DE3734165A1 - Einrichtung zur steuerung eines folgearmes eines manipulators - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Steuerung eines Folgearmes eines Manipulators, dessen Verstellglieder durch elektrische Verstellmotore betätigbar sind, wobei die Verstellgeschwindigkeiten der Verstell­ motore mittels Potentiometer regelbar sind, die in Abhängig­ keit von dem jeweiligen Verdrehweg einen Steuerstrom abgeben.

Bei einer Einrichtung dieser Art werden die den einzelnen Verstellgliedern des Folgearmes zugeordneten Verstell­ motore mittels Drehschaltern betätigt, die in einem Steuer­ pult eingebaut sind und mit Potentiometern zusammenwirken. Auf diese Weise ist zwar eine Geschwindigkeitsregelung in Abhänbgigkeit von dem jeweiligen Verdrehweg gegeben, eine konforme Bewegung der Verstellglieder des Folgearmes zu den Verstellbewegungen der Drehschalter ist aber nicht zu bewerkstelligen. Dies führt vielfach zu Fehlbetätigungen, auch ist auf diese Weise der Folgearm schlecht zu handhaben und nachzuführen, da die Drehschalter keine gute Über­ sichtlichkeit ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Steuerung eines Folgearmes eines Manipulators der vorgenannten Gattung zu schaffen, mittels der die einzelnen Bewegungen, die der Folgearm vornehmen soll, leicht ge­ steuert werden können, ohne daß dabei Fehlbetätigungen in Kauf zu nehmen sind. Vielmehr soll erreicht werden, daß mittels der Einrichtung ein sinngemäßer Bewegungsab­ lauf durchzuführen ist, so daß wie von selbst die jeweils zutreffenden Bewegungen ausgeführt werden und eine äußerst einfache Handhabung zu erzielen ist.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß an einem Traggestell ein aus mehreren Gliedern zusammen­ gesetzter Steuerarm aufgehängt ist, dessen einzelne Glieder jeweils einem gleichartigen Verstellglied des Folgearmes zugeordnet sind, und daß jedes Glied des Steuerarmes begrenzt verstellbar ist und mit einem Potentiometer zusammenwirkt, derart, daß die Verstellbewegungen der Glieder des Steuerarmes mittels der Verstellmotore sinn­ gemäß auf die Verstellglieder des Folgearmes übertragbar sind.

Zweckmäßig ist es hierbei, den Steuerarm mittels einer Steuerwelle als erstes Glied um eine horizontale Achse begrenzt verdrehbar in dem Traggestell zu lagern und durch die Steuerwelle ein erstes Potentiometer zu betätigen, mittels dem der zum Drehen der Schulter des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist.

Die vertikal gerichteten Glieder des Steuerarmes sollten ferner mittels eines Hebels in Richtung der Steuerwelle begrenzt verschwenkbar in einem mit dieser verbundenen Gehäuse gehalten sein, wobei durch den Hebel ein zweites Potentiometer betätigbar ist, mittels dem der zum Schwenken des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist.

In dem Hebel kann des weiteren ein Handstück in vertikaler Richtung begrenzt verstellbar aufgehängt sein, das mit einem dritten Potentiometer, mittels der dem zur Höhen­ verstellung des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist, zusammenwirkt.

Angebracht ist es, das Handstück an dem Hebel mittels eines Parallelogrammgestänges höhenverstellbar zu halten, dessen Gestängeteile jeweils drehbar in dem Hebel gelagert und über Gabelstücke mit dem Handstück gelenkig verbunden sind. Außerdem sollte an einem oder beiden Gestängeteilen des Parallelogrammgestänges auf der dem Handstück gegen­ überliegenden Seite ein etwa der Gewichtskraft des Hand­ stückes und der Hand des Operateurs entsprechendes Gegen­ gewicht vorzugsweise verstellbar angeordnet sein.

Das Handstück sollte auch um eine vertikale Achse begrenzt verdrehbar gelagert sein und mit einem vierten Potentio­ meter, mittels dem der zum Drehen des Folgearmes vorge­ sehene Verstellmotor beeinflußbar ist, zusammenwirken.

Ferner ist es vorteilhaft, das Handstück mit einem in Schwenkrichtung des Hebels begrenzt um eine horizontale Achse verdrehbares Griffstück zu versehen, das mit einem fünften Potentiometer, mittels dem der zum Verschwenken des Handgelenkes des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist, zusammenwirkt.

Des weiteren kann das Griffstück mit einem Doppelschalter oder dgl. ausgestattet werden, mittels dem unterschiedliche Verstellgeschwindigkeiten sämtlicher Verstellmotoren gleichzeitig wahlweise einstellbar sind.

Die verstellbaren Glieder können nach einer Weiterbildung jeweils mit einem auf einen Kontakt einwirkenden Schalt­ nocken versehen werden,mittels denen die Steuerleitungen zwischen dem zugeordneten Potentiometer und einem mit diesem verbundenen Verstärker in der Ruhestellung des Steuerarmes über einen Teilbereich des Verstellweges unterbrochen sind, außerdem können die verstellbaren Glieder des Steuerarmes jeweils mit einer durch deren Verstellbewegung verspannbaren Rückstellfeder versehen werden.

Angezeigt ist es auch, die Drehbewegung der Zange des Folgearmes mittels eines vorzugsweise am Griffstück ange­ brachten Schalters, der in den Stromkreis des der Zange zugeordneten Verstellmotors eingesetzt ist, zu steuern.

Ferner kann jeder Verstellmotor des Folgearmes mit einem vorzugsweise am Traggestell angebrachten, in deren Strom­ kreise eingesetzten Unterbrecherkontakt und der Folgearm mit einem Verstellmotor zum Ein- und Ausfahren versehen werden, der mittels eines am Griffstück oder Traggestell angeordneten in dessen Stromkreis eingesetzten Schalters betätigbar ist.

Des weiteren ist es angebracht, jeden Verstellmotor des Folgearmes mittels jeweils eines am Traggestell angeordneten Schalters einzeln abzuschalten.

Wird eine Einrichtung zur Steuerung eines Folgearmes eines Manipulators gemäß der Erfindung in Form eines aus mehreren Gliedern zusammengesetzten und an einem Traggestell aufgehängten Steuerarmes ausgebildet, dessen einzelne Glieder jeweils einem Verstellglied des Folgearmes zugeordnet sind und mit einem Potentiometer derart zusammen­ wirken, daß die Verstellbewegungen der einzelnen Glieder des Steuerarmes sinngemäß auf die Verstellglieder des Folgearmes zu übertragen sind, ist nicht nur eine einfache Handhabung gegeben, sondern es werden vor allem Fehlbe­ dienungen weitgehend ausgeschlossen, da der Folgearm des Manipulators dem Steuerarm im Bewegungsablauf zwangs­ läufig folgt und bei der Betätigung des Folgearmes eine Sichtkontrolle gegeben ist. Die Bedienung des Manipulators ist somit äußerst bequem, auch gewöhnt sich das Bedienungs­ personal in sehr kurzer Zeit an eine derartige natürliche Steuerung. Mittels der vorschlagsgemäßen Einrichtung kann demnach auf äußerst einfache Weise mit einem Folgearm eines Manipulators zuverlässig gearbeitet werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur Steuerung eines Folgearmes eines Manipulators dargestellt, das nachfolgend im einzelnen erläutert ist. Hierbei zeigt:

Fig. 1 die an einem Traggestell aufgehängte als Steuerarm ausgebildete Einrichtung in Vorder­ ansicht und teilweise im Schnitt,

Fig. 2 den Steuerarm nach Fig. 1 in Seitenansicht,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 1 und

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 1.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einrichtung dient zur Steuerung eines Folgearmes eines Manipulators und ist als mehrgliedriger Steuerarm 1 ausgebildet, der an einem Traggestell 2 aufgehängt ist. Die einzelnen Glieder des Steuerarmes 1 sind jeweils einem gleichartigen Ver­ stellglied des Folgearmes zugeordnet und wirken auf dessen Verstellmotore ein, so daß entsprechend der Verstellbe­ wegungen der Glieder des Steuerarmes 1 eine Führung des Folgearmes vorzunehmen ist. Die Verstellbewegungen des Steuerarmes werden somit sinngemäß auf den Folgearm übertragen.

Der Steuerarm 1 ist mit fünf Verstellgliedern ausgestattet, deren Verstellbewegungen in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verdrehweg mittels Potentiometern in Steuerströme umge­ wandelt werden. Diese Steuerströme werden Verstärkern zugeleitet, durch die die jeweiligen elektrischen Verstell­ motore der Verstellglieder des Folgearmes betätigt werden.

Als erstes Verstellglied dient eine Steuerwelle 11, die verdrehbar in dem Traggestell 2 gelagert und mit dem verdrehbaren Teil eines in einem Gehäuse 13 eingebauten ersten Potentiometers 12 mittels eines Bolzens 14 trieblich verbunden ist. Wird die Steuerwelle 11 verdreht, wird von dem ersten Potentiometer 12 ein Steuerstrom abgegeben, mittels dem der Verstellmotor des zum Verdrehen der Schulter des Folgearmes vorgesehenen Verstellgliedes betätigbar ist.

An der Steuerwelle 11 ist auf der dem ersten Potentiometer 12 gegenüberliegenden Seite des weiteren ein Gehäuse 23 angebracht, in dem eine Welle 21 als zweites Steuerglied achssenkrecht zu der Steuerwelle 11 drehbar gelagert ist. Die Welle 21, die mittels eines Hebels 24 begrenzt verdrehbar ist, wirkt mit einem zweiten Potentiometer 22 zusammen, das dem Verstellmotor zur Betätigung des zum Schwenken des Folgearmes vorgesehenen Verstellgliedes zugeordnet ist.

Der Hebel 24 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel, wie dies auch den Fig. 4 und 5 entnommen werden kann, aus einem an der Welle 21 angebrachten Flachstück 25 und zwei auf diesem mittels Schrauben 29 befestigten Platten 26 und 27 zusammengesetzt, die durch Distanzstücke 28 voneinander getrennt sind. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen den Platten 26 und 27 mit Hilfe eines aus Gestängeteilen 36 und 37 bestehenden Parallelogramm­ gestänges ein Handstück 30 höhenverstellbar zu lagern, das mit einem gelenkig angebrachten Griffstück 50 ver­ sehen ist.

Das Gestängeteil 36 ist hierbei drehfest mit einer Welle 31 als drittes Steuerglied verbunden, an der das verdrehbare Teil eines dritten Potentiometers 32, das von einem Gehäuse 33 umgeben ist, mittels eines Bolzens 34 befestigt ist. Mit Hilfe einer Mutter, die auf einen Gewindeansatz des Potentiometers 32 aufgeschraubt ist, ist dieses an dem Gehäuse 33 gehalten. Wird das Handstück 30 in verti­ kaler Richtung verstellt, wird somit der zur Höhenverstel­ lung des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor betätigt.

Die Gestängeteile 36 und 37, die mittels der Welle 31 sowie einer weiteren Welle 40 verschwenkbar mit dem Hebel 24 verbunden sind, nehmen zwischen Gabelstücken 38 und 39 eine Führungshülse 56 auf, die durch Schrauben 57 an diesen gelenkig befestigt ist. Auf diese Weise ist eine Vertikalverstellung des Handstückes 30 möglich . Des weiteren ist an dem Gestängeteil 37 auf der dem Hand­ stück 30 gegenüberliegenden Seite ein Gegengewicht 41 angebracht, das verstellbar und mittels einer Schraube 42 arretierbar ist. Die Gewichtskraft des Handstückes 30 und gegebenenfalls auch der Hand des Operateurs ist auf diese Weise leicht auszugleichen.

Als viertes Steuerglied ist in der Führungshülse 56 eine Welle 51 drehbar gelagert, die mit Hilfe des Griffstückes 50 verdrehbar ist und mit einem in einem Gehäuse 53 einge­ setzten und an diesem befestigten vierten Potentiometer 52 zusammenwirkt. Das verdrehbare Teil des Potentiometers 52 sitzt wiederum, wie bei allen anderen Potentiometern, auf einem mit 54 bezeichneten Bolzen, der mit der Welle 51 fest verbunden ist. Durch Verdrehen des Griffstückes 50 wird das Verstellglied, mittels dem eine Drehbewegung des Folgearmes vorzunehmen ist, beeinflußt.

Schließlich ist das Griffstück 50 um eine Welle 61 als fünftes Steuerglied verschwenkbar an dem Handstück 30 angebracht. Ein mit der Welle 61 verbundener fünfter Potentiometer 62 wirkt auf einen Verstellmotor ein, durch den das Handgelenk des Folgearmes zu schwenken ist.

Das Griffstück 50 weist ferner ein Gehäuse 63 auf, in dem ein Schalter 64 eingesetzt ist, durch den das Verstell­ glied zum Verdrehen der Zange des Folgearmes einschaltbar ist. Des weiteren ist in das Gehäuse 63 ein Doppelschalter 65, 66 eingebaut, mittels dem unterschiedliche Verstell­ geschwindigkeiten sämtlicher Verstellmotore des Folgearmes wahlweise gleichzeitig einstellbar sind.

Sämtliche Verstellglieder des Steuerarmes 1, nämlich die Steuerwelle 11 sowie die Wellen 21, 31, 51 und 61 sind, wie dies insbesondere in den Fig. 3 und 5 darge­ stellt ist, jeweils mit einem Nocken 15 bzw. 35 bzw. 55 versehen, die drehfest mit diesen verbunden sind. Und diese Nocken wirken mit Hilfe einer Einkerbung 16 auf einen Unterbrecherkontakt 17 ein, durch den die Steuer­ leitungen zwischen dem zugeordneten Potentiometer 12, 22, 32, 52, 62 und dem mit diesem verbundenen Verstärker über einen Teilbereich des Verstellweges des jeweiligen verstellbaren Gliedes selbsttätig unterbrochen wird. Bei nur geringfügigen Auslenkungen wird somit ein Steuer­ strom nicht abgegeben.

Des weiteren sind zur selbsttätigen Rückführung der ver­ stellbaren Glieder 11, 21, 31, 51 und 61 Rückstellfedern 19 vorgesehen, die sich an einem Bolzen 18 sowie den mit Schlitzen versehenen Nocken 15 bzw. 35 und 55 abstützen. Bei einer Verstellbewegung werden die Federn 19 gespannt, so daß, sobald keine Verstellkraft mehr aufgebracht wird, das jeweils verstellte Glied des Steuerarmes 1 in die Ausgangslage zurückgedreht wird.

Claims (15)

1. Einrichtung zur Steuerung eines Folgearmes eines Manipulators, dessen Verstellglieder durch elektrische Verstellmotore betätigbar sind, wobei die Verstellge­ schwindigkeiten der Verstellmotore mittels Potentiometer regelbar sind, die in Abhängigkeit von dem jeweiligen Verdrehweg einen Steuerstrom abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß an einem Traggestell (2) ein aus mehreren Gliedern (Steuerwelle 11, Hebel 24, Handstück 30, Griffstück 50) zusammengesetzter Steuerarm (1) aufgehängt ist, dessen einzelne Glieder jeweils einem gleichartigen Verstellglied des Folgearmes zugeordnet sind, und daß jedes Glied des Steuerarmes (1) begrenzt verstellbar ist und mit einem Potentiometer (12; 22; 32; 52; 62) zusammenwirkt, derart, daß die Verstellbewegungen der Glieder des Steuerarmes (1) mittels der Verstellmotore sinngemäß auf die Verstellglieder des Folgearmes übertragbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerarm (1) mittels einer Steuerwelle (11) als erstes Glied um eine horizontale Achse begrenzt verdrehbar in dem Traggestell (2) gelagert ist und daß durch die Steuerwelle (11) ein erstes Potentiometer (12) betätigbar ist, mittels dem der zum Drehen der Schulter des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beein­ flußbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vertikal gerichteten Glieder (30, 50) des Steuerarmes (1) mittels eines Hebels (24) in Richtung der Steuerwelle (11) begrenzt verschwenkbar in einem mit dieser verbundenen Gehäuse (23) gehalten sind und daß durch den Hebel (24) ein zweites Potentiometer (22) betätigbar ist, mittels dem der zum Schwenken des Folge­ armes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist.

4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hebel (24) ein Handstück (30) in vertikaler Richtung begrenzt verstellbar aufgehängt ist, das mit einem dritten Potentiometer (32), mittels dem der zur Höhenverstellung des Folgearmes vorgesehene Ver­ stellmotor beeinflußbar ist, zusammenwirkt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Handstück (30) an dem Hebel (24) mittels eines Parallelogrammgestänges höhenverstellbar gehalten ist, dessen Gestängeteile (36, 37) jeweils drehbar in dem Hebel (24) gelagert und über Gabelstücke (38, 39) mit dem Handstück (30) gelenkig verbunden sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder beiden Gestängeteilen (36, 37) des Parallelogrammgestänges auf der dem Handstück (30) gegenüberliegenden Seite ein etwa der Gewichtskraft des Handstückes (30) und der Hand des Operateurs ent­ sprechendes Gegengewicht (41) vorzugsweise verstellbar angebracht ist.

7. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Handstück (30) um eine vertikale Achse (Welle 51) begrenzt verdrehbar gelagert ist und mit einem vierten Potentiometer (52), mittels dem der zum Drehen des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist, zusammenwirkt.

8. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Handstück (30) mit einem in Schwenkrichtung des Hebels (24) begrenzt um eine horizontale Achse (Welle 61) verdrehbares Griffstück (50) versehen ist und mit einem fünften Potentiometer (62), mittels dem der zum Verschwenken des Handgelenkes des Folgearmes vorgesehene Verstellmotor beeinflußbar ist, zusammen­ wirkt.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Griffstück (50) mit einem Doppelschalter (65, 66) oder dgl. versehen ist, mittels dem unterschiedliche Verstellgeschwindigkeiten sämtlicher Verstellmotoren gleichzeitig wahlweise einstellbar sind.

10. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verstellbaren Glieder (Steuerwelle 11, Wellen 21; 31; 51; 61) des Steuerarmes (1) jeweils mit einem auf einen Kontakt (17) einwirkenden Schaltnocken (15) versehen sind, mittels denen die Steuerleitungen zwischen dem zugeordneten Potentiometer (12; 22; 32; 52; 62) und einem mit diesem verbundenen Verstärker in der Ruhestellung des Steuerarmes (1) über einen Teilbereich des Verstellweges unterbrochen sind.

11. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellglieder (Steuerwelle 11; Wellen 21; 31; 51; 61) des Steuerarmes (1) jeweils mit einer durch deren Verstellbewegung verspannbaren Rückstellfeder (19) versehen sind.

12. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegung der Zange des Folgearmes mittels eines vorzugsweise am Griffstück (50) angebrachten Schalters, der in den Stromkreis des der Zange zugeord­ neten Verstellmotors eingesetzt ist, steuerbar ist.

13. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstellmotor des Folgearmes mit einem vorzugs­ weise am Griffstück (50) oder Traggestell (2) ange­ brachten, in deren Stromkreise eingesetzten Unterbrecher­ kontakt versehen ist.

14. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Folgearm mit einem Verstellmotor zum Ein- und Ausfahren versehen ist, der mittels eines am Griffstück (50) oder am Traggestell (2) angeordneten Schalters betätigbar ist.

15. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verstellmotor des Folgearmes mittels jeweils eines am Traggestell (2) angeordneten Schalters einzeln abschaltbar ist.