DE3420834A1 - Manipulator - Google Patents

Manipulator

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DE3420834A1
DE3420834A1 DE19843420834 DE3420834A DE3420834A1 DE 3420834 A1 DE3420834 A1 DE 3420834A1 DE 19843420834 DE19843420834 DE 19843420834 DE 3420834 A DE3420834 A DE 3420834A DE 3420834 A1 DE3420834 A1 DE 3420834A1
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DE
Germany
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arm
shaft
jacket
manipulator
axis
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Withdrawn
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DE19843420834
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English (en)
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Adolf 7000 Stuttgart Henke
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Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J1/00Manipulators positioned in space by hand
    • B25J1/08Manipulators positioned in space by hand movably mounted in a wall
    • B25J1/10Sleeve and pivot mountings therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

  • flANIPULATOR
  • Die Erfindung betrifft einen Manipulator.
  • Manipulatoren dienen beispielsweise zur Handhabung radioaktiver Substanzen. Sie sind in diesem Bereich der Technik in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt.
  • Soweit diesseits bekannt, wurde dagegen im Ultrahochvakuum (UHR) bislang mit Manipulatoren nur beschränkt gearbeitet.
  • Es stellen sich hier besondere Probleme hinsichtlich der Materialwahl und Abdichtung. Die Verwendung gasender Materialien verbietet sich, und es gibt zur Zeit keine Dichtungselemente zur Abdichtung drehender Teile im UHV.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Manipulator zu schaffen, der bei sehr kompakten, keine Abdichtung drehender Teile erfordernden Aufbau die Durchführung vielseitig Bewegung abläufe erlaubt und insbesondere für ein Arbeiten im URV geeignet ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Manipulator gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in nachgeordneten Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Die Weiterbildung des Anspruchs 6 erlaubt es, unter UHV-Bedingungen das Werkzeug zu wechseln.
  • Gemäß Anspruch 7 kann der Arm des Manipulators in dem deformierbaren Mantel eine Art Buhrbeweguag ausführen, die bei den verschiedenen Gelenkfreiheitsgraden des Arms vielseitige Werkzeugbewegungen ermöglicht.
  • Ein Finger als Betätigungsglied gemaß Anspruch 8 läßt sich für UHV-kawendungen besonders gut abdichten.
  • Der in Anspruch 9 gekennzeichnete Aufbau des Mantels macht in sinnreicher Weise von den unterschiedlichen Materialcigenschaften von gewellten Bälgen und Membranbälgen Gebrauch. Der gekennzeichnete Aufbau ist besonders unaufwendig, da gewellte Bälge weaentlich billiger sind, als Membranbälge.
  • Der koaxiale Getriebeaufbau gemäß Anspruch 10 ist sehr kompakt und er vermeidet überstehende zeile, die den Mantel des Manipulators beschädigen könnten.
  • Der in Anspruch 11 gekennzeichnete Pistolengriff ermöglicht eine besonders bequeme Bedienung. Die Drehrichtung der Stellknöpfe ist für eine Bedienungsperson kaum zu verwechseln.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels naher erläutert. Teilweise schematisch zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht eines Manipulators; Fig. 2 eine Draufsicht auf den Manipulator mit Blick in Richtung II von Fig. 1 in einem gegenüber Fig. 1 eingefahrenen Zustand; Fig. 3 eine Fig. 1 entsprechende Seitenansicht des Manipulators in einem geschwenkten und abgewinkelten Zustand; Fig. 4 teilweise aufgeschnitten den Pistolengriff des Manipulators; Fig. 5 die Aufhängung des Manipulators in einer Fig. 3 entsprechenden Xeitenansicht; Fig. 6 eine Fig. 2 entsprechende Draufsicht auf ein erstes Gelenk des Manipulators, das teilweise in der Längsmittelebene VI - VI von Fig. 1 aufgeschnitten ist; Fig. 7 eine 8eitenansicht des Gelenks mit Blick in Richtung VII von Fig. 6 Fig. 8 die übereinstimmende Form des Bodens zweier Wellenteile in Draufsicht nach VIII - VIII von Fig. 6; Fig. 9 eine an Fig. 6 anschließende Draufsicht auf ein zweites Gelenk und den Greifer des Manipulators mit Blickrichtung wie in Fig. 2, teilweise in der Längsmittelebene VI - VI geschnitten.
  • Bezugnehmend auf Fig. 1 bis 3 werden zunächst der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäsen Manipulators und seine Bewegungsfreiheitsgrade erläutert. Der Manipulator besitzt einen Arm mit einem geraden Schaft 1, der an einem Pistolengriff 2 gehalten und geführt wird. An das dem Pistolengriff abgewandte Ende des Schafts 1 ist mit einem ersten Gelenk 3 ein Schenkel 4 angelenkt. Das andere Ende des Schenkels 4 ist über ein zweites Gelenk 5 mit einem zweiten Schenkel 6 verbunden, an dessen ; I Ende sich ein Werkzeugträger 7 befindet. Der Werkzeugträger 7 haltert ein Werkzeug, s.B. einen Greifer 8.~Der-Greifer 8 kommt somit am freien Ende des aus dem Schaft 1 und den beiden Schenkeln 4, 6 bestehenden Arms zu liegen.
  • Die Gelenkachsen der Gelenke 3, 5 sind parallel und quer zu der Längsrichtung des Schafts 1 gerichtet. Sie erlauben ein doppeltes Abknicken des Arms in einer Ebene. Der Arm ist im Bereich des Schafts 1 an einem Flansch 9 gelagert. Mittels dieses Flanschs 9 wird der Manipulator an einem Gefäß festgelegt, in dem bestimmte Arbeiten durchgeführt werden sollen, die sich unmittelbar manuell nicht ausüben lassen. Es kann sich beispielsweise um die Handhabung radioaktiver Substanzen handeln. Ebenso ist an das Arbeiten in aggreadven Medien zu denken. Doch wird durch die Erfindung in erster Linie ein Manipulator bereitgestellt, der sich im Ultrahochvakuum (UHV) einsetzen läßt. Der Flansch wird hierzu an ein entsprechendes Vaknumgefäß angeflanscht, so daß der Arm in das Innere des Gefäßes ragt. Statt eines Flanschs 9 kann selbstverständlich auch ein anderes Bauteil zur gehäusefesten Montage des Arms dienen.
  • Der Flansch 9 weist eine öffnung 10 auf, durch die der Arm ragt.
  • Der Arm ist mit Spiel in der Offnung 10 aufgenommen und mit seinem Schaft 1 an dem Flansch 9 gelenkig gelagert. Hierzu dient ein schemtisch dargestelltes Kardangelenk 11, das in der öffnung 10 des Flanschs 9 liegt. Das Kardangelenk 11 ist gegen den Flansch 9 abgestützt, und es vermittelt die gelenkige Lagerung einer Hülse 12. Die Hülse 12 umschließt den Schaft 1 des Arms. Sie liegt durch ihre Aufhängung in Längsrichtung des Schafts 1 fest und läßt sich unabhängig um zwei zueinander senkrechte Achsen schwenken. Eine der Achsen liegt quer zu der Längsrichtung des Schafts 1 in der Zeichenebene der Fig. 1, und die andere Achse tritt senkrecht aus dieser Zeichenebene heraus.
  • Der Winkelstellbereich des Arms in dem Kardangelenk 11 wird durch den Rand der öffnung 10 begrenzt. Die Offnung 10 weitet sich an der AuBenseite des Flanschs 9 konisch, wobei die entsprechende Schräge 13 den maximalen Anstellwinkel des Arms andeutet. Dieser beträgt in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ca. 300. Der Arm läßt sich um diese 300 nach oben (vgl.
  • Fig. 3), nach unten, in die Zeichenebene hinein und aus der Zeichenebene heraus schwenken und in alle Zwischenstellungen bringen, die innerhalb eines Stellkonus' mit einem Offnungswinkel von ca. 600 liegen.
  • Die um zwei unabhängige Achsen drehbare Lagerung des Arms in dem Flansch 9 muß nicht unbedingt mit einem Kardangelenk 11 erfolgen. Ein Kugelgelenk erfüllt denselben Zweck mit möglicherweise geringerem konstruktivem Aufwand. Bevorzugt wird aber ein Kardangelenk 11'dessen Drehfreiheitsgrade sich einzeln sperren bzw freigeben lassen. Ein solches Kardangelenk 11 erlaubt es beispielsweise, den Arm gegen ein Herausschwenken aus der Zeichenebene der Fig. 1 zu blockieren, so daß nur eine Auf- und Abbewegung entsprechend Fig. 3 möglich ist. Ebenso läßt sich auf die Auf- und Abbewegung sperren und die Querbewegung freigeben, und nicht zuletzt besteht die Möglichkeit, den Arm in einer beliebigen Winkeleinstellung zu arretieren.
  • Die resultierende Bewegungsbegrenzung ist vor allem für einfache Arbeiten wünschenswert, und sie erleichtert die Bedienung des Manipulators.
  • Der aus dem Schaft 1 und den beiden Schenkeln 4, 6 bestehende lichen.
  • Arm ist in einem formveränder-/ schlauchartigen Mantel 14 enthalten. Der Mantel 14 bildet die Trennwand zu dem Aufenthaltsbereich der Bedienungsperson, die den Pistolengriff 2 hält. Im Innern des Mantels 14 herrscht Atmosphärendruck.
  • Der Mantel 14 setzt an der Innenseite 15 des Flanschs 9 an,deren öffnung 10 dichtend umschließt. Er erstreckt,sich bis hin zu dem Werkzeugträger 7, mit dem er ebenfalls abgedichtet verbunden ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Mantel 14 in einzelne Abschnitte segmentiert. Dies ist aber für die Erfindung nicht zwingend; vielmehr kann auch ein durchgehender, von dem Flansch 9 bis zu dem Werkzeugträger 7 reichender Mantel Verwendung finden. Der Mantel 14 muß so biegsam sein, daß er den vielfältigen Bewegungen des Arms in den Gelenken 3, 5 , 11 folgt. Weiterhin muß sich der Mantel bei einer nachstehend beschriebenen axialen Ein- und Ausfahrbewegung des Arms in Längsrichtung dehnen bzw. zusammenziehen.
  • Es kommt daher in erster Linie ein Balgmaterial, und im Fall eines UHV-Manipulators ein Edelstahlbalg als Mantel 14 in Betracht.
  • Ein erster Abschnitt 16 des Mantels 14 erstreckt sich zwischen dem Flansch 9 und einem radial abstehenden Kragen 17, der an die Hülse 12 angeformt ist. Der Kragen 17 befindet sich am axialen Ende der Hülse 12 innenseitig von dem Flansch 9 und zwar in einem gewissen axialen Abstand von dem Kardangelenk 11. Weiter zu dem Greifer 8 hin, aber noch vor den Gelenken 3, 5 ist auf den Schaft 1 des Arms ein Zwischenring 18 aufgezogen. Der Zwischenring 18 ist auf dem Schaft 1 drehbar und in Axialrichtung unbeweglich gelagert, was z.B. unter Verwendung von Sprengringen erfolgen kann. Zwischen dem Kragen 17 und dem Zwischenring 18 befindet sich ein zweiter Abschnitt 19 des Mantels 14, und zwischen dem Werkzeugträger 7 und dem Zwischenring 18 ein dritter Abschnitt 20. Die Mantelabschnitte 14, 19, 20 kommen jeweils radial im Abstand von dem Arm zu liegen, der den Mantel 14 in gestrecktem Zustand mittig durchsetzt. Es versteht sich, daß die Befestigung der Mantelabschnitte 16, 19, 20 an dem Kragen 17 und dem Zwischenring 18 jeweils abgedichtet ist, wie dies schon bezüglich des Flanschs 9 und Werkzeugträgers 7 erwähnt wurde. Bei Verwendung eines Edelstahlbalgs ist dieser vorzugsweise mit den genannten Bauteilen verschweißt.
  • Der Schaft'1 des Arms ist in der Hülse 12 axial verschieblich gelagert. Der Arm kann dadurch relativ zu dem Flansch 9 ein-und ausfahren; zwei mögliche Positionen sind in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt. Die Längsverstellung des Arms wird mit einer Stellschraube 21 vorgenommen. Die Stellschraube 21 schraubt sich auf einem Außengewinde 22 vor, das im Bereich vor dem Pistolengriff 2 auf den Schaft 1 geschnitten ist. Sie stützt sich gegen das axiale Ende der Hülse 12 ab, das bedienungsseitig aus dem Flansch 9 herausragt. Der Schaft 1 ist in eine Anlageposition der Stellschraube 21 an dem axialen Ende der Hülse 12 vorgespannt. Hierzu läßt sich ein geeignetes Federelement verwenden, das aber im Fall eines UHV-Manipulators entfallen kann. Bei einem Arbeiten in einem evakuierten GefäB lastet nämlich der Atmosphärendruck auf der Innenfläche 23 des Werkzeugträgers 7 sowie auf der Rückseite 24 des Pistolengriffs 2, und es wirkt eine zum Innern des Flanschs 9 hin gerichtete Kraft auf den Schaft 1. Hält man nun den Schaft 1 an dem Pistolengriff 2, und dreht man die Stellschraube 21 auf dem Gewinde 22, so verstellt sich der Schaft 1 in Längsrichtung relativ zu der gehäusefest aufgehängten Hülse 12, mit deren axialem Ende die Stellschraube 21 in Anlage bleibt.
  • Bei dieser Stellbewegung des Schafts 1 wird der zweite Mantelabschnitt 19 zwischen dem Kragen 17 der Hülse 12 und dem Zwischenring 18 gedehnt bzw. zusammengezogen.
  • Dieser Mantelabschnitt ist so zwischen dem Kragen 17 und dem Zwischenring 18 abgefangen, daß er nur auf Dehnung belastet wird. Wie Fig. 3 zu entnehmen, werden die anderen Balgabschnitte 3, 20 hingegen in erster Linie auf Biegung beansprucht, da sich in ihrem Bereich die Gelenke 3, 5, 11 befinden.
  • Die Segmentierung des Mantels 14 dient somit einer Funktionsteilung. Für die im Gelenkbereich liegenden Mantelabschnitte 14, 20 kommen vorzugsweise gewellte Bälge zur Anwendung, die sich durch eine hohe Biegebelastbarkeit auszeichnen und überdies vergleichsweise billig sind. Hingegen wird der im Mittelbereich zwischen den Gelenken 3, 5 bzw. 11 liegende Mantelabschnitt 19 vorzugsweise von einem Membranbalg gebildet, der sich ziehharmonikaartig verformt. Entsprechend groß ist der Stellbereich des Balgs, der die axiale Hublänge des erfindungsgemäßen Manipulators bestimmt. Membranbälge werden hergestellt, indem man einzelne Membranen miteinander verschweißt. Sie sind entsprechend aufwendig, und es empfiehlt sich schon aus Kostengründen, im Biegungsbereich des Arms die einfachen Wellenbälge zu verwenden. Auch sind Membranbälge den Wellenbälgen in ihrem Biegungsverhalten nicht überlegen. Doch sei nochmals betont, daß eine Segmentierung des Mantels 14 für die Erfindung nicht zwingend ist. Der Arm des Manipulators kann auch in einem durchgehenden, gleichermaßen auf Biegung und Dehnung beanspruchten Balgmantel aufgenommen sein (nicht dargestellt).
  • Für die Bewegung in dem Kardangelenk 11 wird der Arm an dem Pistolengriff 2 geführt. Die Abknickbewegung in den Gelenken 3, 5 wird mit Drehknöpfen 25, 26 gesteuert, die sich seitlich an dem Pistolengriff 2 befinden. Dem bedienungsseitig vorderen Gelenk 3 ist ein Paar von Stellknöpfen 25 im vorderen unteren Bereich des Pistolengriffs zugeordnet, und das von der Bedienungsseite her gesehene hintere Gelenk 5 wird mit Drehknöpfen 26 bedient, die sich im hinteren oberen Bereich des Pistolengriffs 2 befinden. Wie man Fig. 2 entnimmt, wird der Pistolengriff 2 von Stellwellen durchsetzt, an deren beiden, seitlich aus dem Pistolengriff 2 heraustretenden Enden je ein Drehknopf 25 bzw. 26 angeordnet ist. Hierdurch wird eine beidseitige Bedienung ermöglicht, die insbesondere in Hinblick auf einen noch näher erläuterten Drehfreiheitsgrad des Arms um die Längsachse des Schafts 1 besonders bequem ist.
  • Fig. 3 zeigt den erfindungsgemäßen Manipulator in dem Kardangelenk 11 geschwenkt. Man erkennt, daß hierbei der erste Abschnitt 16 des Mantels 14 auf Biegung beansprucht wird, der zwischen der gelenkig gelagerten Hülse 12 und dem Flansch 9 liegt.
  • Hingegen ist der mittlere, die axiale Verschiebebewegung ermöglichende Balgabschnitt 19 durch den Kragen 17 der Hülse 12 abgefangen. Die Schenkel 4,6 des Arms sind beide in der Zeichenebene aus der in Fig. 1 gezeigten Strecklage verschwenkt, wozu die Knöpfe 25, 26 gedreht wurden. Die Schenkel 4, 6 lassen sich jeweils um wenigstens 450 zu beiden Seiten hin aus der Strecklage schwenken. Die Abbildung zeigt die Schenkel 4,6 gleichsinnig um ca. 450 gedreht; man erkennt, daß sich der Arm dadurch insgesamt um 90° abwinkeln läßt. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, den Arm nur in einem Gelenk abzuknicken, und das andere Gelenk gestreckt zu lassen (nicht dargestellt). Weiterhin kann man wie bei 27 angedeutet beide Schenkel 4, 6 auch in Gegenrichtung abknicken, was dem Arm eine Z-Form verleiht. Der sich zwischen dem Werkzeugträger 7 und dem Zwischenring 18 erstreckende dritte Mantelabschnitt 20 folgt allen diesen Bewegungen, wobei er auf Biegung beansprucht wird.
  • Ein weiterer Bewegungsfreiheitsgrad des erfindungsgemäßen Manipulators besteht darin, daß sich der Arm an dem Pistolengriff 2 um die Längsachse 28 des Schafts 1 drehen läßt. Der Schaft 1 ist hierzu drehbar in der Hülse 12, und das Ende des Arms drehbar in dem Werkzeugträger 7 gelagert. Der Mantel 14 macht die Drehung nicht mit. Der Werkzeugträger 7 ist über den Mantel 14 drehfest mit dem Flansch 9 verbunden. Der an dem Werkzeugträger 7 gehalterte Greifer 8 behält also seine Winkelstellung relativ zu der Längsachse des äußeren Schenkels 6 stets bei.
  • In der in Fig. 1 gezeigten Strecklage des Arms hat eine Drehung um die Längsachse 28 keinerlei Wirkung. Dies gilt unabhängig davon, welche Schwenkstellung der Arm in dem Kardangelenk 11 einnimmt. Wird aber der Arm abgewinkelt, so bewegt sich sein den Werkzeugträger 7 halterndes Ende auf einer Zylindermantelfläche 29 um die Längsachse 28. Der Arm führt eine Art Rührbewegung in dem äußeren Abschnitt 20 des Mantels 14 aus. Dieser wird gebogen, aber durch die drehbare Lagerung des Arms in dem Werkzeugträger 7 nicht oder nicht merklich verwunden. Der Greifer 8 wird auf Zylindermantelflächen versetzt, die sich durch Abknicken des Arms in den Gelenken 3, 5 in vielfältiger Weise vorgeben lassen. Eine Drehung des Greifers 8 erfolgt dagegen nicht.
  • Die seitlich angeordneten Drehknöpfe 25, 26 zur Kontrolle der abknickende Gelenke 3, 5 könnten schwer zugänglich werden, wenn der Pistolengriff 2 um die Längsachse 28 gedreht wird.
  • Außerdem treten Probleme mit der Drehrichtung der Knöpfe 25, 26 auf. Dreht beispielsweise die Bedienungsperson einen der Knöpfe 25, 26 auf sich zu, um eine bestimmte Gelenkverstellung zu bewirken, so muß sie nach Umschwenken des Pistolengriffs 2 um 1800 für dieselbe Betätigung den Drehknopf von sich wegdrehen. Dies kann bei mangelnder übung verwirrend sein.
  • Die Erfindung löst das Problem, indem sie je zwei Drehknöpfe 25, 26 auf beiden Seiten des Pistolengriffs 2 vorsieht. Diese beiden Drehknöpfe sind immer gut zugänglich, und solange man auf derselben Seite des Pistolengriffs 2 arbeitet, ändert sich die Drehrichtung zur Durchführung ein und derselben Betätigungsbewegung nicht.
  • Eine wesentliche Punktion des erfindungsgemäßen Manipulators besteht schließlich darin, den Greifer 8 zu öffnen oder zu schließen bzw. ein anderes, an dem Werkzeugträger 7 festgelegtes Werkzeug zu betätigen. Fig. n zeigt den Greifer 8 in geöffnetem, und Fig. 3 in geschlossenem Zustand. Die Betätigung des Greifers 8 erfolgt durch Drehen eines weiteren Stellknopfes 30 an dem Pistolengriff 2. Der Stellknopf 30 ist an der Rückseite 24 des Pistolengriffs 2 angeordnet. Er liegt auf der Längsachse 28 des Arms; irgendwelche Probleme mit der Drehrichtung ergeben sich daher nicht.
  • Zusammenfassend,hat der erfindungsgemäße Manipulator die folgenden, unabhängigen Bewegungstreiheitsgrade: a) axiale Längsbewegung unter Dehnung bzw. Zusammenziehen des Mantels 14; b) Schwenken in einer Aufhängung 11 um eine erste Achse; c) Schwenken in der Aufhängung 11 um eine senkrecht zu der ersten Achse orientierte zweite Achse; d) Abknicken um eine erste Gelenkachse 3; e) Abknicken um eine zweite Gelenkachse 5; f) Drehen um die Längsachse 28 in dem nicht mitdrehenden Mantel 14; g) Betätigung eines Werkzeugs, z.B. öffnen und Schließen des Greifers 8.
  • Anhand der Abbildungen Fig. 4 bis Fig. 9 wird im folgenden der erfindungsgemäße Manipulator in näheren konstruktiven Einzelheiten beschrieben. Bezugnehmend zunächst auf Fig. 4, erkennt man den Pistolengriff 2 mit dem Schaft 1 des Arms, der in einer Längsmittelebene geschnitten ist. Der Schaft 1 weist ein äußeres, starr mit dem Pistolengriff 2 verbundenes Hüllrohr 31 auf. In dem Hüllrohr 31 sind drei einander koaxial umschließende Wellen 32, 33, 34 gelagert. Eine äußere Rohrwelle 32 ist unmittelbar in dem Hüllrohr 31 aufgenommen. Sie vermittelt das Abknicken des Arms in dem ersten, von der Bedienungsseite her gesehen vorderen Gelenk 3, wozu sie mittels eines Schneckentriebs gedreht wird. Die zugehörige Schneckenwelle 35 ist quer zu der Längsrichtung des Schafts 1 in dem PisXlengriff 2 gelagert. Ihre beiden, aus dem Pistolengriff 2 herausragenden Enden sind mit den Drehknöpfen 25 bestückt.
  • Mit der Schneckenwelle 35 kämmt ein Ritzel 36, das antriebsmäßig starr mit der äußeren Rohrwelle 32 verbunden ist. Rohrwelle 32 und Ritzel 36 sind der Ubersichlichkeit halber einstückig dargestellt; es versteht sich aber, daß sie in der Praxis getrennte Teile sind. Eine Stellbewegung an den Drehknöpfen 25 wird durch den Schneckentrieb untersetzt und in eine entsprechende Drehung der äußeren Rohrwelle 32 umgesetzt.
  • Die äußere Rohrwelle 32 umschließt eine innere Rohrwelle 33, die das Abknicken des Arms in dem zweiten, von der Bedienungsseite her gesehen hinteren Gelenk 5 vermittelt. Die innere Rohrwelle 33 wird in ganz entsprechender Weise mit einem zweiten Schneckentrieb gedreht, zu dem eine zweite Schneckenwelle 37 und ein Ritzel 38 gehören. Das Ritzel 38 ist starr mit der inneren Rohrwelle 33 verbunden. Auf der Schneckenwelle 37 sitzen die beiden bereits erwähnten, im oberen hinteren Teil des Pistolengriffs 2 befindlichen Drehknöpfe 26. Eine Stellbewegung dieser Drehknöpfe 26 führt zu einer entsprechend untersetzten Drehung der inneren Rohrwelle 33.
  • In der inneren Rohrwelle 33 ist schließlich eine Wellenstange 34 gelagert, die aus der Rückseite 24 des Pistolengriffs 2 austritt und den Stellknopf 30 trägt. Durch Drehen dieses Stellknopfs 30 wird der Greifer 8 bzw. ein anderes Werkzeug betätigt.
  • Die Wellen 32 bis 34 sind in dem Pistolengriff 2 gegen eine Bewegung in axialer Richtung gesichert. Sie lassen sich unabhängig voneinander drehen. Für die Bewegungen des Arms in den entsprechenden Freiheitsgraden ist die relative Drehung der Wellen 32 bis 34 zu dem äußeren Hüllrohr 31 maßgebend.
  • Die Abbildungen Fig. 6 bis 8 zeigen die Wellenführung in dem ersten, von der Bedienungsseite her gesehen vorderen Gelenk 3.
  • Das Hüllrohr 31 des Schafts 1 ist von der Stirnseite her in Längsrichtung geschlitzt, so daß zwei äußere Laschen 39 gebildet werden. Ein Außenrohr 40 des ersten Schenkels 4 ist endseitig in entsprechender Weise in Laschen 41 geteilt.
  • Letztere greifen zwischen die Laschen 39 des Hüllrohrs 31, an die sie mit Stiften 42 angelenkt sind. An einer der Laschen 41 des Außenrohrs 40 ist eine Kegelradverzahnung 43 ausgebildet. Das Zentrum der Kegelradverzahnung liegt in der Gelenkachse 44 des Gelenks 3. Die gegelradverzahnung befindet sich an der Innenseite der Lasche 41 zwischen den Anlenkpunkten.
  • Sie ist in den Abbildungen als vollständiges Kegelrad 43 dargestellt; es genügt aber ein dem Schwenkwinkel des ersten Gelenks 3 entsprechender Umfangsabschitt eines solchen Kegelrades.
  • Die Kegelradverzahnung 43 kämmt mit einer Stirnkegelverzahnung 45 am freien axialen Ende der äußeren Rohrwelle 32. Eine Drehung dieser Rohrwelle 32 um die Längsachse des Schafts 2 wird durch den Kegeltrieb in eine Drehung um die sich quer dazu erstreckende Gelenkachse 44 des Gelenks 3 umgesetzt.
  • Das Außenrohr 40 des ersten Schenkels 4 wird aus der Zeichenebene der Fig. 6 herausgeschwenkt, so daß der Arm im Gelenk 3 abknickt.
  • Die beiden, von der äußeren Rohrwelle 32 umschlossenen inneren Wellen33, 34 werden mit biegsamen Wellen 46, 47 über das Gelenk 3 fortgesetzt. Die innere Rohrwelle 33 endet axial im Abstand von der Gelenkachse 44. Sie ist mit einem Boden 48 verschlossen, an dem mittig eine-erste biegsame Welle 46 ansetzt.
  • In dem Außenrohr 40 des Schenkels 1 ist drehbar ein Innenrohr 49 gelagert, das als Verlängerung der inneren Rohrwelle 33 Jenseits des ersten Gelenks 3 dient. Das Innenrohr 49 endet ebenfalls axial im Abstand von der Gelenkachse 44, wo es mit einem Boden 50 verschlossen ist. Die biegsame Welle 46 ist mittig mit die sei Boden 50 verbunden. Die Länge des Wellenstrangs ist so gewählt, daß er die Abknickbewegung in dem Gelenk 3 mitmacht. Eine Drehung der inneren Rohrwelle 33 wird über den Wellenstrang 46 annähernd verwindungsfrei an das Innenrohr 49 weitergegeben, das sich in dem Außenrohr 40 des abknickenden Schenkels 4 dreht.
  • Die innerste 34 der drei koaxialen Wellen 32 bis 34 ist ebenfalls über das erste Gelenk 3 verlängert. Die entsprechende Wellenstange 34 endet axial im Abstand von dem Boden 48 der inneren Rohrwelle 33. An der axialen Stirnfläche der Wellenstange 34 setzt mittig eine zweite biegsame Welle 47 an. Diese greift durch den Boden 48 bzw. 50 der inneren Rohrwelle 33 undties Innenrohrs 49 hindurch. Wie in Fig. 8 für beide Bauteile in einem gezeigt, weist der Boden 48, 50 hierzu einen außermittigen, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schlitz 51 auf. Der Umfangawinkel des Schlitzes 51 entspricht dabei dem Drehwinkel der inneren Rohrwelle 33 zur Betätigung des zweiten Gelenks 5. Die biegsamoWelle 47 überbrückt das erste Gelenk, und wie in Fig. 9 dargestellt auch das zweite Gelenk 5. Im Bereich des ersten Schenkels 4 ist also bei dem dargestellten iusführungsbeispiel-kein Übergang der biegsamen Welle 47 auf ein starres Drehteil vorgesehen. Selbstverständlich ist es aber möglich, in dem Innenrohr 49-ein solches Drehteil zu lagern und die biegsame Welle 47 mittig mit der Stirnseite des Drehteils zu verbinden (nicht dargestellt). Letztere Anordnung hat den Vorteil, daß die biegsamen Wellenstränge gänzlich auf den Bereich der Gelenke 3, 5 beschränkt und damit kurz sind, eo daß man eine ännähernd verwindungsfreie Wellenführung erhält, die eine präzise Bedienung des Manipulators ermöglicht.
  • Das in Fig. 9 gezeigte, von der Bedienungsseite gesehen hintere Gelenk 5 des Manipulators ähnelt im Aufbau dem vorderen Gelenk 3. Das Außenrohr 40 des ersten Schenkels 4 ist unter Bildung zweier Laschen 52 geschlitzt und abgeplattet. Der zweite Schenkel 6 des Arms wird von einer Buchse 53 gebildet, deren eines axiales Ende ebenfalls unter Bildung zweier Laschen 54 geschlitzt ist. Letztere Laschen 54 greifen zwischen die Laschen 52 des außenrohres 40, an denen sie mit Stiften 55 gelenkig gelagert sind. Die Gelenkachse 56 verläuft quer zu der Längsrichtung des Außenrohrs 40. In konzentrischer Anordnung zu der Gelenkachse 56 ist an einer der Laschen 54 der Buchse 53 eine gegelradverzahnung 57 ausgebildet. Die Kegelradverzahnung 57 befindet sich zwischen den Anlenkpunkten der Laschen 54, und sie erstreckt sich in Umfangsrichtung über wenigstens den Schwenkwinkel des zweiten Gelenks 5. Mit der Kegelradverzahnung 57 kämmt eine Stirnkegelverzahnung 58 am freien axialen Ende des Innenrohrs 49. Wie erwähnt, bildet das Innenrohr 49 eine Verlängerung der inneren Rohrwelle 33. Wird diese gedreht, so wird über den gegeltrieb - Kegelrad 58 und gegelritzel 57 - die Buchse 53 um die Gelenkachse 56 geschwenkt.
  • In der Buchse 53 ist drehbar und in Axialrichtung unverschieblich ein Wellenkopf 59 gelagert. An diesem setzt mittig die biegsame Welle 47 an, die mit der innersten 34 der drei einander koaxial umschließenden Wellen 32 bis 34 verbunden ist und beide Gelenke 3, 5 durchsetzt. Der Wellenkopf 59 wird also mittels des Stellknopfes 30 gedreht, der sich an der Rückseite 24 des Pistolengriffs befindet. Beine Bewegung dient in noch näher dargestellter Weise dazu, ein Werkzeug z.B. einen Greifer 8 zu bedienen.
  • Die Wellenführung in dem Arm des beschriebenen Manipulators ist weitgehend koaxial. Eine Ausnahme besteht nur im Bereich des ersten Gelenks 3, in dem zwei biegsame Wellen nebeneinander angeordnet sind. Die koaxiale Wellenführung führt zu einem sehr kompaktem Aufbau. Vberstehende Teile, die den Balgmantel des Manipulators von iiinen her beschädigen könnten, werden weitgehend vermieden.
  • Fig. 5 zeigt den erfindungsgemäßen Manipulator im angebauten Zustand an ein Vaknumgefäß 60 für Ultrahochvakuum (UHV). Der Manipulator ist"mit seinem Montageilansch 9 an einem Ringflansch 61 des Vakuumgefäßes 60 angeflanscht, der eine halsartige Gefäßöffnung umgibt. Der Montageflansch 9 selbst weist einen in das Innere des Vakuumgefäßes 60 ragenden Stutzen 62 auf, der einen nach innen vorspringenden, zylindrischen Abschnitt 63 sowie eine sich nach außen konisch weitende Partie 13 besitzt. In dem zylindrischen Abschnitt 63 ist das Kardangelenk 11 angeordnet, in dem sich der Arm des Manipulators allseits schwenken läßt. Der Öffnungswinkel der konischen Schräge 63 entspricht dem maximalen Schwenkwinkel von z.B. ca. 300.
  • Das Kardangelenk 11 lagert eine Hülse 12, in der der Schaft 1 des Arms drehbar und in Axialrichtung verschieblich aufgenommen ist. Die axiale Längsbewegung des Schafts 1 in der Hülse 12 wird mit der Stellschraube 21 gesteuert. Wie man insbesondere Fig. 4 entnimmt, ist die Stellschraube 21 auf ein Außengewinde 22 aufgeschraubt, das auf das Hüllrohr 31 des Schafts 1 geschnitten ist. Es handelt sich vorzugsweise um ein Flachgewinde, und die Stellschraube 21 ist über mehrere Gewindegänge auf diesem Flachgewinde geführt. Sie stützt sich mit ihrer dem Vakuumgefäß 60 zugewandten Vorderseite gegen das axiale Ende der Hülse 12 ab. Wird das Vakuumgefäß 60 evakuiert, so wird der Manipulator durch den Luftdruck in diese Anlagestellung gespannt. Es ist nun möglich, den Arm des Manipulators an dem Pistolengriff insgesamt zu drehen, wobei die Stellschraube 21 ihre Position auf dem Hüllrohr 31 des Schafts 1 nicht verändert und als Anschlag an der Stirnseite der--Hülse 12 anliegt. Die Aufnahme des Hüllrohrs 31 in der Hülse 12 gewährleistet das erforderliche Drehspiel. Man kann aber auch den Arm an dem Pistolengriff 2 halten und die Stellschraube 21 auf dem Hüllrohr 31 vorschrauben. Durch den herrschenden Luftdruck bleibt sie dabei in Anlage mit dem axialen Ende der Hülse 12, das seinerseits kardanisch an den Flansch 9 angelenkt ist.
  • Der Schaft 1 fährt dadurch relativ zu dem Aufhängepunkt in das Vakuumgefäß 60 ein bzw. aus diesem heraus.
  • Das von der Bedienungsseite her gesehen Jenseits des Stutzens 62 zu liegen kommende Ende der Hülse 12 trägt den radial abstehenden Kragen 17, an dem der Balgmantel 14 des Manipulators befestigt ist. Der Kragen 17 ist gemäß Fig. 5 doppelt abgewinkelt. An ein radial inneres Kragenteil 64 schließt sich ein axiales Kragenteil 65 an, das einen größeren Durchmesser hat als die Hülse 12 und diese in das Innere des Vakuumgefäßes 60 hinein verlängert. Von dem axialen Kragenteil 65 ist im Bereich seines Endes unter 900 ein radial äußeres Kragenteil 66 abgewinkelt. Der Kragen 17 hat so insgesamt eine Eopfform mit Z-törmigem euerschnitt, Mit dem radial äußeren Kragenteil 66 ist als erster Abschnitt des Balgmantels 14 ein Wellenbalg 16 verbunden, der den Stutzen 62 mit radialem Abstand umschließt und dichtend an dem Flansch 9 befestigt ist. Der Wellenbalg 16 ermöglicht die Schwenkbewegung des Arms in dem Kardangelenk 11. Hingegen setzt an dem radial inneren Kragenteil 64 ein Membrånbalg 19 an, der den Schaft 1 des Arms koaxial umgibt und die Verschiebebewegung des Schafts 1 in der Hülse 12 mitmacht, wobei er-!ziehharmonikaartig gedehnt bzw. gestaucht wird. Die Bälge 16,.14 »mschließen einander koaxial 65 im Bereich des axialen Kragenteils/.Hierdurch wird dem Membranbalg eine größtmögliche Länge verliehen, d.h. der Bauraum optimal ausgenutzt und ein großes Verstellspiel in Längsrichtung gewährleistet.
  • In der Praxis kann es Schwierigkeiten bereiten, den Membranbalg 19 auf dem Boden des topfförmigen Kragens 17 zu verschweißen. Die Erfindung sieht daher ein ebenfalls topfförmiges Zwischenstück 67 vor, das einen mittig gelochten Boden besitzt, Der Durchmesser des Lochs entspricht dem Innendurchmesser des Membranbalgs, der so leicht mit dem Rand des Lochs verschweißt werden kann. Das Zwischenstück 67 passt in den Kragen 17. Es wird mit dem radial äußeren Kragenteil 66 verschweißt, wodurch eine abgedichtete Befestigung des Membranbalgs 19 gewährleistet ist und ein geschlosseneer Balgmantel um den Arm geschaffen wird.
  • Das andere Ende des Membranbalgs 19 ist an dem Zwischenring 18 befestigt, der in Axialrichtung unbeweglich, aber drehbar auf dem Schaft 1 des Arms befestigt ist. Der Zwischenring 18 fängt den Membranbalg ab, und er stellt den Übergang zu dem zweiten Wellenbalg 20 her, der die gelenkig 3, 5 verbundenen Schenkel 4, 6 des Arms umschließt. Die Lagerung des Zwischenrings 18 auf dem Schaft 1 ermöglicht es, den Arm um seine Längsachse in dem nicht mitdrehenden Balgmantel 14 zu drehen.
  • Zurückkommend auf Fig. 9, ist auf das abknickende freie Ende des Arms, d.h. die den zweiten Schenkel 6 bildende Buchse 53, ein Werkzeugträger 7 aufgeschraubt. Die Buchse 53 ist hierzu mit einem Außengewinde versehen. Der Werkzeugträger 7 ist eine zylindrische Hülse, in deren axialem Mittelbereich ein Bund 68 radial nach innen und ein Kragen 69 radial nach außen absteht. Bund 68 bzw. Kragen 69 teilen von der Hülse zwei Zylinderstutzen 70, 71 ab. Der eine Zylinderstutzen 70 ist mit einem Innengewinde versehen und mit der Buchse 53 verschraubt.
  • Der andere Zylinderstutzen 71 trägt einen Bajonettverschluß, der schematisch bei 72 angedeutet ist. Auf diesen Zylinderstutzen 71 lassen sich mit einem terwurfkörper 73 Werkzeuge, z.B. ein Greifer 8, aufstecken und mittels des Baåonettverschlußes 72 verriegeln. Ein Bajonettverschluß o.ä. Wechselverschluß an dieser Stelle ist sehr praktisch, da er ein Wechseln von Werkzeugen im Betrieb, und insbesondere unter Hochvakuumbedingungen ermöglicht. Die Werkzeuge können in einem Magazin in dem Vakuumgefäß 60 aufbewahrt und bei Bedarf daraus entnommen und mit dem Arm des Maipulators in Verbindung gebracht werden.
  • Der Kragen 69 des Werkzeugträgers 7 ist dichtend mit dem Wellenbalg 20 verbunden, der erfindungsgemäß den dritten Abschnitt des Balgmantels 14 bildet. Der Wellenbalg 20 umschließt den gelenkigen Teil des Arms. Er kann insbesondere mit dem Kragen 69 verschweißt sein. Der Balgmantel 14 des Manipulators hat keine oder eine nur geringe Torsionselastizität. Der Werkzeughalter 7 ist also über den Balgmantel 14 drehfest mit dem Flansch 9 verbunden, und auch ein auf den Werkzeugträger 7 aufgesetztes Werkzeug behält seine Orientierung relativ zu dem Flansch 9 stets bei. Hingegen kann durch Drehen an dem Pistolengriff 2 der ganze Arm in den Zylinderstutzen 70 des Werkzeugträgers 7 ein bzw. aus ihm herausgeschraubt werden. Der Arm kann so demontiert und gewartet werden, ohne den Balgmantel 14 an irgendeiner Stelle aufzutrennen. Es empfiehlt sich, nach Zusammenbau des Manipulators die Drehfreiheit des Arms in dem Werkzeugträger 7 auf z.B. eine volle Umdrehung um 3600 zu begrenzen, damit nicht versehentlich der Werkzeugträger 7 durch mehrmaliges Drehen des Arms in gleicher Richtung von dem Arm heruntergeschraubt wird. Schließlich ist noch anzumerken, daß durch die Schraubverbindung einer Drehung des Arms an dem Pistolengriff 2 ein geringer axialer Hub überlagert wird; Drehung und axialer Vorschub des Arms sind also nicht völlig voneinander entkoppelt. Durch eine geeignete Wahl des Gewindes an der Buchse 53 bzw. dem Werkzeugträger 7 kann dieser Hub aber unmerklich gering gehalten werden.
  • Der Werkzeugträger 7 haltert einen Finger, der geeignet ist, relativ zu dem Werkzeugträger 7 auszufahren und den Greifer 8 oder ein anderes Werkzeug zu betätigen. Man erkennt einen im axialen Mittelbereich des Werkzeugträgers 7 angeordneten Stößel 74, an den greiferseitig eine radial abstehende Platte 75 angeformt ist. An der Platte 75 ist mit einem Ende ein Balg 76 o.a. deformierbarer Schlauch befestigt, der mit seinem anderen Ende dichtend an dem-Bund 68 des Werkzeugträgers 7 befestigt ist. Vorzugsweise findet an dieser Stelle ein auf Dehnung belasteter Membranbalg 76 Verwendung, der mit Platte 75 und Werkzeugträger 7 insbesondere verschweißt sein kann. Der Stößel 74 ist durch den Balg 76 verdrehsicher an dem Werkzeugträger 7 befestigt. In sein bedienungsseitiges Ende ist ein axialer Gewindestutzen 77 des Wellenkopfs 59 eingeschraubt, der mit der biegsamen Welle 47 verbunden ist und mittels des Stellknopfes 30 an der Rückseite 24 des Pistolengriffs 2 gedreht werden kann. Bei einer solchen Drehung schraubt sich der Stößel 74 auf dem Gewindestutzen 77 vor. Der Balg 76 gewährleistet bei guter Abdichtung das erforderliche Spiel.
  • An der Spitze des Stößels 74 befindet sich eine Rundkopfschraube 78, die mit einem einarmigen Hebel 79 in Anlage steht. Der Hebel 79 ist bei 80 an den ftberwurfkörper 73 des Greifers 8 angelenkt. Etwa auf halber Höhe zwischen dem Gelenkpunkt 80 und der Anlagestelle kragt von dem Hebel 79 eine Backe 81 des Greifers 8 aus, die beweglich ist.
  • Ihr liegt eine stationäre Backe 82 gegenüber. Die Backen 81, 82 sind mittels einer Zugfeder 83 verbunden, die bestrebt ist, den Greifer 8 zu schließen. Die Spreizung der Backen 81, 82 wird durch die Position des 8toßels 74 bestimmt Schraubt sich dieser in Axiålrichtung von Fig. 9 nach links, so wird der Greifer 8 geöffnet, und bei einer axialen Gegenbewegung des Stößels 74 wird der Greifer 8 geschlossen. Die Klemmkraft des Greifers 8 wird von der Feder 83 bestimmt. Sie ist konstruktiv vorgegeben, so daß auch bei Fehlbedienungen ein Maximalwert nicht überschritten werden kann, wie dies für die Handhabung empfindlicher Gegenstände wünschenswert ist.
  • Dreht man den Arm an dem Pistolengriff 2 um die Längsachse des Schafts 1, so werden aufgrund der herrschenden Reibung verhältnisse. alle drei in dem Hüllrohr 31 enthaltenen, einander koaxial umschließenden Wellen 32 bis 34 mitgenommen. Dasselbe gilt für die zugehörigen Wellenfortsätze, und nicht zuletzt für den Wellenkopf 59. Die Buchse 53 und der Wellenkopf 59 werden also simultan in dem Werkzeugträger 7 bzw. Stößel 74 vorgeschraubt. Die Gewinde der Buchse 53 und des Gewindestutzens 77 am Wellenkopf 59 haben gleiche Steigung. Es ergibt sich daher ein Gleichlauf von Stößel 74 und Werkzeugträger 7 in Axialrichtung d.h. es erfolgt keine Betätigung des Greifers 8.
  • Durch die in koaxiair Anordnung vorgesehene, doppelte Schraubverbindung zwischen Buchse 53 und Werkzeugträger 7 einerseits und Wellenkopf 59 und Stößel 74 andererseits wird also die Betätigung des Greifers 8 von der axialen Drehbewegung des Arms 8 insgesamt entkoppelt.Es sei daran erinnert, daß die Drehung des abgeknickten Arms in dem nicht mitdrehenden Mantel 14 die Möglichkeit eröffnet, mittels des Greifers 8 gehaltene Gegenstände auf einer Zylindermantelfläche 29 zu versetzen.
  • Um den Greifer 8 tu betätigen, muß mit dem Stellknopf 30 über die innerste Welle 34, 47 der Wellenkopf 59 relativ zu der Buchse 53 verdreht werden. Der aus Stößel 74 und Balg 76 bestehende Finger fährt dann relativ zu dem Werkzeugträger 7 aus, und die bewegliche Backe 81 des Greifers 8 wird in einer Offnungs- oder Schließbewegung geschwenkt.
  • Der Arm ist bis hin zur Spitze des Fingers durch Bälge o.ä.
  • elastisch deformierbare Schläuche 16, 19, 20, 76 abgedichtet.
  • Radial innerhalb dieser Bälge herrscht Atmosphärendruck, während der Raum radial außerhalb evakuiert oder mit einem aggressiven Medium gefüllt sein kann. Eine bevorzugte Anwendung findet der erfindungsgemäße Manipulator für UHV. Insbesondere benötigt der beschriebene Aufbau keine Abdichtung drehender Teile. Die im Vakuum liegenden Flächen des Manipulators, und insbesondere der Balgmantel 14 und Werkzeuge wie z.B. ein Greifer 8, können aus Edelstahl gefertigt sein, und sämtliche Dichtstellen lassen sich durch Schweißen herstellen.
  • Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Mit der beschriebenen, koaxialen Wellenführung laser sich auch zusätzliche oder alternative Bewegungsfreiheitsgrade des Arms verwirklichen. Insbesondere läßt sich eine Drehung des Greifers 8 o.ä. Werkzeugs auf dem Werkzeugträger 7 realisieren, indem man die axiale Ausfahrbewegung eines zweiten Stößels mit einem Bewegungsumformgetriebe, z.B. unter Verwendung einer Zahnstange, in die gewünschte Drehbewegung umsetzt (nicht dargestellt).
  • Abschließend seien nochmals die Kräfteverhältnisse verdeutlicht, die bei einer Verwendung des erfindungsgemäßen Manipulators im Vakuum herrschen. In diesem Fall steht der gesamte Raum innerhalb des Balgmantels 14 unter Atmosphärendruck. Der Balgmantel wird zum einen durch senkrecht zu seiner Oberfläche wirkende Druckkräfte beansprucht, die von dem Balgmaterial aufgenommen werden, wegen der Axialsymmetrie des Balgmantels 14 aber nicht zu einer resultierenden Kraft auf den Manipulator führen. Zum anderen wirken die Druckkräfte auf diverse Stirnflächen des Balgmantels 14, wobei sie dazu tendieren, den Manipulator in das Innere des Vakuumgefäßes 60 zu ziehen.
  • Die im Bereich des ersten Balgabschnitts 16 anfallenden Zugkräfte werden von der Hülse 12 aufgenommen, die mit dem Kardangelenk 11 an den Flansch 9 angelenkt ist. Die im übrigen anfallenden Zugkräfte werden über den Zwischenring 18, den Werkzeugträger 7 und das Getriebegestänge auf den Schaft 1 des Manipulators abgeleitet, der mit der Stellschraube 21 an der Hülse 12 abgestützt ist. Die Stellschraube 21 hält den Schaft 1 gegen die wirkende Zugkraft.
  • Fig. 1 illustriert schematisch ein Kardangelenk 11, dessen Drehfreiheitsgrade sich einzeln blockieren lassen. Ein innerer Lagerring wird von Gelenkachsen 84 getragen, die in geeigneten Lageraugen an dem Flansch 9 einsitzen. Die Lageraugen werden von Gewindebohrungen getroffen, die sich quer zu den Gelenkachsen 84 erstrecken und Arretierschrauben 85 aufnehmen. Vorzugsweise sind zwei Arretierschrauben 85 vorgesehen, die auf beide Gelenkachsen des inneren Lagerrings arbeiten. Beim Anziehen dieser Arretierschrauben 85 wird die Drehung des inneren Lagerrings um die Achsen 84 blockiert. Die Hülse 12 ist in dem inneren Lagerring gelenkig gehaltert,und die zugehörige Gelenkachse kann in ganz entsprechender Weise blockiert werden (nicht dargestellt). Die Bewegung des Manipulators läßt sich so auf ein Schwenken in einer einzigen Ebene beschränken. Weiterhin kann der Manipulator durch Blockieren beider Gelenkachsen in dem Kardangelenk 11 gänzlich festgestellt werden. Bezugszeichenliste 1 Schaft 2 Pistolengriff 3 Gelenk 4 Schenkel 5 Gelenk 6 Schenkel 7 Werkzeugträger 8 Greifer 9 Flansch 10 öffnung 11 Kardangelenk 12 Hülse 13 Konus 14 Mantel 15 Innenseite 16 Wellenbalg 17 Kragen 18 Zwischenring 19 Membranbalg 20 Wellenbalg 21 Btellschraube 22 Außengewinde 23 Innenfläche von 7 24 Rückseite von 2 25 Drehknopf 26 Drehknopf 27 gestrichelte Position 28 Längsachse 29 Zylindermantelfläche 30 Stellknopf 31 Hüllrohr 32 äußere Rohrwelle 33 innere Rohrwelle 34 Wellenstange 35 Schneckenwelle 36 Ritzel 37 Schneckenwelle 38 Ritzel 39 Lasche 40 Außenrohr 41 Lasche 42 Stift 43 Kegelradverzahnung 44 Gelenkachse von 3 45 ßtirnkegelverzahaung 46 biegsame Welle 47 biegsame Welle 48 Boden 49 Innenrohr 50 Boden 51 Schlitz 52 Lasche 53 Buchse 54 Lasche 55 stift 56 Gelenkachse von 5 57 Kege lradverzahnung 58 Stirnkegelverzahnung 59 Wellenkopf 60 Vakuumgefäß 61 Ringflansch 62 Stutzen 63 zylinderischer Abschnitt 64 radial inneres Kragenteil 65 axiales Kragenteil 66 radial äußeres Kragenteil 67 Zwischenstück 68 Bund 69 Kragen 70 Zylinderstutzen 71 Zylinderstutzen 72 BaJonettverschluß 73 Vberwurfkörper 74 Stößel 75 Platte 76 Membranbalg 77 Gewindestutzen 78 Rundkopfschraube 79 Hebel 80 Gelenkstelle 81 bewegliche Backe 82 stationäre Backe 83 Feder 84 Gelenkachse 85 Arretierschraube

Claims (11)

  1. MANI PULA TOR ANSPRC RE 1. Manipulator insbesondere für UH'r mit einem in einem formveränderlichen Nantel (14) enthaltenen Arm, der ein Werkzeug, insbesondere einen Greifer (8) trägt und einen oder mehrere der folgenden unabhängigen Bewegungsfreiheitsgrade hat: a) axiale Längsbewegung unter Dehnung bzw. Zusammenziehen des Mantels (14); b) Schwenken in einer Aufhängung (11) um eine erste Achse; c) Schwenken in der Aufhängung (11) um eine senkrecht zu der ersten Achse orientierte zweite Achse; d) Abknicken um eine erste Gelenkachse (3); (44); e) Abknicken um eine zweite Gelenkachse (5); (56); f) Drehen um die Längsachse (28) in dem nicht mitdrehenden Mantel (14); g) Betätigung eines Werkzeugs, z.B. Offnen und Schließen des Greifers (8).
  2. 2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gelenkachsen (44;56) parallel und quer zu der Längsrichtung des Arms gerichtet sind.
  3. 3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm in einem Kardangelenk (11) aufgehängt ist, dessen Drehfreiheitsgrade sich vorzugsweise einzeln sperren bzw.
    freigeben lassen.
  4. 4. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kardangelenk (11) eine in zwei zueinander senkrechten Richtungen unabhängig drehbare Hülse 12 haltert, in der ein gerader Schaft 1 des Arms drehbar und in Axialrichtung verschieblich aufgenommen ist.
  5. 5. Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den Schaft (1) ein erster Schenkel (4) und an diesen ein zweiter Schenkel (6) angelenkt ist, daß beide Schenkel (4, 6) unabhängig voneinander beidseits um wenigstens 450 aus der Strecklage schwenkbar sind, und daß an dem zweiten Schenkel (6) ein das Werkzeug halternder Werkzeugträger (7) sitzt.
  6. 6. Manipulator nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von Werkzeugen, die sich wechselweise an dem Werkzeugträger (7) festlegen lassen, z.B. mittels eines an dem Werkzeugträger (7) vorgesehenen Steckverseh1sses inebgsondere Bajonettverschlusses (72).
  7. 7. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm im Bereich der Offnung (10) eines Flanschs (9) o.ä. Montageteils aufgehängt ist, und daß der Mantel (14) einerseits an dem Flansch (9) befestigt ist und dessen öffnung (10) dichtend umschließt und andererseits mit dem Werkzeugträger (7) verbunden ist, in dem der Arm drehbar gelagert ist.
  8. 8. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Arm einen relativ zu dem Werkzeugträger (7) ein- und ausfahrbaren Finger (74;76) besitzt, der das Werkzeug betätigt.
  9. 9. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (14) in primär auf Biegung bzw.
    axiale Dehnung belastete Bereich unterteilt ist und im Biegebereich aus Wellenbälgen (16; 20) und im Dehnungsbereich aus Membranbälgen (19; 76) besteht.
  10. 10. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein das Schwenken der Schenkel (4; 6) und Ausfahren des Fingers (74; 76) ermöglichendes Getriebe mit weitgehend koaxialer Wellenführung im Innern des Arms.
  11. 11. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch einen Pistolengriff (2), der von sich quer zu dem Schaft (1) des Arms erstreckenden, beidseitig betätigbaren 8tellwellen (35; 37) durchsetzt wird.
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