DE2756052A1

DE2756052A1 - Parallel-manipulator

Info

Publication number: DE2756052A1
Application number: DE19772756052
Authority: DE
Inventors: Daniel Francois; Jean-Claude Germond; Paul Marchal; Jean Vertut
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1978-07-06
Also published as: FR2375011A1; GB1584040A; JPS5383266A; BE861740A; ES465337A1; FR2375011B1; US4179035A; IT1091396B

Description

Parallel-Manipulator

Die Erfindung betrifft einen gegliederten oder schwenkbaren und entlasteten oder ausgeglichenen Manipulator.

Es gibt zahlreiche sogenannte Master-Slave-Manipulatoren oder Parallel-Manipulatoren, d. h. Manipulatoren, die einen Master- oder Herren-Teil aufweisen, der vom Bediener gesteuert ist und einen Sklaven-Teil aufweisen, der die Bewegung des Herren-Teils reproduziert und der an seinem Ende ein Werkzeug oder ein Greifglied trägt. Diese Manipulatoren sind häufig zur Arbeit im Inneren eines geschlossenen und im allgemeinen gepanzerten Behälters bestimmt, dessen Schutzwand-Dicke mehr oder weniger groß ist, jedoch stets zwischen mindestens 5 cm und 1 m liegt. Der Herren-Arm bleibt außerhalb des Behälters und der Manipulator durchsetzt die Wand. Diese Manipulatoren sind so ausgebildet, daß dann, wenn der Bediener manuell seinen Steuergriff betätigt, die gleichen Bewegungen an der Zange reproduziert werden, und daß umgekehrt durch eine Rückwirkung infolge der Reversibilität der übertragung zwischen dem Herren-Teil und dem Sklaven-Teil der Manipulator auf den Bediener Kräfte einwirken lassen kann, die vom Werkzeug oder vom Greifglied des Sklaven-Teils ausgeübt oder erhalten werden, und weshalb auf diese Weise der Bediener insbesondere die Masse oder das Gewicht der manipulierten Gegenstände erfühlen kann. Sie sind darüber hinaus ausgeglichen oder entlastet gegenüber dem Gewicht bzw. der Erdanziehung derart, daß der unbelastete Manipulator bezüglich aller Bewegungen indifferent oder neutral ist.

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Weiter gibt es motorgetriebene Manipulatoren im allgemeinen mit einem Elektromotor, die vollständig in die Anlage eingesetzt sind anstatt die Wand zu durchsetzen, wie bei den bereits erwähnten Manipulatoren.

Schließlich gibt es auch motorgetriebene Manipulatoren mit zwei Richtungs-Steuerungen derart, daß die gleiche Rückwirkungen und die gleiche integrierte direkte Steuerung ausgehend von einem einzigen Griff erreichbar sind, wie das bei dem zuerst Erläuterten der Fall ist.

Die ersteren ermöglichen keine Manipulation erheblicher Massen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der zu manipulierende Gegenstand, statt ein veränderlicher Gegenstand zu sein, der im Arbeitsraum vorhanden ist, ein Gegenstand konstanten Gewichtes ist, wie eine Fernsehkamera, die verwendbar ist zur Prüfung oder Überwachung der Fläche oderjeines Schutzsystems mit Hochdruckwasser, das zur Dekontamination verwendbar ist.

Im ersten und im dritten Fall muß der Betreiber ständig den benutzten Gegenstand oder das benutzte Werkzeug tragen, was für ihn sehr ermüdend ist. Motorgetriebene Manipulatoren können in Räumen mit sehr geringen Abmessungen nicht ohne weiteres oder einfach arbeiten, wie das insbesondere der Fall ist, wenn beispielsweise Teile des Primärkreises von Kernreaktoren durch Druckwasser dekontaminiert werden sollen oder wenn Prüfungen dieser Kreise durchgeführt werden sollen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Manipulator anzugeben, durch den der ständige Ausgleich eines Werkzeugs, das sich von einer Zange unterscheidet, dessen Bewegung im Inneren eines

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geschlossenen Behälters erreicht werden soll, erreichbar ist. Dabei soll der erfindungsgemäße Manipulator außerdem das Eindringen in das Innere des Behälters ermöglichen durch eine geringe Abmessungen aufweisende öffnung in beliebiger Richtung.

Die Aufgabe wird bei einem Manipulator mit einem Herren-Arm und einem Sklaven-Arm, der zur Arbeit in einem durch eine mit einer EinfUhröffnung des Sklaven-Arms versehenen wandbegrenzten Behälter vorgesehen ist,dadurch gelöst, daß ein zylindrischer Mittelschaft mit einer Drehachse vorgesehen ist, daß eine an der Wand in Höhe der öffnung zu befestigende DurchfUhrungsplatte vorgesehen ist, daß der Mittelschaft in der DurchfUhrungsplatte schwenkbar befestigt ist, daß die DurchfUhrungsplatte eine Befestigungsebene an der Wand bildet, daß der Mittelschaft ein erstes und ein zweites Ende besitzt, daS ein Sklaven-Arm an dem ersten Ende angelenkt ist und durch η Elemente oder Segmente mit im allgemeinen zylindrischer Form gebildet ist, die aneinander anstoßend befestigt sind und gegeneinander angelenkt sind, wobei das letzte Element oder Segment mit einem Werkzeug versehen ist, daß ein Herren-Arm am zweiten Ende angelenkt ist und durch η Elemente oder Segmente mit im allgemeinen zylindrischer Form gebildet ist, die aneinander anstoßend befestigt sind und gegeneinander angelenkt sind, wobei das letzte Segment mit einem Steuergriff und einem einstellbaren Gegengewicht versehen ist, daß die Segmente des Herren-Arms homothetisch zu denjenigen des Sklaven-Arms in Bezug auf den Schnittpunkt der Achse des Mittelschafts mit der Tragachse sind, in einem Homothesieverhältnis von k, wobei k negativ ist, wobei die Massen der homothetischen Segmente im wesentlichen in einem Verhältnis von l/k stehen, und daß von Ketten, Riemen, Kabeln oder Bänder und von Rollen gebildete Einrichtungen vorgesehen sind, um auf den Sklaven-Arm die Bewegungen des Herren-Arms so zu Übertragen, daß in jedem Augenblick der durch zwei

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Segmente des Herren-Arms gebildete Winkel und der durch die beiden homothetischen Segmente des Sklaven-Arms gebildete Winkel gleich sind mit parallelen Schenkeln.

Dabei wird außerdem gleichzeitig dazu, daß der Ausgleich oder die Entlastung gegenüber der Steuerung der manipulierten Last erreicht ist,auch ein Ausgleich oder eine Entlastung gegenüber dem Handhabungspunkt sichergestellt durch dessen Einführung in den Raum oder Behälter bzw. genauer durch Einführung dessen Sklaven-Teils.

Dazu ist der erfindungsgemäße Manipulator ständig ausgeglichen oder entlastet, unabhängig von den Verformungen bzw. Formänderungen, wenn er an der Wand des Behälters befestigt ist,in dem gearbeitet werden soll. Die Anordnung des gleichen Manipulators ist ebenso ausgeglichen oder entlastet, während dessen Inlagebringung oder dessen Transport außerhalb des Behälters gegenüber einer Tragachse. Vereinfacht ausgedrückt wird das Ergebnis dadurch erreicht, daß den verschiedenen Elementen oder Segmenten des Sklaven-Arms und den verschiedenen Elementen oder Segmenten des Herren-Arms homothetische Formen gegeben werden, wobei der Herren-Arm zumindest eine Ausgleichsmasse aufweist.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung weist die Durchführungsplatte einen mittigen Dreh-Teil auf, der mit dem Mittelschaft einstückig ist sowie einen Umfangsteil, der an der Wand befestigbar ist, wobei der mittige Teil schwenkbar in dem Umfangsteil befestigt ist.

Gemäß einer zweiten Weiterbildung ist der mittige Teil der DurchfUhrungsplatte mit zwei Handhabungszapfen versehen, die die gleiche Achse besitzen, wobei diese Achse die Achse des

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Mittelschafts schneidet und nahe der Befestigungsebene und außerhalb des Behälters angeordnet ist.

Gemäß einer dritten Weiterbildung ist der Umfangsteil der DurchfUhrungsplatte durch eine Befestigungsplatte gebildet, die an der Wand befestigbar ist, sowie durch eine mit der Befestigungsplatte einstückige ZylinderhUlse und ist der mittige Teil der DurchfUhrungsρlatte durch eine zweite zum Mittelschaft koaxiale und mit diesem einstückige Hülse gebildet, wobei die zweite Hülse schwenk- oder drehbar in der ersten Hülse befestigt ist, wobei die zweite Hülse durch die erste Hülse über eine bestimmte Länge parallel zur Achse des Mittelschafts geführt ist, wobei die Handhabungszapfen die Achse des Mittelschafts im wesentlichen in der Mitte dieser Länge schneiden.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch in Seitenansicht den erfindungsgemäßen Manipulator bei dessen Anordnung im Arbeitsbehälter;

Fig. 2 in Ansicht den Manipulator gemäß Fig. 1 bei dessen Einführung in den Arbeitsbehälter mittels einer Trageinrichtung;

Fig. 3 in Ansicht den Manipulator gemäß Fig. 1, wenn er in den Arbeitsbehälter eingesetzt ist, jedoch noch auf der Trageinrichtung ist;

Fig. 4 im Horizontalschnitt von oben den Manipulator, wobei Herren-Arm und Sklaven-Arm eingefaltet sind;

Fig. 5» 6 ausführliche Teile der Anordnung gemäß Fig. 4, und zwar die Verbindung zwischen zwei Segmenten des Herren-Arms und die Verbindung zwischen dem Mittelschaft und der Durchführungsplatte.

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In Fig. 1 ist der erfindungsgemäße Manipulator in der Wand des Raums oder Behälters dargestellt, in dem dieser arbeiten soll. Im dargestellten Fall handelt es sich um das Unterende eines Wärmetauschers eines Druckwasser-Reaktors. In Fig. 1 ist das Unterende des Wasserkastens ²I- dieses Wärmetauschers dargestellt. Das Ende eines Sklaven-Arms dieses Manipulators ist zur Arbeit im Inneren des Wasserkastens 4 bestimmt, der durch eine dicke Wand 2, einen Rohrboden 6 und eine vertikale Trennwand 8 gebildet ist. Der Manipulator ist in den Wasserkasten 4 über eine öffnung eingeführt, die in der Wand 2 vorgesehen ist. Selbstverständlich ist bei Normalbetrieb die öffnung 10 durch einen (nicht dargestellten) Deckel verschlossen.

Der erfindungsgemäße Manipulator weist einen Mittelschaft mit im allgemeinen zylindrischer Form auf, der eine Drehachse XX' besitzt. Am Mittelschaft 12 sind einerseits ein Herren-Arm und andererseits ein Sklaven-Arm des Manipulators befestigt, wobei der Sklaven-Arm im Inneren des Wasserkastens 4 angeordnet ist, wenn der Manipulator in Lage gebracht ist, und wobei der Herren-Arm außerhalb vorgesehen ist, um für den Betreiber oder Bediener zugänglich zu sein. Der Manipulator weist auch eine DurchfUhrungsplatte 14 auf,die längs ihres Umfangs an der Wand 2 befestigbar ist. Der Mittelschaft 12 ist um seine Längsachse XX' schwenk- oder drehbar im Inneren der DurchfUhrungsplatte 14 befestigt. Bei befestigter Durchführungsplatte 14 kann sich daher der Mittelschaft 12 um die Achse XX¹ drehen. Darüber hinaus weist die DurchfUhrungsplatte Durchführungen 16 auf, insbesondere um den Durchtritt einer optischen Einrichtung und einer Beleuchtungseinrichtung zu ermöglichen, um dem Bediener eine überwachung der Verschiebungen oder Bewegungen des Sklaven-Arms im Inneren des Arbeits-

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behälters zu ermöglichen. Der Herren-Arm und der Sklaven-Arm sind je an einem Ende des Mittelschaftes 12 befestigt. Der Sklaven-Arm weist ein erstes Element oder Segment 20 auf, das gegenüber dem Mittelschaft 12 um eine Achse 22 schwenkbar ist, die mit dem Mittelschaft 12 einstückig ist und die senkrecht zur Achse XX¹ ist. Der Sklaven-Arm weist ein zweites Segment 24 auf, das um eine Achse 26 schwenkbar ist, die mit dem Segment 20 einstückig ist und parallel zur Achse ist. Der Sklaven-Arm weist auch ein drittes Element oder Segment 28 auf, das um die Achse 30 schwenkbar ist, die parallel zu den Achsen 22 und 26 ist, wobei das dritte Segment 28 eine Anwendungseinrichtung oder ein Werkzeug aufweist, das veränderbarer Art sein kann. Darüber, hinaus kann sich dieses dritte Segment 28 um dessen Längsachse x-x drehen.

In gleicher Weise sind auf Seiten des Herren-Arms vorgesehen ein erstes Segment 20', das gegenüber dem Mittelschaft um eine Achse 22' parallel zur Achse 22 schwenkbar ist, ein zweites Segment 24', das um eine mit dem Segment 20' einstückige Achse 26' schwenkbar ist^ und ein drittes Segment 28', das um eine Achse 30' schwenkbar ist. Das dritte Segment 28' trägt einerseits einen Steuergriff 34 und andererseits eine Anordnung von einstellbaren Gegengewichten bzw. eine Ausgleichsmasse 36, deren Wirkung weiter unten erläutert wird. Dieses dritte Segment 28' kann sich auch um dessen Längsachse x'-x' drehen.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung besteht eine homothetische Beziehung zwischen den Elementen oder Segmenten des Herren-Arms und den Elementen oder Segmenten des

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Sklaven-Arms bezüglich eines Punkts A. Der Punkt A ist so definiert, daß er den Schnittpunkt der Achse XX¹ des Mittelschafts 12 und einer Querachse bildet. Diese Querachse ist dabei durch zwei Zapfen 38 definiert, die beiderseits des Mittelschafts 12 angeordnet sind und die, wie das weiter unten erläutert wird, zur Inlagebringung des Manipulators im Arbeitsbehälter dienen. Wenn das negative Homothesieverhältnis mit k bezeichnet wird, bedeutet dies selbstverständlich, daß die algebraische Länge der Segmente 20, 24, 28 des Sklaven-Arms in einem Verhältnis k zu den algebraischen Längen der entsprechenden Segmente 20', 24', 28' des Herren-Arms stehen. Es besteht das gleiche Verhältnis zwischen dem algebraischen Abstand, der den Punkt A von der Achse trennt und dem Abstand, der den Punkt A von der Achse 22' trennt. Dieses Homothesieverhältnis besteht selbstverständlich auch in gleicher Weise in einer Ebene senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 wie das beispielsweise in Fig. 4 dargestellt ist, die den erfindungsgemäßen Manipulator ausführlich zeigt. Daraus ist ersichtlich, daß in Bezug auf den Rankt A ebenfalls eine homothetische Anordnung der Arme gegeneinander in dieser senkrechten Ebene besteht.

Um den Ausgleich oder die Entlastung um die Zapfen 38 zu erhalten, ist es selbstverständlich ebenfalls notwendig, zusätzlich zur Homothesie, daß die Massen jedes homothetischen Element- oder Segmentpaars in einem Verhältnis stehen,das umgekehrt zum Homothesieverhältnis ist, nämlich l/k. Unter diesen Bedingungen bestfeht ein Ausgleich um die Zapfen 38. Um diesen Gewichtsausgleich sicherzustellen, weist das Segment 28' Abgleichmassen 36 auf. Wenn einmal das Werkzeug 32 durch die Abgleichmassen 36 ausgeglichen oder entlastet ist, bleibt

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diese Entlastung oder dieser Ausgleich infolge der Homothesie unabhängig von den Stellungen der Segmente. Damit diese Homothesie eingehalten wird, sind die Glieder, die die Verschwenkungen der Segmente 20, 24, 28 des Sklaven-Teils hervorrufen selbstverständlich ausgehend von Verschiebebefehlen des Herren-Arms gesteuert, die durch die entsprechenden Segmente 20', 24', 28' des Herren-Arms gebildet sind, derart, daß die entsprechenden Winkel den gleichen Absolutwert besitzen jedoch entgegengesetzt gerichtet sind und parallele Seiten oder Schenkel aufweisen. Beispielsweise ist der Winkel<£.,den das Segment 20 in jedem Augenblick gegenüber dem MLttelschaft 12 einnimmt, gleich und entgegengesetzt zum Winkel °C ', den der Mittelschaft 12 mit dem Segment 20' des Herren-Arms einnimmt. Weiter unten wird ausführlich erläutert, wie diese Winkelbeibehaltung durch ein Antriebssystem erreicht wird.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die Inlagebringung des Manipulators an der Wand 2 des Arbeitsbehälters, woraus sich besser einer der Vorteile der Ausgleichung des Manipulators gegenüber den Zapfen J>8 ergibt. Die Inlagebringung wird mittels eines bewegbaren Wagens 40 erreicht,der mit einem Tragarm 42 versehen ist. Der Tragarm 42 ist um eine Horizontalachse 44 des Wagens 40 schwenkbar, wobei die Verschwenkung des Tragarms beispielsweise durch einen Steuerzylinder 46 erreicht oder gesteuert wird. An seinem freien Ende weist der Tragarm 42

zwei halbkreisförmige Aufnahmen 48 auf, die mit den Zapfen des Manipulators zusammenwirken können, sowie eine Verriegelung 48' Infolge des homothetischen Ausgleichs der Anordnung des Manipulators um den Punkt A, der in der Mitte der gemeinsamen Achse der Zapfen 38 vorgesehen ist, befindet sich der Manipulator stets ausgeglichen am Ende des Tragarms 42 unabhängig von

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der Lage der verschiedenen Elemente oder Segmente des Herren-Arms und des Sklaven-Arms. Die Fig. 2 und 3 zeigen insbesondere die Bewegungen, die auf den Herren-Arm und den Sklaven-Arm auszuüben sind, um die Einführung des Sklaven-Arms in den Arbeitsbehälter (Wasserkasten 4) durch die öffnung zu ermöglichen.

Selbstverständlich kann das Homothesieverhältnis zwischen dem Herren-Arm und dem Sklaven-Arm auch Eins sein, wobei in diesem Fall dann Symmetrie in Bezug auf den Punkt A besteht. Jedoch ist ganz allgemein der Raum, über den Kerrenseitig verfügbar ist wesentlich kleiner als der über den sklavenseitig verfügbar ist, d. h. im Inneren des Arbeitsbehälters. Deshalb ist im allgemeinen das Homothesieverhältnis k des Herren-Arms gegenüber dem Sklaven-Arms im Absolutwert kleiner als Eins. Darüber hinaus ermöglicht das Vorhandensein der Abgleichmassen am Segment 28' des Herren-Arms, d. h. auf der zugänglichen Seite_/sehr leicht eine Anpassung des Gewichtsausgleichs des Arbeitswerkzeugs 32, wenn dieses geändert werden muß.

In Fig.4 ist ausführlich ein Ausflihrungsbeisplel des erfindungsgemäßen Manipulators dargestellt. Wie aus Fig. 4 erkennbar, ist die in der Ebene der Fig.l bestehende Homothesie auch bei der dazu senkrechten Ebene in Fig. 4 vorhanden. Insbesondere sind gemäß Fig. 4 . die verschiedenen

Elemente oder Segmente, die den Herren-Arm und den Sklaven-Arm bilden, symmetrisch in Bezug auf den Punkt A achsverlagert oder versetzt. Auf diese Weise ist in Fig.4 das Segment 20' oberhalb des Mittelschafts 12, während das entsprechende Segment 20 des Sklaven-Arms unterhalb des Mittelschafts 12 ist. In Fig. 4 sind insbesondere die Schwenkachsen der Segmente gegeneinander ausführlich dargestellt, sowie die Ausführung des Antriebs des Sklaven-Arms ausgehend von gesteuerten Bewegungen das Herren-Arms. Jede Anlenkung oder jedes Gelenk

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besteht aus einer Achse und zwei Halbgehäusen,die jeweils mit einem , der zu vereinigenden beiden Segmente einstückig sind und die Rollen zur Übertragung der Verschiebungen mittels Ketten enthalten. Wenn beispielsweise das Gelenk zwischen dem Mittelschaft 12 und dem Segment 20^f des Herren-Arms betrachtet wird, so ist dort vorgesehen ein Halbgehäuse 50' einstückig mit dem Mittelschaft 12 und ein Halbgehäuse 52' einstückig mit dem Segment 20'. Im Inneren dieser beiden Halbgehäuse 50', 52' befindet sich die Achse 22'. In gleicher Weise erfolgt dLe Anlenkung zwischen dem Segment des Sklaven-Arms und dem Mittelschaft 12 durch die Achse 22., die in zwei Halbgehäusen 50, 52 befestigt ist. Um die Übertragung von Schwenkbefehlen des Herren-Arms zum Sklaven-Arm und umgekehrt zu erreichen, sind die Achsen 22 und 22' wie übrigens auch die Achsen 26, 26', 30, 30' mit Rollen oder Rädern versehen, über die Ketten zur Bewegungsübertragung laufen. Beispielsweise ist im Halbgehäuse 50 eine Rolle 54 vorgesehen, die mit der Rolle 54' zusammenwirkt sowie eine Rolle 56, die mit der Rolle 56' und eine Rolle 58, die mit einer Rolle 58* zusammenwirkt. In gleicher Weise enthält das Halbgehäuse 52' eine mit einer Rolle 56' einstückige Rolle 60' und eine mit der Rolle 54* einstückige Rolle 62'. Im Halbgehäuse 52 befinden sich symmetrische Rollen 62 und 63. In gleicher Weise befindet sich in Höhe der Anlenkung zwischen den Segmenten 20' und 24 * ein Halbgehäuse 64' einstückig mit dem Segmet 20 und ein Halbgehäuse 66' einstückig mit dem Segment 24'. Die Halbgehäuse 64', 66' enthalten eine mit der Achse 26' einstUckige Rolle 68' bzw. eine mit einer Rolle 72' einetückige Rolle 70'. In den entsprechenden Halbgehäusen 64, 66 des Sklaven-Arms befinden sich entsprechende Rollen 68, 70, 72, Schließlich befindet sich in Höhe der Achse 30' ein Halbgehäuse 80' sowie ein Halbgehäuse 82', wobei das Halbgehäuse 82'

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eine mit der Achse 30* einstUckige Rolle 84' enthält. In gleicher Weise befindet sich im entsprechenden Halbgehäuse eine mit der Achse 30 einstUckige Rolle 84.

Mit Hilfe dieser verschiedenen Rollen und mit Ketten, Riemen, Kabeln oder Bändern, die die entsprechenden Rollen miteinander verbinden, erreicht eine Bewegung des Herren-Arms eine homothetische Bewegung des Sklaven-Arms gemäß der Erfindung.

Die Befestigung der beiden Halbgehäuse 50, 52 ist ähnlich der in Fig. 4 dargestellten. Sie schwenken oder drehen sich auf der gestapelten Anordnung koaxialer Teile 22, 56-26, 54-60 und Kräfte quer zur Ebene des Arms erzeugen erhebliche Biegemomente an diesem Ort bzw. an diesem Pegel. Zu diesem Zweck wird eine Übertragung der Kräfte nach unten

an einem Aufsatz 162 erreicht, der mit dem Halbgehäuse 50 einstückig ist, über eine von einem mit dem Segment einstückigen Bügel 164 getragene* Anlagerolle I6j5. In gleicher Weise werden Kräfte nach oben auf einen mit dem Halbgehäuse einstückigen Aufsatz I65 übertragen durch Anlage einer Anlagerolle 166, die von einem mit dem Mittelschaft 12 einstUckigen Bügel 167 getragen ist. Dabei sind die Aufsätze 162, I65 nur teilweise vorgesehen und sind in Höhe des Mittelschafts und des Segments 20 unterbrochen, die die Bewegung oder Schwingung der Schwenkung der Achse 22 durch Anschläge der Anlagerollen I63, I66 an den Segmenten begrenzen.

Darüber hinaus ist Jede Anlenkung oder jedes Gelenk des Herren-Arms mit einer Brems- oder Feststelleinrichtung versehen, durch die der Herren-Arm in einer gegebenen Lage unbewegbar gemacht werden kann, ohne daß der Bediener diese Lage - halten muß. Die Haltung dieser Lage oder Stellung

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des Herren-Arms hat dabei selbstverständlich eine entsprechende Haltung der Lage oder Stellung des Sklaven-Arms zur Folge. Das ist beispielsweise dann von besonderer Bedeutung, wenn das am Ende des Sklaven-Arms befestigte Werkzeug während einer längeren Zeit in einer gegebenen Stellung arbeiten muß. Die Bremseinrichtung besteht beispielsweise aus einer Reibungseinrichtung 90', die durch einen Handgriff 92' steuerbar oder betätigbar ist, der die Drehachse in einer gewünschten Stellung festlegt. Jedes der drei Gelenke (Achse 22', 23', 30') ist mit einer derartigen Bremseinrichtung versehen, die weiter unten ausführlich erläutert wird.

Die Durchführungsplatte I^ weißt einen Urnfangsteil 96 auf, der Befestigungsglieder zur Befestigung an der Viand aufweist (beispielsweise Schrauben 196), sowie einen mittigen Teil 98,der mit dem Hittelschaft 12 einstückig ist. Kugellager 100, 102 ermöglichen eine freie Schwenkung oder Drehung des mittlren Teils 98 im Inneren des ortsfesten Umfangsteils 96 gemäß der Achse XX¹ des Hittelschafts 12, wobei eine Unbeweglichkeit bezüglich Translationsbewegung sichergestellt ist. Eine Bremse ermöglicht auch eine Festlegung dieser Bewegungsmöglichkeit. Beim in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Achse XX' senkrecht zur Ebene der DurchfUhrungsplatte Selbstverständlichkann diese Achse einen beliebigen Winkel mit dieser Durchführungsplatte I^ einnehmen. Die Achse der Zapfen 38 (Punkt A) ist in der Ebene, die äquidistant zu den Ebenen der beiden Kugellager 100, 102 ist.

In Fig. 5 ist ausführlich die Umlenkung zwischen dem Mittelschaft 12 und dem Segment 20' des Herren-Arms dargestellt. Im Inneren der beiden Halbgehäuse 52', 50¹ ist die Achse 22' vorgesehen, die im Halbgehäuse 5O¹ drehbar befestigt ist, während sie mit dem Halbgehäuse 52' einstückig ist beispielsweise durch Verkeilung eines ihrer Enden IO3¹ in einem Deckel IOV

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des Halbgehäuses 52'.

Die Rollen 60' und 56' sind beide auf einer ersten Hohlachse befestigt, die drehbar auf der Achse 22 ^f durch Lager befestigt ist. In gleicher Weise sind die Rollen 54' und 62' beide auf einer zweiten Hohlachse 112' befestigt, die auf der ersten Hohlachse 110' durch Rollen schwenkbar oder drehbar befestigt ist. In gleicher Weise führen Lager 114' und Il6^? die zweite Hohlwelle 112' im Inneren des Halbgehäuses 52' bzw. des Halbgehäuses 50'. In ähnlicher Weise fUhrt ein Rollenlager, kurz Lager II8' das zweite Ende der Welle 22 in einer Abdeckung 120' des Halbgehäuses 5O¹. Schließlich sind Dichteinrichtungen 122' zwischen den beiden Halbgehäusen 52' und 50' vorgesehen, die selbstverständlich gegeneinander bewegbar sind. Diese Verbindungen sind gegen Wasserspritzer oder gegen Schwallwasser durch Labyrinthdichtungen geschützt.

Im folgenden wird die Bremseinrichtung 90' erläutert, die durch den Handgriff 92' betätigbar ist. Die Bremseinrichtung 90' weist eine Bremsscheibe I30' auf, die drehfest mit dem Halbgehäuse 50' verbunden ist, beispielsweise durch Be- ^Spannbacken I36'

bis 140' bewegbar bleibt. Die Bremseinrichtung 90' weist auch zwei Backen auf, die die Bremsscheibe I30¹ einklemmen können. Der erste Backen besteht aus einer ersten Hillse an der der Handgriff 92' befestigt ist und deren. Rand in Anlage auf eine der Flächen der Scheibe I30¹ kommen kann. Der zweite Backen besteht aus einer zweiten Hülse I38, die am Ende der Achse 22' verkeilt ist, wobei die zweite Hülse I38' einen Bund l40' aufweist, der den zweiten Backen der Bremseinrichtung 90' bildet, wobei der Bund l4o' in Druckanlage auf der zweiten Fläche der Bremsscheibe 130' kommen kann. Das Äußere der zweiten Hülse I38' ist mit einem Gewinde versehen und wirkt mit einem in der ersten Hülse 134' vorgesehenen Innen-

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gewinde zusammen. Dadurcn wird durch Betätigen des Handgriffs 92' die Verklemmung der beiden Backen auf der Bremsscheibe 1^0' hervorgerufen, wodurch die Achse 22' mit dem Halbgehäuse 52' formschlüssig verbunden wird. Die beiden Halbgehäuse 50', 52' sind auf diese Weise formschlüssig

ist verbunden und das Segment 20'/unbewegbar gegenüber dem Mittelschaft 12.

Wie sich aus Fig. 6 ergibt,ist der mittige Teil 98 der tragenden Platte oder der DurchfUhrungsplatte 14 durch eine Zylinderhülse I50 gebildet, die den Mittelschaft 12 umgibt und mit diesem einstückig verbunden ist über Zwischenwände 152. Die Zwischenwände 152 sind gelocht mit beispielsweise sechs DurchfUhrbuchsen oder Durchführungen l6 (Fig.l), die über den Umfang verteilt sind und durch die entweder eine Lampe angeordnet oder eine Fernsehkamera anvisiert oder ein Endoskop eingeführt werden kann. Der ortsfeste oder Umfangsteil 96 der Durchf Uhrungsplatte 14 weist ebenfalls eine ZylinderhUlse 154 auf, die mit einer Platte I56 versehen ist, die zur Befestigung der Anordnung auf der Wand 2 dient. Die Führung in Drehrichtung und die Unbewegbarkeit oder Festlegung in Translationsrichtung der Hülse I50 im Inneren der Hülse wird durch zwei Kränze von Rollen-oder Kugellagern 102 und 100 sichergestellt. Dazu sind zwei ringförmige Aufnahmen und l60 in der Außenfläche der Hülse I5I vorgesehen. Auf diese Weise wird eine bestimmte FUhrungslänge des Mittelschafts gegenüber der DurchfUhrungsplatte 14 erreicht, wobei diese Länge gleich dem Abstand ist, der die beiden Kränze der Kugellager 100, 102 trennt. Auf Seiten der Hülse 154 sind die Kugeln in Lage gehalten durch feste Anschlagringe I92, 194. Durch eine Schraube I96 sind die Befestigungseinrichtungen der DurchfUhrungsρlatte 14 auf der Wand 2 schematisch wiedergegeben. Selbstverständlich wird Dichtheit zwischen einerseits der

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Platte 156 und der Wand 2, beispielsweise mittels einer Verbindung I7I, und andererseits eine Dichtheit zwischen den Ringen I57, I56 und der InnenhUlse I50, beispielsweise mittels Lippendichtungen I72, 174, sichergestellt. Weiter ist in Fifi.6 eine Bremseinrichtung oder Feststelleinrichtung dargestellt, die durch eine Gewindestange I76 gebildet ist, die mit elnemlnnengewinde I78, das in der Hülse 1^4 in radialer Richtung vorgesehen ist, zusammenwirkt. An einem ihrer Enden is t die Gewindestange I76 mit einem Handgriff oder Steuergriff I80 versehen, während am anderen Ende ein Reibteil I82 vorgesehen ist. Durch Betätigung des Handgriffs in geeigneter Richtung kommt das Reibteil I82 in Druckanlage auf die Außenfläche der inneren Hülse I50 und legt diese auf diese Weise gegenüber der äußeren Hülse 1$*\ fest. Dadurch wird der Mittelschaft 112 gegenüber der Wand 2 festgelegt.

Durch die Ausbildung und besondere Anordnung des erfindungsgemäßen Manipulators wird eine sehr gute Entlastung oder ein sehr guter Ausgleich des Herren-Arms gegenüber dem Sklaven-Arm um den Punkt A erreicht, unabhängig von der Lage oder der Stellung der verschiedenen den Herren-Arm und den Sklaven-Arm bildenden Segmente. Die Anordnung ist insbesondere wichtig für das Inlagebringen des Sklaven-Teils des Manipulators in dessen Arbeitsbehälter infolge des Ausgleichs,der darüber hinaus um die Achse der Handhabungszapfen erreicht ist.

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Claims

Ansprüche

flJ Manipulator mit einem Herren-Arm und einem Sklaven-Arm zur Arbeit in einem Behälter, der durch eine mit einer Einführöffnung des Sklaven-Arms in den Behälter versehenen Wand begrenzt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein zylindrisch ausgebildeter Mittelschaft (12) vorgesehen ist,

daß eine DurchfUhrungsplatte (14) an der Wand (2) in Höhe der Öffnung (10) befestigbar ist,

daß der Mittelschaft (12) in der DurchfUhrungsplatte (14) schwenkbar oder drehbar befestigt ist,

daß der Mittelschaft (12) einen Handhabungszapfen (38) außerhalb des Behälters aufweist,

daß der Mittelschaft (12) ein erstes und ein zweites Ende besitzt,

daß ein Sklaven-Arm an dem ersten Ende angelenkt ist und durch η (η stets größer als 1) Segmente (20, 24, 28) mit im allgemeinen zylindrischer Form gebildet ist, die aneinander anstoßend befestigt sind und gegeneinander angelenkt sind, wobei das letzte Segment (28) mit einem Werkzeug (32) versehen ist,

410-(B 6086.3)-MeF

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daß ein Herren-Arm am zweiten Ende angelenkt ist und durch η Segmente (20', 24', 28') mit im allgemeinen zylindrischer Form gebildet ist, die aneinander anstoßend befestigt sind und die gegeneinander angelenkt sind, wobei das letzte Segment (28') mit einem Steuergriff (34) und einem Gegengewicht (36) versehen ist,

daß die Segmente (20', 24', 28') des Herren-Arms homothetisch zu den Segmenten (20, 24, 28) des Sklaven-Arms sind in Bezug auf einen Schnittpunkt A der Achse (XX') des Mittelschafts (12) mit der Achse des Zapfens (38) in einem negativen Homothesieverhältnis von -k,

daß die Massen der homothetischen Elemente oder Segmente im wesentlichen in einem Verhältnis von l/k stehen, und

daß Einrichtungen mit Ketten, Riemen, Kabeln oder Bändern und mit Rollen (54 bis 62, 68 bis 7k, 84, 54' bis 62', 68' bis 72', 84') vorgesehen sind, um dem Sklaven-Arm die Bewegungen des Herren-Arms so zu übertragen, daß in jedem Augenblick der Winkel «C',der durch zwei Segmente (20', 24', 26') des Herren-Arms gebildet ist_y und der Win kel oC , der durch zwei homothetische Segmente (20, 24, 26) des Sklaven-Arms gebildet ist_f gleich groß und entgegengesetzt sind, wobei ein Segment (20', 24', 26') des Herren-Arms Abmessungen besitzt, die das k-fache der des entsprechenden Segments (20, 24> 26) des Sklaven-Arms betragen.
2. Manipulator nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die DurchfUhrungsρlatte (14) einen mittigen Dreh-Teil (98) besitzt, der mit dem Mittelschaft (12) einstückig ist, und ein Umfangsteil (96) besitzt,der an der Wand (2) befestigbar ist, wobei der mittige Teil (98) schwenkbar oder drehbar im Um fangsteil (96) befestigt ist.
3. Manipulator nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet,daß der Umfangsteil (96) der Durchführungsplatte (14) durch eine Befestigungsplatte (I56) gebildet ist, die an der Wand (2) be-

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festigbar ist, sowie durch eine ZylinderhUlse (154), die mit der Befestigungsplatte (I56) einstückig ist, und daß das mittige Teil (I98) der DurchfUhrungsplatte (14) durch eine zweite zum Mittelschaft (12) koaxiale und mit diesem einstückige · zweite Hülse (I50) gebildet ist, wobei die zweite Hülse (I50) schwenkbar oder drehbar in der ersten Hülse (154) befestigt ist, wobei die zweite Hülse (150) von der ersten Hülse (154) über eine bestimmte Länge parallel zur Achse XX' des Hittelschafts (12) geführt ist, wobei die Achse des Zapfens (38) die Achse XX' des Mittelschafts (12) im wesentlichen in der Mitte dieser Länge schneidet.

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