser fort abhängt und im wesentlichen von Bewegungen in beliebigen anderen Richtungen unabhängig ist. Aus Fig. 5 ist beispielsweise zu ersehen, daß eine Bewegung des Stiftes 84 nach links entlang der X-Achse mehr Licht aus der Lichtquelle 100mm+ abfängt, also einen größeren Schatten auf die Photozelle 102M + wirft, so daß z das Ausgangssignal aus der Photozelle vermindert wird. Eine Bewegung des Stiftes entlang der Z-Achse hat hingegen nur zur Folge, daß sich der Stift entlang der Lichtstrahlachse zwischen der Quelle 100M + und dem Fühler 102M + verschiebt, z z ohne eine nennenswerte Änderung der an dem Stift vorbeitretenden Lichtmenge zu bewirken. In Ähnlicher Weise hat eine Bewegung des Stiftes entlang der Y-Achse' d.i. unter rechtem Winkel zur Zeichenebene der Figur, keinen Einfluß auf den Lichtdurchtritt zwischen der Lichtquelle 100M + und dem Fühler 102M +. Es ist ferner zu bemerken, daß eine Relativz bewegung zwischen der Achse des lichtundurchlässigen Stiftes und der Achse des Lichtstrahles gegeneinander oder voneinander fort entweder durch eine Relativrerschiebung entlang einer der Manipulatorachsen oder als Folge einer Relativdrehung zwischen der Mittellinie des Fühlers in der quer zur Lichtstrahlachse liegenden Ebene auftreten kann, so daß, wie im folgenden beschrieben, die Erfassung sowohl von Kraft- als auch von Momentenvektoren in bezug auf die X-, Y- und Z-Achse möglich ist.
• Die Verschiebe- und Drehbewegungen um die drei zueinander rechtwinklig liegenden Manipulatorachsen werden durch die Verwendung von Paaren von in zweckmälbiger Weise an diametral gegenüberliegenden Fühlereinheiten angeordneten Lichtfühlern unabhängig erfaßt. So sind in Fig. 3 die Fühler 102X+ und 102X an den diagonal gegenüberliegenden Einheiten 25-3 bzw 25-1 entlang der Y-Achse zum Erfassen von Lichtstrahlen dargestellt, deren Achsen parallel zur Z-Achse liegen. Die Fühler sind an den gegenüberliegenden Seiten der YZ-Ebene, d.h. der durch die einander schneidenden Achsen Y und Z gegebenen Ebene angeordnet0 Gemäß der Zeichnung sind die Fühler 102X und 102X+ seitlich der YZ-Ebene in positiver bzw. negativer X-Achsrichtung angeordnet. Wenn auf den Manipulator keine Kraft in Richtung (querkraft) wirkt, sind die Ausgangssignale der Photozellen 102X+ und 102X gleich. Als Folge einer Querkraft (X-?ichtung) tritt jedoch eine Änderung im Sinne der Ungleicheit der Ausgangssignale der Photozellen auf. Beispielsweise hat eine Kraft in der positiven X-Richtung eine Verschiebung der Stifte 84 innerhalb der Gehäuse 88 entlang der X-Achse zur Folge, so daß die auf die Photozelle 102 X auftreffende Lichtmenge zu-, die auf die Photozelle 102X auftreffende Lichtmenge hingegen abnimmt. Umgekehrt hat eine Querkraft in der entgegengesetzten Richtung ein niedrigeres Ausgangssignal aus der Photozelle 102X+ und ein höheres Ausgangssignal aus der Photozelle 102X zur Folge.
• Die Ausgänge des Photozellenpaares 102X+ und 102X sind mit einer Differenzschaltung verbunden oder in diese eingeschaltet, und das Ausgangssignal dieser Differenzschaltung ist null, wenn die Ausgangssignale der Photozellen gleich sind, bzw. ist von der einen oder anderen Polarität, je nach dem, welche 1>hotozelle das größere Ausgangssignal liefert. Wenn die Photozellen 102X+ und 102X Photo transistoren sind, kann eine einfache Schaltung, wie diejenige gemäß Fig. 7,, verwendet werden. Hier sind die Emitter- und die Kollektorelektrode des Phototransistors zwischen die positive und die negative Klemme einer Potentialquelle von 15V in Reihe geschaltet. Bei gleichem Lichteinfall auf die Phototransistoren fließen durch beide gleiche Ströme, und das Potential an der Ausgangsklemme 106 ist null. Wenn an einem Phototransistor mehr Licht auftrifft als am anderen, wird, je nach dem, welcher Phototransistor höher leitend ist, eine positive oder negative Ausgangsspannung erzeugt, deren GröiJe von dem Unterschied des Lichteinfalles an den Phototransistoren abhängt.
• Wie ersichtlich, haben auf den Manipulator einwirkende Hub-und Längskräfte keinen Einfluß auf die Ausgangssignale der Querfühiphotozellen 102X+ und 102X , da, wie oben bemerkt, solche Kräfte eine Relativbewegung der lichtundurchlässigen Stifte in bezug auf die zugeordneten Lichtstrahlachsen keine Komponente in X-Richtung enthalten, durch die der Abstand zwischen den Lichtstrahlachsen und Stiften geändert werden könnte. In ähnlicher Weise haben Momente in Kipp- und Drehrichtung keine wesentlichen Änderungen der Ausgangssignale der Photozellen 102X und 102X zur Folge. Ein Drallkraftmoment (d.h. ein Moment um die Z-Achse) verändert die Ausgangssignale der Photozellen 102X und 102X . Es ist Jedoch zu bemerken, daß, da die Photozellen 102X+ und 102X an gegenüberliegenden Seiten der YZ-Ebene angeordnet sind, die Änderungen der Ausgangssignale der Photozellen in gleicher, Richtung und um den gleichen Betrag erfolgen. Beispielsweise erhalten bei einer + bewirken, die positiven Drallbewegung beide Photozellen 102X+ und 102X mehr Licht, so daß beide Ausgangssignale zunehmen. Da die Photozellen jedoch in einer elektrischen Differenzschaltung geschaltet sind (Fig.7), hat dies keine Änderung des resultierenden Ausgangssignals an der Ausgangsklemme 106 zur Folge, da die Änderungen des Stromdurchflusses durch die Photdransistoren gleich sind. Folglich ist die Feststellung von Querkräften durch die Photozellen 102X+ und 102X auch gegen Momente um die Z-Achse im wesentlichen unempfindlich.
• Die Hubfühl-Photozellen 102Y und 102Y an den Fühleinheiten 25-2 und 25-4 sind in eine Differenzschaltung, wie die Schaltung für die Querfühl-Photozellen (Fig. 7), elektrisch zusammengeschaltet, und das Ausgangssignal dieser Schaltung liefert eine Angabe der Richtung und Größe der Hubkraft an der Y-Achse. Die Photozellenanordnung ist ähnlich der der Querfühl-Photozellen an den unter rechtem Winkel hierzu angeordneten Fühleinheiten 25-1 und 25-3 und erfordert keine nähere Beschreibung.
• Die Längsfühl-Photozellen 102Z und 102Z für die Feststellung von Kräften entlang der Z-Achse können entweder an den diagonal gegenüberliegenden Fühleinheiten 25-1 und 25-3 oder den Einheiten 25-2 und 25-4 angeordnet sein, und sind im vorliegenden Fall (Fig.3) an den Einheiten 25-1 und 25-3 angeordnet.
• Die parallelen Lichtstrahlachsen für die Photozellen 102Z und 102Z verlaufen parallel zur XY-Ebene an gegenüberliegenden Seiten derselben. Bei einer positiven Längskraft werden also die Stifte 84 in bezug auf die Gehäuse 88 rückwärts bewegt, so daß die Photozelle 102Z vor der XY-Ebene mehr Licht und die Photozelle 102Z hinter der XY-Ebene weniger Licht erhält. Auch hier sind die Ausgänge der Photozellexin eine Differenz - schaltung (ähnlich der gemäß Fig. 7) geschaltet, und die Größe des Ausgangssignals dieser Schaltung entspricht der Längskraft und seine Polarität der Richtung derselben. Auch hier haben Kräfte in Richtung anderer Achsen und Momente um die X-, Y- und Z-Achse entweder keinerlei Wirkung auf die Ausgangssignale der Photozellen, oder sie führen zu gleichen Änderungen der Ausgangssignale derselben, die sich im Ausgangssignal aus der Differenzschaltung, in der die Photozellenausgänge liegen, nicht äußern.
• Im folgenden werden nun die Einrichtungen zum Feststellen von Momenten um die X-, Y- und Z-Achse beschrieben, die zur Messung der Kipp-, Dreh- bzw.Drallmomente dienen. Die Kippfühl-Photozellen 102M + und 102M sind an den diametral gegenüberx x liegenden Fühleinheiten 25-1 und 25-3 angeordnet, und die ihnen zugeordneten Lichtstrahlachsen verlaufen parallel zur X-Achse. Beide PhotozeLlen befinden sich zur gleichen Seite der XY-Ebene und sind hier zu Zwecken der Veranschaulichung vor dieser Ebene in der negativen Z-Hichtung liegend darge -stellt. Bei Auftreten eines Kippmomentes nimmt also der Lichteinfall an der einen Photozelle zu und an der anderen ab. Die Ausgänge der Photozellen sind wieder in eine Differenzschaltung ähnlich der gemäß Fig. 7 geschaltet, und Größe und Polarität des Ausgangssignals dieser Schaltung hängen von dem Ausmaß bzw. von der Richtung des Kippmomentes ab. Die einzige andere Bewegung, die eine Änderung der Ausgangssignale der Photozellen 102mm und 102M erzeugt, ist die, die als Folge x einer Längskraft auftritt. Positive und negative Längskräfte haben jedoch erhöhte bzw. verminderte Ausgangssignale aus beiden Photozellen zur Folge, die sich im Ausgangssignal der Differenzschaltung aufheben.
• Das Moment um die Y-Achse wird unter Verwendung der Photozellen 102M + und 102M - gemessen, deren Ausgänge in eine Differenzy y schaltungsanordnung geschaltet sind, die der oben beschriebenen zur Messung von Momenten um die X-Achse ähnlich ist und daher nicht eingehender beschrieben zu werden braucht.
• Es leuchtet ohne weiteres ein, daß das Drallmoment mittels Photozellen gemessen werden kann, die an dem einen oder dem anderen Paar diagonal gegenüberliegender Fühleinrichtungen angeordnet sein können. In der Zeichnung sind die Photozellen 102M + und 102 M - für die Drallmomentmessung an den Fühleinz z heiten 25-1 und 25-3 an den Enden der Lichtkanäle dargestellt, die zur Z-Achse parallel zur einen Seite der ZY-Ebene liegen.
• Wie bei den übrigen Photozellenpaaren sind auch hier die Photozellenausgänge in eine Differenzschaltung von der in Fig.
• 7 beispielsweise gezeigten Ausbildung geschaltet.
• Quer- und Hubkräfte, die eine Verschiebebewegung der Stifte in bezug auf die zugeordneten Fühlergehäuse zur Folge haben, belasten die Kupplungseinrichttlngen 26 auf schub (Scherung).
• Die Größe der Bewegung bei einer gegebenen Kraft hängt natürlich von dem Schubspannungs-Verformungs-Diagramm der Kupplung cinrichtungen ab. Eine Längskraft beansprucht die Kupplungseinrichtungen je nach Hichtllng auf Zug oder Druck, und das AusmalJ der Bewegung hangt vom Zugspannungs- bzw. bruckspannungs-Verformungsverhalten ab. Bei einer Momentbelastung um eine beliebige Achse wird die Kuplungseinrichtung auf eine Kombination von Zug und Druck beansprucht. Da das Verformungsverhalten eines gegebenen Materials bei Zug und Druck im allgemeinen ganz unterschiedlich ist, hat ein Moment um eine Achse sowohl eine Drehbewegung als auch eine gringfügige Verschiebebewegung zur Folge. Diese begleitende Verschiebebewegung reicht jedoch nicht aus, um die Ausgangssignale aus den Photozellen, einschlielich der übrigen Photozellen, die bei der betreffenden Momentenmessung nicht verwendet werden, in grober Weise zu beeinträchtigen, und kann in der Anlage, in der die Fühleinrichtung verwendet wird, kompensiert werden.
• Die Kupplungseinrichtungen 26 können entsprechend den gewünschten Eigenschaften und dem gewünschten Spannungs-Verformungs- Verhalen für den Betrieb des Manipulators innerhalb eines beliebigen Bereiches von Kräftepaaren ausgewählt werden. Elastomere, wie natürlicher und synthetischer Kautschuk, Plaste o.dgl. können für die Kupplungseinrichtungen 26 verwendet werden. Andere geeignete Kupplungseinrichtungen können aus elastischen Stäben, Schrauben- oder Blattfedern o.dgl. mit-geeigneten Eigenschaften hitsichtlich Schub, Druck und Zug für den in Aussicht genommenen Anwendungsfall bestehen. Zur weiteren Veränderung bzw. Ausdehnung des Bereiches der Betriebstüchtigkeit können beispielsweise aus Abschnitten oder Schichten aus unterschiedlichen Materialien bestehende zusammengesetzte Kupplungseinrichtungen 26 verwendet werden.
• Das Feststellungsverfahren und die -vorrichtung sind nicht auf die Verwendung mit den beschriebenen Lichtstrahlenfühlern beschränkt. Andere Fühleinrichtungen, wie andere Fühler vom Photozellen- oder Potentiometertyp o.dgl. können ebenfalls zur Feststellung der beiden zueinander und zum hindurchgehenden Radius rechtwinklig liegenden Bewegungskomponenten unabhängig von der Radialbewegung verwendet und in einem Radialabstand von der elastischen Kupplung angeordnet sein. Fig. 8 zeigt ein Tragglied 10', das über elastische Kupplungseinrichtungen 26 mit einem daran getragenen Glied 18' verbunden ist. Kräfte-und Momentenfhleinlieiten 110-1, 110-3 und 110-4 sind (zusammen mit einer nicht dargestsellten vierten Fühleinheit) im rechten Winkel in einem Radialabstand von der längsgerichteten Z-Achse der elastisch gekoppelten Glieder 10' und 18' in einer durch die Kupplungseinrichtungen 26 hindurchgehenden Querebene angeordnet. Hier weist Jede Fühleinheit zwei Fühler 112-1 und 112-2 vom Potentiometertyp, die eine zum Feststellen von Bewegungen parallel zur Z-Achse und die andere zum Feststellen von Bewegungen in einer zu dieser und zum Radius durch diese unter rechtem Winkel stehenden Richtung auf.
• Jede Fühleinrichtung weist ein erstes Element mit einer rechteckig geformten Platte aus Widerstandsmaterial, 114, und ein zweites ELement mit einem Kontakt 116 auf, welch letzterer über die Flache der Widerstandsplatte, im wesentlichen unter Punktberührung mit dieser, relativ beweglich ist. Die Wiederstandselemente 114 sind an in einem Längsabstand voneinander liegenden Armen 82' an dem Tragglied 10' mittels Isolierklötzen 118 befestigt, und die mit jenen zusammenwirkenden Kontakte 116 sind in Klötzen 120 aus Isoliermaterial getragen, die an dem getragenen Glied 18' befestigt sind. Die Kontakte, die innerhalb der Öffnungen in den Anbauklötzen 120 radial beweglich sind, stehen unter der radial auswärtsgerichteten Belastung durch Federn 122, die am Boden der Öffnungen abgestützt sind und durch die die an den Kontakten angeschlossenen Ausgangsleitungen 124 hindurchgeführt sind.
• Wie auch in Fig. 9 gezeigt, sind entlang zweier gegenüberliegender Kanten der Widerstandselemente 114 Elektroden 126 vorgesehen, die an Potentiale V+ und V- von gleicher Größe, jedoch verschiedener Polarität angeschlossen sind. Wie in Fig.9 gezeigt, liegen die zur Z-Achse parallelen Elektroden 126 für den Fühler 112-2 unter rechtem Winkel zu den zur X-Achse parallelen Elektroden für den Fühler 112-1 Wenn sich die Kontakte 116 in der Mitte der Widerstandselemente befinden, tritt keine Ausgangsspannung auf. Eine Bewegung aus dem Mittelpunkt gegen die Elektrode V+ hin hat ein positives Ausgangssignal, und umgekehrt eine Bewegung aus dem Mittelpunkt gegen die Elektrode V- ein negatives Ausgangssignal zur Folge. Wie ersichtlich, spricht also jeder Fühler auf eine Relativbewegung entlang einer Achse an und ist gegen Bewegungen entlang der anderen Achsen unempfindZch. Die zwei Fühler 112-1 und 112--2 an einer gegebenen Fühleinheit liefern daher Ausgangssignale, die für Bewegungen aus der Neutralstellung entlang zweier zueinander und zu einer dritten, radial durch die Fühleinheiten hindurchgehenden Achse rechtwinklig liegender Achsen kennzeichnend sind.
• ausgangssignale aus den Fühlern an diametral gegenüberliegenden Fühleinheiten sind mit einer geeigneten Differenzschaltung verbunden, die die gewünschten Kräfte- und Momentenausg.-lngssignale liefert. Gemäß Fig. 10 sind die Ausgänge der Fühler 112-1 an den diametral gegenüberliegenden Fühleinheiten 110-1 und 110-3 direkt mit einem Differentialverstärker 130 und über einen Negatorverstärker 132 mit einem weiteren Differentialverstärker 134 verbunden. Die Ausgangssignale aus den Verstärkern 130 und 134 sind daher proportional zum Moment um die X-Achse bzw. zur Kraft entlang der Z-Achse. Die Ausgänge anderer Fühlerpaare sind bedarfsweise zur Feststellung anderer Kraft- und Momentenkomponenten in ähnlicher Weise in Anordnungen zusammengeschaltet, die sich nach der obigen Beschreibung für den Fachmann ergeben.
• Eine Kraft- und Momentenfühleinrichtung, bei der Fiihlereinheiten einer anderen abgewandelten Form verwendet werden, ist in Fig. 11 und 12 gezeigt. Wie bei der Anordnung gemäß Fig. 8 sind das tragende und das getragene Glied 10' bzw. 18' durch elastische Kupplungseinrichtungen 26 gekoppelt, die eine Relativbewegung zwischen diesen beiden Teilen bei der Übertragung von Kräften oder Momenten gestattet. Auch hier sind drei der vier quadrantenweise in Abständen angeordneten Fühleinheiten 140-1, 140-3 und 140-4 dargestellt. Jede Fühleinheit weist zwei Quellen 142, wie Lichtemissionsdioden, auf, die an einem der Glieder 10' und 18' angebracht sind und radiale Lichtstrahlen aussenden. Bei der dargestellten Anordnung sind die Lichtquellen in Klötzen 144 getragen, die an dem Glied 18' befestigt und derart angeordnet sind, daß sie Lichtstrahlen radial auswärts durch Masken 146 hindurchschicken, in denen quadratische Ausschnitte 148 gebildet sind. Die durch die Ausschnitte hindurchgeschickten, nun im Querschnitt quadratischen Lichtstrahlen fallen auf geteilte Photozellen 150, die an ihrer Fläche je zwei benachbarte lichtempfindliche Elemente aufweisen. Die Ausgangssignale aus den beiden Photozellenelementen treten an den mit 0 1 und 02 bezeichneten Ausgangsleitungen auf. An nebeneinanderliegenden lXhotozeLLen 150 einer Fühleinheit sind die mit 152 bezeichneten Linien zwischen benachbarten Photozellenelementen, wie in Fig. 12 gezeigt, zueinander rechtwinklig, so daß die Bewegung in zwei zueinander sowie zu einer Linie radial durch die Fühleinheit unter rechtem Winkel gelegenen stichtungen festgestellt werden. Jie Photozellenausgänge aus diametral gegenüberliegenden Fühlern sind in Differenzschaltungen zusammengeschaltet, wie oben im Zusammerlllang mit Fig. 1 bis 7 beschrieben, und diese Schaltungen liefern Signale, die für die über die Kupplungseinrichtungen 26 übertragenen Kräfte- und Momentenkomponenten repräsentativ sind. Es ist hier zu bemerken, daß zur Erzielung der gleichen Ausgangssignale wie aus den dargestellten zwei Paaren von lialbphotozellen die Ausgangssignale von handelsüblichen Vierquadranten-Photozellen in Addier- und Subtrahierverstärkern verarbeitet werden können.
• Obwohl die Erfindung oben nur anhand einiger Ausführungsbei spiele eigehend beschrieben wurde, sind, für den Fachmann erkennbar, andere Anderungen und Abwendlungen ohne Abweichen vor)) Erfindungsgedanken möglich. Beispielsweise kann der Handgelenkfühler bei Verwendung von Photozellen zur Vermeidung von fehlerträchtigen Einflüssen des Umgebungslichtes in einem (nicht dargestellten) lichtundurchlässigen Verschluß oder Gehause untergebracht sein. Auch können für die Kräfte- und Momentenermittlung in begrenzterem Umfang Vorrichtungen mit nur einem Paar Fühleinheiten, beispielsweise nur den Fühleinheiten 25-1 und 25-3 oder den Einheiten 25-2 und 25-4 verwendet werden. Anstatt dessen können zur Feststellung aller drei Kräfte und aller drei Momente drei Fühleinheiten verwendet werden, die um das Handgelenk herum (beispielsweise in gleiohen Winkelabständen von 1200) angeordnet sind. Auch hier können entweder durch zweckmäßige Anordnung der lichtemittierenden und lichtempfindlichen Zellen und unter Verwendung von Differenzschaltungen, wie gemäß Fig. 7, oder durch Verwendung von nur d-rei Paaren von Lichtstrahlen und Differentialverstärkern zur Kombination der Ausgangssignale alle drei Kräfte und alle drei Momente getrennt festgestellt werden. Diese und ähnliche Änderungen und Abwandlungen sollen als im Rahmen der folgenden Ansprüche liegend gelten.
• Patentansprüche

Claims (1)

1> a t e n t a n s )> r ü c h e I. Verfahren zur eststellun von über eine elastische liuplJlungseinrichtung entlang zueinander rechtwinkliger Achsen in X-, i- und Z-hichtung durch diese übertragener Momenten- und Kraftkomponenten, dadurch gekennzeichnet, daß a) an der Kupplungseinrichtung an in Abständen in der Umfangsrichtung um die Z-Achse herum in der Ebene der X- und der Y-Achse liegenden Stellen mehrere zweiteilige Fithteinheiten derart angebracht werden, daß bei Übertragung von Kräften und Momenten durch die Kupplungseinrichtung auftretende Relativbewegungen zwischen den beiden TeiLen der Fühleinheiten erzeugt werden; b) von den Füljleinheiten als Folge der Relativbewegungen der beiden Teile entlang einer zur Z-Achse parallelen wichtung auftretende erste elektrische Ausgangssignale erzielt werden; c) die ersten elektrischen Ausgangssignale zu verschiedenen Kombinationen zusammengefaLt werden, um Ausgangssignale zu erzielen, die den Momentenkomponenten um die X- und Y-Achse und der entlang der Z-Achse übertragenen Yraftkomponente entsprechen; d) als Folge der Relativbewegung der beiden Teile entlang einer zum Radius durch die Fühleinheit und zu der zur Z-Achse parallelen Richtung unter rechtem Dinkel stehenden Richtung auftretende zweiEelektrische Ausgangssignale aus der Fühleinheit erzielt werden; und e) die zweiten elektrischen Ausgangssignale aus den Fühleinheiten in verschiedenen Kombinationen zusammengefalJt werden, um Ausgangssignale zu erzielen, die zu den entlang der X- und Y-Achse übertragenen Kraftkomponenten und zu der Momentenkomponente um die Z-Achse in einer Beziehung stehen.

2. Fühleinrichtung zur Verwendung bei der burchfe.hrung ziels Verfahrens gemäß Anspruch 1, zur bestellung mindestens einer Kraft- und Momentenkomponente entlang zueinander rechtwinklig liegender X-, Y- und Z-Achsen, die von einem ersten auf ein zweites Glied übertragen werden, deren Längsachse sich entlang der Z-Achse erstreckt, gekennzeichnet durch a) eine elastische Kupplungseinrichtung, die das erste und zweite Glied miteinander verbindet, jedoch Relativbewegungen zwischen diesen zuläßt, und durch die die X-, Y- und Z-Achse hindurchgehen; b) mindestens eine aus der Z-Achse heraus entlang der Y-Achse radial versetzte Fühleinheit an der elastischen Kupplungseinrichtung mit einer ersten und einer mit dieser zusammenwirkenden zweiten Einrichtung, die an dem ersten bzw. zweiten der miteinander gekoppelten Glieder derart angebracht sind, daß bei bertragung von Kräften und Momenten zwischen dem ersten und zweiten der durch die elastische Kupplungseinrichtung gekoppelten Glieder eine Relativbewegung zwischen der ersten und der zweiten der zusammenwirkenden Einrichtungen hervorgerufen wird ; und c) eine Einrichtung zum Erzielen eines ersten elektrischen Ausgangssignals aus der Fühleinheit,das nur der Relativbewegung der zusammenwirkenden Einrichtungen entlang einer ersten zum Radius durch die Fühleinheit unter rechtem Winkel stehenden Richtung entspricht.

3. Fühleinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine LRinricl3tung zum erzielen eines weiteren elektrischen Ausgangssignals aus der Fühleinheit, das nur der ltelativbewewegung der zusammenwirkenden Einrichtungen entlang einer zur ersten Richtung und zum Radius durch die Fiihleinheit unter rechtem Winkel stehenden richtung entspricht.

4. Fühleinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch a) mehrere in Abständen in der Umfangsrichtung um die Längsachse an der elastischen Kupplungseinrichtung angeordnete Fiihleinheiten und b) eine Einrichtung zum Zusanmenschalten zweier elektr-ischer Ausgänge aus verschiedenen Fühleinheiten in eine ::ichal tungsanordnung, deren Ausgangssignal zu den elektrischen Ausgangssignalen aus den Fühleinheiten in einer algebraischen Beziehung steht.

50 Fühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite der zusammenwirkenden Einrichtungen ein lichtundurchlässiges Glied bzw.

eine Lichtquelle mit einer im Abstand von diesenrbefindlichen Photozelle sind, die derart angeordnet sind, daß Licht aus der Lichtquelle an einer Kante des lichtundurchlässigen Gliedes vorbei auf die Photozelle gerichtet ist und das lichtundurchlässige Glied einen veränderlichen Teil des Lichtes abfängt und dessen Auftreffen auf die Photozelle verhindert.

6. Fühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite der zusammenwirkenden Einrichtungen der Fühleinheit ein Potentiometer, bestehend aus einem Widerstandselement mit parallellaufenden Anschlüssen entlang gegenüberliegender Kanten bzw. ein das Widerstandselement berührender beweglicher Kontakt ist.

7. Fühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite der zusammenwirkenden Glieder ein Paar nebeneinanderliegender Photozellenelemente bzw. eine Lichtquelle sind, die derart angeordnet sind, daß das Licht aus der Lichtquelle radial auf beide Photozellenelemente gerichtet ist.

8. Fühleinrichtung nach einem der Anspriiche 2 bis 7, gekennzeichnet durch a) eine der Fühleinheit diametral gegenüberliegende zweite Fühleinheit; b) eine Einrichtung zur Erzielung eines zweiten elektrischen Ausgangssignals aus der zweiten Fühleinheit, das nur der Relativbewegung der zlls zusamenwirkenden Einrichtungen der zweiten Fühleinheit entlang einer zur ersten Richtung parallelen Richtung entspricht; und c) eine Einrichtung zum Zusammenschalten des ersten und des zweiten elektrischen Ausgangs in eine Schaltungsanordnung, deren Ausgangssignal zu Jenen in einer algebraischen Beziehung steht.

9. Fühleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der Relativbewe»ungen auf die die erste und die zweite Fühleinrichtung ansprechen, zur Z-Achse parallel liegen und das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung für die entlang dieser Z-Achse übertragene Kraft kennzeichnend ist.

10. Fühleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der ltelativbewegung auf die die erste und die zweite Fühleinheit ansprechen, zur Z-Achse parallel sind und das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung für das Moment um die X-Achse kennzeichnend ist.

11. Fülileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeiehnet, da. die ltichtung-en der i<elativbewegung,auf die die erste und die zweite Fühleinheit jnsprechen, zur X-Achse parallel sind und das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung für die entlang der X-Achsc übertragene Kraft kennzeichnend ist.

12. Fähleinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen der elativbewegng, auf die die erste und die zweite Fühleinheit ansprechen, zur X-.chse parallel sind und das Ausgangssignal der Schaltungsanordnung für das Moment um die Z-Achse kennzeichnend ist.

13. Fühleinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet durch a) ein zweites Paar Fühleinheiten, die entlang der X-Achse diametral gegenüberliegend angeordnet sind; b) eine Einrichtung zur Erzielung elektrischer Ausgangssignale aus dem zweiten Paar Fühleinheiten, die nur Helativbewegungen parallel zur Y-Achse entsprechen; und c) eine Sinrichtlng zum Zusammenschalten der elektrischen Ausgänge aus dem zweiten Paar Fühleinheiten in eine Schaltungsanordnung, deren Ausgangssignal für die entlang der Y-Achse übertragene Kraft kennzeichnend ist..

14. Fühleinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, gekennzeichnet durch a) ein zweites Paar Fühleinheiten, die entlang der X-Achse diametral gegenüberliegend angeordnet sind; b) eine Einrichtung zur Erzielung elektrischer Ausgangssignale aus dem zweiten Paar Fühleinheiten, die nur Relativbewegungen parallel zur Z-Achse entsprechen; und c) eine Einrichtung zum Zusammenschalten der elektrischien Ausgänge ans dem zweiten Paar Fühleinheiten in eine chaltungsanordnung, derer Ausgangssignal für das übertragene Moment um die Y-Achse kennzeichnend ist.

15. Fühleinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daii die erste und zweite Einrichtung das Wirkglied (der Effektor) eines Manipulators bzw. die dieses tragende Einrichtung sind und daß diese beiden durch die elastische KuF,plungs(3inrichtung Ciekoppelt sind.

16. Fühleinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirkglied folgende Teile aufweist: a) ein Polar relativ zueinander beweglicher Glieder; b) einen Motor für deren Antrieb; und c) eine Einrichtung für den Anbau des Motors als gegen gewicht fijr das Wirkglied am bunde des Manipulators an der diesem gegenüberliegenden Seite ler Fiihleinheit entlang der Z-Achse.

17. Fühleinrichtung zur Verwendung bei der Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Feststellen von Kraft-und Momentenkomponenten entlang zueinander unter rechtem Winkel stehenden Achsen in X-, Y- und Richtung durch die elastische Kupplungseinrichtung, die das erste und zweite Glied miteinander verbindet und in deren Längsrichtung die Z-Achse liegt, gekennzeichnet durch a) illindestens drei in Abständen in der Umfangsrichtiing um die Z-Achse um die elastische Kupplungseinrichtung herum angeordnete Fühleinheiten; b) wobei jede der Fühleinheiten eine erste und eine mit dieser zusammenwirkende zweite Einrichtung aufweist, die an dem ersten bzw. zweiten der gekoppelten Glieder derart angebracht sind, daX bei der Übertragung von hräften und Momenten <lurch die elastische Kupplungseinrichtung eine Relativbewegung zwischen der ersten und zweiten aller zusammenwirkenden Einrichtungen erzeugt wird; c) eine Einrichtung zum Erzielen eines ersten el.ektrischen Ausgangssignals aus jeder der Fühleinheiten, das nur der Relativbewegung tler zusammenwirkenden Einrichtungen entlang einer zur Z-Achse parallelen Richtung entspricht; d) eine erste chaltungseinrichtung; e) eine Einrichtung zum Zusammenfassen der ersten elektrischen Ausgangssignale in der ersten Schaltungseinrichtung zur Erzielung von Ausgangssignalen, die für Momentenkomponenten um die X- und Y-Achse und für die Kraftkomonente entlang der Z-Achse kennzeichnend sind; f) eine Einrichtung zum Erzielen eines zweiten elektrischen Ausgangssignals von jeder der Fühleinheiten, das nur der Relativbewegung der zusammenwirkenden Einrichtungen entlang einer zum Radius durch die Fühleinheit und zu der zur Z-Achse parallelen Richtung unter rechtem Winkel steht; g) eine zweite chattiingseinrichtung; und h) eine Einrichtung zum Zusammenfassen der zweiten elektrischen Ausgangssignale in der zweiten Schaltungseinrichtung zur Erzielung von Ausgangssignalen, die für die Kraftkomponenten entlang der X- und Y-Achse und für die Momentenkomponente um die Z-Achse kennzeichnend sind.

1b. Fühleinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß um die Z-Achse herum entlang der X- und Y-Achse vier der Fühleinheiten in Abstanden voneiilander in der Umfangsrichtung vorhanden sind.