DE4242575C2

DE4242575C2 - Joint module for a manipulator

Info

Publication number: DE4242575C2
Application number: DE19924242575
Authority: DE
Inventors: Kenjirou Obara; Tadashi Munakata
Original assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Research Institute
Current assignee: Toshiba Corp; Japan Atomic Energy Agency
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: DE4242575A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gelenkmodul für einen Manipulator, welcher anstelle einer Bedienungs person verschiedene Arten von Operationen auszuführen vermag. Außerdem betrifft die Erfindung einen Manipulator, der aus einer gewissen Anzahl von Gelenk modulen der obengenannten Art aufgebaut ist.The present invention relates to a joint module for a Manipulator, which instead of an operating person to perform different types of operations can The invention also relates to a Manipulator made up of a certain number of joint modules of the above type is constructed.

Reparaturarbeiten an einem fernbetätigbaren Manipulator, der verschiedene Arten von Arbeiten anstelle einer menschlichen Bedienungsperson ausführt, werden mit Hilfe eines weiteren fernbetätigbaren Manipulators vorgenommen, wenn es sich um eine für den direkten Zugang ungeeignete Umgebung handelt, beispielsweise einen Kernreaktor, eine Raumstation oder der gleichen. Wenn unter den genannten Umständen ein Manipulator aus irgendeinem Grund nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet, muß man den Manipulator innerhalb kürzestmöglicher Zeit durch einfache Griffe reparieren. Um sicherzustellen, daß beschädigte oder gebrochene Bauteile eines Manipulators sich einfach durch neue Teile ersetzen lassen, wurden Versuche ge macht, die beschädigten oder gebrochenen Bauteile mit sog. Einmalzugriff von dem Manipulator abzunehmen und neue Bau teile anzubringen.Repair work on a remote manipulator, the different types of work instead of a human Operator runs with the help of another remotely operated manipulator made when it is is an environment unsuitable for direct access, for example a nuclear reactor, a space station or the same. If under the circumstances mentioned a manipulator for some reason has stopped working properly you go through the manipulator in the shortest possible time repair simple handles. To make sure that damaged or broken components of a manipulator itself tests have been replaced with new parts makes the damaged or broken components with so-called Remove one-time access from the manipulator and build new attach parts.

Bei Arbeiten, die in einer für den menschlichen Zugang unge eigneten Umgebung durch einen Manipulator vorgenommen werden sollen, gibt es Situationen, in denen Reparaturarbeiten nicht von einem einzigen Manipulator vorgenommen werden können, da eine Reihe von Arbeitsschritten vorgenommen werden muß. Speziell dann, wenn eine Vorrichtung oder eine Anlage mit ver schiedenen Arten von Bauteilen durch Handhaben eines einzigen Manipulators angemessen gewartet oder repariert werden soll, sind der Wirkungsbereich, die Anzahl der Freiheitsgrade und das von dem Manipulator tragbare Gewicht unterschiedlichen Beschränkungen unterworfen. In diesem Zusammenhang wurden seitens der Benutzer Forderungen erhoben, die vorstehend ge nannten Faktoren zu verbessern. Im Hinblick auf den Umstand, daß der Manipulator in dem engen Raum eines Kernreaktors be tätigt wird, während er gleichzeitig einer hohen Dosis radio aktiver Strahlung ausgesetzt ist, und weiterhin im Hinblick darauf, daß das Hinaufschießen einer schweren Raumstation in den Raum äußerst kostspielig ist, verbietet es sich, mehrere Manipulatoren in das Arbeitsgebiet des Kernreaktors bzw. der Raumstation zu bringen.When working in an area that is unsuitable for human access suitable environment can be made by a manipulator there are situations in which repair work is not can be done by a single manipulator because a number of steps must be taken. Specifically then when a device or system with ver different types of components by handling a single one Manipulator should be adequately maintained or repaired, are the effective range, the number of degrees of freedom and the weight that can be carried by the manipulator Subject to restrictions. In this context on the part of the user claims, the above ge mentioned factors to improve. In view of the fact that the manipulator be in the confined space of a nuclear reactor is done while receiving a high dose of radio exposed to active radiation, and still in view on the shooting up of a heavy space station in the room is extremely expensive, it prohibits several Manipulators in the working area of the nuclear reactor or Bring space station.

Es ist daher wünschenswert, einen Manipulator zur Verfügung zu haben, der das freie Ändern spezieller Faktoren gestattet, beispielsweise das Ändern der Anzahl von Freiheitsgraden, der Länge der einzelnen Armglieder oder dergleichen. Außerdem sollen Reparaturarbeiten in einfacher Weise so durchgeführt werden können, daß man beschädigte oder gebrochene Gelenkabschnitte durch neue Abschnitte austauscht, wenn der Manipulator nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet. Um diesen Anforderungen zu genügen, wurden zahlreiche Vorschäge für Mechanismen und Kon struktionen gemacht, mit deren Hilfe die Gelenkabschnitte verbunden und gelöst werden können.It is therefore desirable to have a manipulator available to have the freedom to change specific factors freely, for example changing the number of degrees of freedom that Length of the individual arm links or the like. In addition, repair work should be carried out in a simple manner can that one has damaged or broken joint sections exchanged with new sections if the manipulator is not works more properly. To meet these requirements, numerous proposals for mechanisms and con structures made with the help of the joint sections can be connected and detached.

Da sich allerdings bei herkömmlichen Manipulatoren ein Kabel baum in dem Hauptkörper des Manipulators erstreckt, um den jeweiligen Wellen elektrische Leistung zuführen zu können und Signale über die Wellen zu übertragen, ist es nicht einfach, beschädigte oder gebrochene Bauelemente durch neue Teile zu ersetzen und die Art und Weise zur Festlegung der Anzahl von Freiheitsgraden zu ändern. Allgemein gesprochen, ist ein ge lenkiger Manipulator in Form eines freikragenden Balkens aus gebildet. Aus diesem Grund vergrößert sich ein für jeden Gelenk abschnitt in dem Manipulator erforderliches Drehmoment, wenn die Lage mehr und mehr zu dem hinteren Ende jedes Arm glieds hin verlagert wird, so daß am Basisende des Armglieds ein großer Drehmomentwert erforderlich ist. Bei einem Manipu lator, der eine beliebige Position und Stellung mit sechs oder mehr Freiheitsgraden einnehmen kann, unterscheidet sich der Freiheitsgrad des Armglieds stark vom Freiheitsgrad eines Handgelenkabschnitts, welcher die Stellung eines Endwirkteils am vordersten Ende des Armglieds bezüglich eines geforderten Drehmomentwerts bestimmt.However, since there is a cable in conventional manipulators tree in the main body of the manipulator extends around the to be able to supply respective waves with electrical power and To transmit signals over the waves, it is not easy damaged or broken components due to new parts replace and the way of determining the number of Change degrees of freedom. Generally speaking, is a ge flexible manipulator in the form of a cantilevered beam educated. For this reason, one increases for each joint section in the manipulator required torque, if the location more and more towards the rear end of each arm link is shifted so that at the base end of the arm link a large torque value is required. With a manipu lator of any position and position with six or can take more degrees of freedom differs the degree of freedom of the arm limb greatly from the degree of freedom of one Wrist section, which is the position of an end active part at the foremost end of the arm link with respect to a required one Torque value determined.

Bei einem Manipulator mit dem oben erläuterten Aufbau vergrößert sich die Stärke eines Lastmoments, wenn ein Gelenkabschnitt in der Nähe des Basisendes des Armglieds angeordnet wird. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Leistungs fähigkeit eines Antriebssystems für den Gelenkabschnitt selektiv in Abhängigkeit von der Lage des Gelenkabschnitts festzulegen. Wenn also jeder Gelenkabschnitt in Form eines Moduls ausgebildet wird, läßt sich ein Ändern des gegenwärtigen Freiheitsgrads zu einem anderen Wert nur innerhalb sehr enger Grenzen erreichen. In a manipulator with the above Structure increases the strength of a load torque when a hinge portion near the base end of the arm link is arranged. Because of this, it is necessary the performance ability of a drive system for the joint section selectively depending on the position of the joint section to be determined. So if each joint section in the form of a Module is formed, a change can be made to the current one Degree of freedom to another value only within very reach narrow limits.

Aus M. E. Rosheim "Robot Wrist Actuators", John Wiley & Sons, New York, 1989, S. 53 bis 58, ist ein Manipulator bekannt, dessen Gelenkabschnitte aus zwei Gehäuseteilen bestehen, die relativ zueinander verdrehbar sind. In den Gehäuseteilen sind Antriebs motoren zum Verdrehen der Winkellage der Gelenkabschnitte sowie Untersetzungsgetriebe und Positionsdetektoren angeordnet. Der Manipulator kann nach dem Master/Slave-Prinzip gesteuert werden, wobei der Roboter in Abhängigkeit von den Bewegungen eines Menschen gesteuert und somit die Bewegungen des steuernden Menschen ausführt.From M.E. Rosheim "Robot Wrist Actuators", John Wiley & Sons, New York, 1989, P. 53 to 58, a manipulator is known, the joint portions of two housing parts exist that are rotatable relative to each other. There are drives in the housing parts motors for turning the angular position of the joint sections and reduction gear and position detectors. The manipulator can work according to the master / slave principle can be controlled, the robot depending on the movements of a human controlled and thus executes the movements of the controlling person.

In: Robotersysteme 2 (1986), S. 105 bis 109 ist der Aufbau von Industrierobotern mit modularen Antriebselementen beschrieben, bei dem (siehe Bild 6) Achsverbindungselemente vorgesehen sind, die über Adapter mit Antriebselementen gekoppelt sind. Zur Arbeits bereichsoptimierung können unterschiedliche Adapterformen vorgesehen sein. Die Regel einrichtung zur Steuerung der Bewegungsmodule steuert die einzelnen Komponenten in Abhängigkeit von eingangsseitig vorgegebenen Sollwerten und von internen Zählern, die als Richtungsdiskriminatoren dienen.In: Robotersysteme 2 (1986), pp. 105 to 109 the construction of industrial robots is included modular drive elements described in the (see Figure 6) axis connecting elements are provided, which are coupled to drive elements via adapters. To work area optimization, different adapter shapes can be provided. The rule device for controlling the movement modules controls the individual components in Dependency on input values specified on the input side and on internal counters serve as directional discriminators.

Aus der DE 32 04 180 A1 ist ein Industrieroboter bekannt, der mit einem Schultergelenk träger ausgestattet ist, an dem über dreiachsige Schultergelenke zwei Gelenkarme um eine gemeinsame, horizontale Achse schwenkbar angelenkt sind. Die Gelenkarme weisen jeweils Ellenbogengelenke und Handgelenke auf, die als hydraulische Schwenkantriebe ausgebildet sind. Über die Einzelheiten der jeweiligen Kopplung der Gelenkabschnitte mit den benachbarten Teilen sind dieser Druckschrift keine näheren Einzelheiten entnehmbar.From DE 32 04 180 A1 an industrial robot is known which has a shoulder joint carrier is equipped, on the three-axis shoulder joints two articulated arms around one common, horizontal axis are pivoted. The articulated arms point elbow joints and wrists, respectively, which act as hydraulic swivel drives are trained. About the details of the respective coupling of the joint sections with the adjacent parts of this document are no further details.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gelenkmodul zu schaffen, das einen flexiblen Aufbau eines Manipulators ermöglicht.The invention has for its object to provide a joint module that one allows a flexible structure of a manipulator.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. This object is achieved with the features mentioned in claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Gelenkmodul, bei dem an den Koppelflächen Verriegelungs mechanismen und elektrische Verbinder vorgesehen sind, sind somit die aneinander zu koppelnden Teile in unterschiedlicher Ausrichtung verriegelbar, wobei einer der elektrischen Verbinder relativ zu dem zugehörigen Gehäuseteil drehbar ist. Dies ermöglicht eine Verdrehbarkeit des elektrischen Verbinders in die jeweils gewünschte Ausrichtungs lage, so daß nicht nur die mechanische, sondern auch die elektrische Verbindung in der jeweils gewünschten Ausrichtung herstellbar ist.In the joint module according to the invention, in the case of which locking on the coupling surfaces Mechanisms and electrical connectors are provided, so they are facing each other coupling parts lockable in different orientations, one of the electrical Connector is rotatable relative to the associated housing part. this makes possible a rotatability of the electrical connector in the desired orientation location, so that not only the mechanical but also the electrical connection in the desired orientation can be produced.

Weiterhin wird mit der Erfindung ein mehrachsiger Manipulator geschaffen, der die Merkmale des Patentanspruchs 3 aufweist. Bei diesem mehrachsigen Manipulator lassen sich die koaxial angeordneten Gelenkmodule als Haupt- und Hilfsgelenkmodul antreiben, so daß sich ein synchroner Antrieb ohne Gefahr einer unerwünschten Positionsabweichung, wie sie bei separat angesteuerten Gelenkmodulen auftreten könnte, erreichen läßt.Furthermore, a multi-axis manipulator is created with the invention, the Features of claim 3. Leave with this multi-axis manipulator the coaxially arranged joint modules drive as the main and auxiliary joint module, so that there is a synchronous drive without the risk of an undesired position deviation, how it could occur with separately controlled joint modules.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are described below the drawing explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Vertikal-Schnittansicht eines Gelenkmoduls nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei speziell der Aufbau wesentlicher Bauelemente des Gelenkmoduls dargestellt ist; Figure 1 is a vertical sectional view of a joint module according to an embodiment of the invention, the structure of essential components of the joint module is shown.

Fig. 2a eine Teil-Draufsicht auf das Gelenkmodul, wobei speziell ein Verriegelungsmechanismus für das Gelenkmodul dargestellt ist; . 2a is a partial plan view of the hinge module, wherein specifically, a locking mechanism is shown for the hinge module Fig;

Fig. 2b eine Draufsicht auf das Gelenkmodul mit besonderer Darstellung eines Verbinderabschnitts des Gelenkmoduls; Figure 2b is a plan view of the hinge module with a special representation of a connector section of the hinge module.

Fig. 3 einen Verdrahtungsplan, der den Aufbau eines Kabelbaums in dem Gelenkmodul veranschaulicht; Fig. 3 is a wiring diagram illustrating the construction of a wire harness in the hinge module;

Fig. 4 eine Vorderansicht eines Teils eines fernbetätigbaren Manipulators, der durch mehrere Gelenkmodule jeweils der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art aufgebaut ist, wobei besonders der Aufbau eines fingerförmigen Vorder abschnitts des fernbetätigbaren Manipulators her vorgehoben ist; Fig. 4 is a front view of part of a remotely operable manipulator, which is constructed by a plurality of joint modules each of the type shown in Figures 1 and 2, wherein in particular the structure of a finger-shaped front section of the remotely operable manipulator is highlighted;

Fig. 5a eine Vorderansicht des Gesamtaufbaus des Manipulators; FIG. 5a is a front view of the overall structure of the manipulator;

Fig. 5b eine Draufsicht auf den fernbetätigbaren Manipulator; FIG. 5b is a plan view of the remote-controlled manipulator;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des fernbetätigbaren Manipulators mit besonderer Darstellung von dessen sechs Freiheitsgraden; und Figure 6 is a perspective view of the remote-controlled manipulator with a special representation of the six degrees of freedom. and

Fig. 7 ein Blockdiagramm einer Steuereinheit für den fernbe tätigbaren Manipulator. Fig. 7 is a block diagram of a control unit for the remote manipulator.

Fig. 1 zeigt eine Vertikal-Schnittansicht eines Gelenkmoduls gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2a zeigt eine Teil-Draufsicht auf einen Verriegelungsmechanismus für das Gelenkmodul nach Fig. 1, und Fig. 2b zeigt eine Draufsicht auf einen Verbinderabschnitt des Gelenkmoduls nach Fig. 1. Fig. 1 is a vertical sectional view showing a hinge module according to an embodiment of the invention. FIG. 2a shows a partial top view of a locking mechanism for the joint module according to FIG. 1, and FIG. 2b shows a top view of a connector section of the joint module according to FIG. 1.

Gemäß Fig. 1 ist ein Antriebsmotor 2 zum Antreiben eines Ge lenkmoduls 1 fest an einem ersten, ortsfesten Gehäuseteil 3 gelagert. Eine Bremse 2A ist in dem Antriebsmotor 2 eingebaut, und auf einer Ausgangswelle 2B des Antriebsmotors 2 befindet sich ein Kegelrad 5B, welches mit einem Kegelrad 5A kämmt, welches fest auf einer Eingangswelle 4A einer harmonischen Dreh zahluntersetzungseinheit 4 montiert ist. Die Eingangswelle 4A der Untersetzungseinheit 4 ist mittels eines Lagers 7 auf einer hohlen Achse 6 (Hohlwelle) gelagert, die fest am orts festen Gehäuseteil 3 angebracht ist. Eine Eingangswelle 8A eines Absolutwert-Positionsdetektors 8 ist am vordersten Ende der hohlen Achse 6 angebracht.Referring to FIG. 1, a drive motor 2 is mounted steering module 1 for driving a Ge fixed to a first stationary housing part 3. A brake 2 A is installed in the drive motor 2 , and on an output shaft 2 B of the drive motor 2 there is a bevel gear 5 B, which meshes with a bevel gear 5 A, which is fixedly mounted on an input shaft 4 A of a harmonic speed reduction unit 4 . The input shaft 4 A of the reduction unit 4 is mounted by means of a bearing 7 on a hollow shaft 6 (hollow shaft), which is fixedly attached to the stationary housing part 3 . An input shaft 8 A of an absolute position detector 8 is attached to the foremost end of the hollow axis 6 .

Eine in einem Winkel von 45° bezüglich einer Drehachse X des Gelenkmoduls 1 geneigte erste Koppelfläche (Gelenkfläche) 3A ist an dem oberen Ende des ersten Gehäuseteils 3 ausgebildet, während sich im Mittelteil der ersten Koppelfläche 3A ein steckerseitiger Verbinder 9 befindet. Das obere Ende eines Kabelbaums 10 ist an den Steckverbinder 9 angeschlossen. Der Kabelbaum 10 verläuft durch die hohle Achse 6 und erreicht ein Kabelgehäuse 12, welches derart an einem zweiten beweglichen Gehäuseteil 11 angebracht ist, daß der untere Endabschnitt des Kabelbaums 10 in dem Kabel gehäuse 12 aufgenommen ist, wobei es sich spiralförmig in das Kabelgehäuse 12 erstreckt.A relative to at an angle of 45 ° of a rotation axis X of the hinge module 1 inclined first coupling surface (joint surface) 3 A is formed at the upper end of the first housing part 3, while 3 A is located in the middle part of the first coupling surface a plug side connector. 9 The upper end of a wire harness 10 is connected to the connector 9 . The wire harness 10 extends through the hollow axis 6 and reaches a cable housing 12 , which is attached to a second movable housing part 11 such that the lower end portion of the wire harness 10 is housed in the cable housing 12 , wherein it extends spirally into the cable housing 12 .

Eine in einem Winkel von 45° bezüglich der Drehachse X des Gelenkmoduls 1 geneigte zweite Koppelfläche 11A ist an dem unteren Ende des zweiten beweglichen Gehäuseteils 11 ausgebildet, und im Mittel teil der zweiten Koppelfläche 11A ist über ein Lager 13 ein buchsen seitiger Steckverbinder 16 drehbar gelagert. Dem buchsenseitigen Verbinder 16 ist ein Schnellstoppmechanismus zugeordnet, der aus Federn 14 und Kugeln 15 besteht, wobei letztere von den Federn 14 vorgespannt werden. Das untere Ende des Kabel baums 10 erstreckt sich von dem Kabelgehäuse 12 aus und ist mit dem buchsenseitigen Steckverbinder 16 verbunden.A second coupling surface 11 A inclined at an angle of 45 ° with respect to the axis of rotation X of the joint module 1 is formed at the lower end of the second movable housing part 11 , and in the middle part of the second coupling surface 11 A there is a socket-side connector 16 via a bearing 13 rotatably mounted. The socket-side connector 16 is assigned a quick stop mechanism which consists of springs 14 and balls 15 , the latter being biased by the springs 14 . The lower end of the cable tree 10 extends from the cable housing 12 and is connected to the connector 16 on the socket side.

Symmetrisch bezüglich der Mitte des buchsenseitigen Steckver binders 16 sind mehrere konische Lokalisierstifte 17 angeord net, die aufrecht auf der zweiten Koppelfläche 11A stehen und mit dieser einen rechten Winkel bilden. Ein Verriegelungsmechanismus 18 arbeitet mit den Lokalisierstiften 17 zusammen und ist um die zweite Koppelfläche 11A herum angeordnet. Andererseits ist ein Verriegelungsmechanismus 18′ an der ersten Koppelfläche 3A angeordnet und entspricht dem Verriegelungsmechanismus 18. Beide Verriegelungsmechanismen 18 und 18′ sind in der im folgenden beschriebenen Weise ausgebildet.Symmetrical with respect to the center of the female-side connector 16 are Steckver angeord net plurality of conical locator pins 17, the upright 11 A are provided on the second coupling face and with this form a right angle. A locking mechanism 18 cooperates with the locator pins 17 and around the second coupling surface 11 A arranged around. On the other hand, a locking mechanism 18 'is arranged on the first coupling surface 3 A and corresponds to the locking mechanism 18th Both locking mechanisms 18 and 18 'are formed in the manner described below.

Wie speziell in Fig. 2 gezeigt ist, enthält der Verriegelungs mechanismus 18 mehrere Vorsprünge 20, die in gleichmäßigen Abständen über den Umfang der zweiten Koppelfläche 11A verteilt sind und konische Flächen aufweisen, die sich nicht nur in radialer, sondern auch in Umfangsrichtung erstrecken. Ein Ring 23 besitzt nicht nur mehrere V-förmige Nuten 21, die es ermöglichen, daß die Vorsprünge 20 in enge Berührung mit den V-förmigen Nuten 21 gelangen, sondern besitzt auch mehrere Ausschnitte 22, die in derselben gleichmäßig beabstandeten Lagebeziehung wie die Vorsprünge 20 ausgebildet sind, so daß die Vorsprünge 20 in die Ausschnitte 22 passen.As shown specifically in Fig. 2, the locking mechanism 18 includes a plurality of projections 20 , which are evenly spaced over the circumference of the second coupling surface 11 A and have conical surfaces that extend not only in the radial but also in the circumferential direction. A ring 23 not only has a plurality of V-shaped grooves 21 which allow the projections 20 to come into close contact with the V-shaped grooves 21 , but also has a plurality of cutouts 22 which are in the same evenly spaced positional relationship as the projections 20 are formed so that the projections 20 fit into the cutouts 22 .

Andererseits ist der Verriegelungsmechanismus 18′ aus mehreren Vorsprüngen 19 gebildet, die auf der ersten Koppelfläche 3A der art angeordnet sind, daß sie in korrekter Ausrichtung mit den Vorsprüngen 20 stehen, wobei sie die gleiche Form und die gleichen Abmessungen haben wie die jeweiligen Ausschnitte 22. On the other hand, the locking mechanism 18 'is formed from a plurality of projections 19 which are arranged on the first coupling surface 3 A in such a way that they are in correct alignment with the projections 20 , wherein they have the same shape and the same dimensions as the respective cutouts 22 .

Zwischen dem zweiten Gehäuseteil 11 und dem ersten Gehäuse teil 3 befindet sich ein Kreuz-Wälzlager 3B. Außerdem sind aus der Koppelfläche 3A des ersten Gehäuseteils 3 zur Auf nahme der Lokalisierstifte 17 Führungslöcher 17A ausgebildet.Between the second housing part 11 and the first housing part 3 there is a cross roller bearing 3 B. In addition, 17 guide holes 17 A are formed from the coupling surface 3 A of the first housing part 3 for taking the locating pins.

Fig. 3 zeigt einen Verdrahtungsplan, aus dem der Aufbau des Kabelbaums 10 in dem Gelenkmodul hervorgeht. In der Zeichnung bezeichnen Bezugszeichen P₁ bis P₅ mehradrige Stromversorgungs kabel zum Zuführen elektrischer Leistung zu dem An triebsmotor 2, um das Gelenkmodul 1 anzutreiben. Die Bezugszeichen S₁ bis S₅ bezeichnen mehradrige Signalkabel, die an dem Absolutwert-Stellungsgeber 8 angeschlossen sind, und das Be zugszeichen B bezeichnet ein doppeladriges Stromversorgungs kabel zum Einspeisen von elektrischer Leistung in die in dem Antriebsmotor 2 befindlichen Bremse 2A. Der Kabelbaum 10 mit den erwähnten, zusammengebundenen Kabeln wird derart einge setzt, daß die entsprechenden Leitungsadern an die Anschlüsse von steckerseitigen Verbindern 9 _I bis 9 _V und buchsenseitigen Verbindern 16 _I bis 16 _V, die sich an den Koppelflächen 3A_I bis 3A_V und 11A_I bis 11A_V an den entgegengesetzten Enden der jeweiligen Gelenkmodule 1 _I bis 1 _V befinden, angeschlossen sind. Die jeweiligen Kabel sind lediglich in einem Gelenkmodul 1 _n verzweigt, so daß sie an einen Antriebsmotor 2, einen Absolutwert-Positionsdetektor 8 und eine Bremse 2A innerhalb des Gelenkmoduls 1 _n angeschlossen sind. Fig. 3 shows a wiring diagram, from which the structure of the wiring harness 10 in the joint module emerges. In the drawing, reference numerals designate P₁ to P₅ multi-core power supply cable for supplying electric power to the drive motor to 2, about the hinge module 1 to be driven. The reference symbols S₁ to S₅ denote multi-core signal cables which are connected to the absolute position transmitter 8 , and the reference symbol B denotes a two-core power supply cable for feeding electrical power into the brake 2 A located in the drive motor 2. The wiring harness 10 with the mentioned, tied cables is set in such a way that the corresponding line wires to the connections of connector-side connectors 9 _I to 9 _V and socket-side connectors 16 _I to 16 _V , which are on the coupling surfaces 3 A _I to 3 A _V and 11 A _I to 11 A _{V are located} at the opposite ends of the respective joint modules 1 _I to 1 _V, are connected. The respective cables are only branched in a joint module 1 _n so that they are connected to a drive motor 2 , an absolute value position detector 8 and a brake 2 A within the joint module 1 _n .

Fig. 4 zeigt eine Vorderansicht eines fingerförmigen Vorder teils eines fernbetätigbaren Manipulators gemäß einer Ausführungs form der Erfindung, bei dem mehrere Gelenkmodule mit dem oben beschriebenen Aufbau zur Bildung des Manipulators verwendet sind. Fig. 5a zeigt eine Vorderansicht des Manipulators, wobei speziell der Gesamtaufbau des Manipulators darge stellt ist. Fig. 5b zeigt eine Draufsicht auf den Manipulator. Nach Fig. 4 ist ein Gelenkmodul 1 _VII mit dem vordersten Ende eines Armglieds 24 so verbunden, daß es sich bezüglich dieses koaxial zu drehen vermag, und anschließend ist ein Gelenkmodul 1 _VIII am vordersten Ende des Gelenkmoduls 1 _VII derart an gebracht, daß es sich um eine Achse zu drehen vermag, die sich rechtwinklig zu dem Armglied 24 erstreckt. Außerdem ist ein mit einem Handteil 25 versehenes Gelenkmodul 1 _IX mit dem vordersten Ende des Gelenkmoduls 1 _VIII verbunden, so daß es sich um eine Achse drehen kann, die sich rechtwinklig bezüglich des Gelenkmoduls 1 _VIII erstreckt. Fig. 4 shows a front view of a finger-shaped front part of a remotely operated manipulator according to an embodiment of the invention, in which a plurality of joint modules with the structure described above are used to form the manipulator. Fig. 5a shows a front view of the manipulator, with the overall structure of the manipulator Darge is specifically. Fig. 5b shows a top view of the manipulator. According to FIG. 4, a hinge module 1 _VII connected to the foremost end of an arm member 24 so that it is capable with respect to this to rotate coaxially, and then a hinge module 1 _VIII at the foremost end of the hinge module 1 _VII is placed in such a way that it is capable of rotating about an axis extending perpendicular to the arm member 24 . In addition, a joint module 1 _IX provided with a hand part 25 is connected to the foremost end of the joint module 1 _VIII , so that it can rotate about an axis which extends at right angles to the joint module 1 _VIII .

Wie in Fig. 5a gezeigt ist, sind Gelenkmodule 1 _I und 1 _II an die vorderen Enden eines Paares von Basisplattformen 26a und 26b angekoppelt, die fest an einem (nicht gezeigten) Träger angebracht sind, so daß ihre Achsen miteinander ausgerichtet sind und auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Ein Armglied 27 ist fest mit den Koppelflächen beider Gelenkmodule 1 _I und 1 _II an der Ausgangsseite von letzteren befestigt. Wie in Fig. 5B gezeigt ist, sind Gelenkmodule 1 _III und 1 _IV mit dem Arm glied 27 von beiden Seiten her verbunden, so daß ihre Achsen gegenüber den Achsen der Gelenkmodule 1 _I und 1 _II versetzt sind und sich dabei auf einer gemeinsamen Geraden unter einem rechten Winkel gegenüber den Achsen der vorgenannten Module erstrecken. An die Gelenkmodule 1 _III und 1 _IV sind an deren Ausgangsseite Armglieder 28A und 28B derart angeschlossen, daß sie sich unter rechtem Winkel bezüglich der Achsen der Gelenkmodule 1 _III und 1 _IV und parallel zueinander erstrecken.As shown in Fig. 5a, hinge modules 1 _I and 1 _{II are} coupled to the front ends of a pair of base platforms 26 a and 26 b, which are fixedly attached to a support (not shown) so that their axes are aligned and lie on a common straight line. An arm member 27 is fixedly attached to the coupling surfaces of both joint modules 1 _I and 1 _II on the output side of the latter. As shown in Fig. 5B, articulated modules 1 _III and 1 _{IV are} connected to the arm member 27 from both sides, so that their axes are offset from the axes of the articulated modules 1 _I and 1 _II while being on a common straight line extend at a right angle to the axes of the aforementioned modules. On the output side arm members 28 A and 28 B are connected to the joint modules 1 _III and 1 _IV in such a way that they extend at right angles with respect to the axes of the joint modules 1 _III and 1 _IV and parallel to one another.

Weiterhin sind an die vordersten Enden der Arme 28A und 28B funktionsmäßig Gelenkmodule 1 _V und 1 _VI derart angeschlossen, daß sie sich parallel zu den Gelenkmodulen 1 _III und 1 _VI er strecken, wobei sie letzteren gegenüberliegen und ihre Achsen auf einer gemeinsamen Geraden liegen. Ein aus dem Armglied 24, den Gelenkmodulen 1 _VII, 1 _VIII und 1 _XI und der Handhabe 25 be stehender Arm nach Fig. 4 ist an den Ausgangsseiten der Gelenkmodule 1 _V und 1 _VI mit dem obersten Ende des Armglieds 24 angekoppelt, was den gewünschten fernbetätig baren Manipulator vervollständigt.Furthermore, functionally articulated modules 1 _V and 1 _VI are connected to the foremost ends of the arms 28 A and 28 B in such a way that they extend parallel to the articulated modules 1 _III and 1 _VI , whereby they lie opposite one another and their axes lie on a common straight line . An arm of the arm member 24 , the joint modules 1 _VII , 1 _VIII and 1 _XI and the handle 25 be standing arm according to Fig. 4 is coupled to the output sides of the joint modules 1 _V and 1 _VI with the uppermost end of the arm member 24 , which the desired remote manipulator completed.

Fig. 6 zeigt in schematischer perspektivischer Ansicht die Freiheitsgrade des oben erläuterten erfindungsgemäßen Manipulators und Fig. 7 zeigt anhand eines Blockdiagramms den Aufbau einer Steuereinheit für den Manipulator. FIG. 6 shows a schematic perspective view of the degrees of freedom of the manipulator according to the invention explained above and FIG. 7 shows the structure of a control unit for the manipulator on the basis of a block diagram.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des fernbetätigbaren Mani pulators gemäß der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 6 und 7 erläutert werden.In the following, the operation of the remotely operated manipulator according to the described embodiment of the invention will be explained with reference to FIGS. 6 and 7.

Gemäß Fig. 6 besitzt der in oben beschriebener Weise aufge baute fernbetätigbare Manipulator folgende sechs Freiheits grade:According to FIG. 6, the remotely operated manipulator constructed in the manner described above has the following six degrees of freedom:

1) rotation of the arm link 27 about a vertical axis, which is defined by the joint modules 1 I and 1 II ;
2) Rotation of the arm links 28 A and 28 B about axes which are defined by the articulated modules 1 III and 1 IV and which extend at right angles to the above-mentioned vertical axis, ie are horizontal axes.
3) rotation of the arm link 24 about a horizontal axis defined by the 1 V and 1 VI articulated modules;
4) pivoting movement of the joint module 1 VIII in a horizontal plane in connection with the joint module 1 VII ;
5) rotation of the joint module 1 IX about an axis perpendicular to the arm member 24 in cooperation with the joint module 1 VIII ;
6) Rotation of the handle 25 in connection with the joint module 1 IX .

Auf Grund der oben erwähnten sechs Freiheitsgrade läßt sich die Handhabe 25 in die Zielposition bringen, die sich inner halb des zulässigen Wirkungsbereichs der jeweiligen, den Manipulator bildenden Bauelemente befindet, so daß ein in dieser Position befindliches Element, ein Teil oder dergleichen frei handhabbar ist. Due to the above-mentioned six degrees of freedom, the handle 25 can be brought into the target position, which is within the permissible effective range of the respective components forming the manipulator, so that an element, a part or the like located in this position can be freely handled.

Nach Fig. 7 enthält die Steuereinheit 30 mehrere Regelab schnitte S_I bis S_IX, einen Rechen-Steuer-Abschnitt C zum Be stimmen der Geschwindigkeit jedes Gelenkmoduls 1 in Abhängigkeit einer seitens einer Bedienungsperson vorgenommenen Ein gabe, zur Analyse eines Betriebsprogramms, zur Koordinatenum wandlung/Berechnung oder Ausgabe von Positionserfassungssignalen POS_I bis POS_IX, geliefert von dem Gelenkmodul 1, und darüberhinaus zur sequentiellen Ausgabe von Geschwindigkeits befehlen Vref_I bis Vref_IX an die Regelabschnitte S_I bis S_IX, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle MMI mit einem Joystick J und einer Tastatur K für die Eingabe eines Betätigungssignals COM, welches die Bedienungsperson in den Rechen-Steuer-Ab schnitt C eingibt, und einen Speicherabschnitt M, in welchem ein Betriebsprogramm und andere Daten gespeichert sind.According to FIG. 7, the control unit 30 contains several Regelab sections S _I to S _IX, a rake control section C for loading the speed agree each hinge module 1 a function of a part of an operator An made gift for analyzing an operating program, conversion to Koordinatenum / Calculation or output of position detection signals POS _I to POS _IX , supplied by the joint module 1 , and moreover for the sequential output of speeds, commands Vref _I to Vref _IX to the control sections S _I to S _IX , a human-machine interface MMI with a joystick J and a keyboard K for inputting an operation signal COM, which the operator inputs into the arithmetic control section C, and a memory section M, in which an operating program and other data are stored.

Sämtliche Koordinatenumwandlungs/Rechenprogramme D1 bis DN, die sich auf die Festlegung eines durch Datenaustausch er zielbaren Freiheitsgrades beziehen, sind in dem Speicherab schnitt M abgespeichert. Der Rechen-Steuerabschnitt C enthält eine Prozedur zum Berechnen von Geschwindigkeitsbefehlen Vref_I bis Vref_VI für jedes Gelenkmodul 1, eine Prozedur zum Berechnen der Bewegung jedes Gelenkmoduls 1 auf der Grundlage von Positionsinformation, die von einem Programm als eine un abhängige Achse spezifiziert wird, oder einer Zielposition, die seitens der Bedienungsperson abhängig von der Gelenkmodul- Positionserfassungssignalen POS_I bis POS_IX vorgegeben wird, und eine Funktion zum Ändern der gegenwärtigen Steuer schleife in eine andere, um einem Positionserfassungssignal POS_I eines speziellen Gelenkmoduls 1 _I zu folgen, d. h. eine Funktion zum Ausgeben eines Geschwindigkeitsbefehls Vref_II eines speziellen Gelenkmoduls 1 _II an einen Regelabschnitt S_II des Gelenkmoduls 1 _II als einen Wert, der im Verhältnis steht zu einer Differenz zwischen einem Positionserfassungssignal POS_II des Gelenkmoduls 1 _II und dem Positionserfassungssignal POS_I des Gelenkmoduls 1 _I. All coordinate conversion / calculation programs D1 to DN, which relate to the definition of a degree of freedom that can be achieved by data exchange, are stored in the memory section M. The arithmetic control section C includes a procedure for calculating speed commands Vref _I to Vref _VI for each link module 1 , a procedure for calculating the movement of each link module 1 based on position information specified by a program as an independent axis, or a target position, which is specified by the operator depending on the joint module position detection signals POS _I to POS _IX , and a function for changing the current control loop to another in order to follow a position detection signal POS _{I of} a special joint module 1 _I , ie a function for outputting a speed command Vref _{II of} a special joint module 1 _II to a control section S _{II of} the joint module 1 _II as a value which is in relation to a difference between a position detection signal POS _{II of} the joint module 1 _II and the position detection signal POS _{I of} the joint module 1 _I.

Im folgenden werden Funktionen und vorteilhafte Wirkungen des gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung aufgebauten fern betätigbaren Manipulators erläutert.In the following, functions and advantageous effects of the remotely constructed according to this embodiment of the invention actuatable manipulator explained.

Wenn der Antriebsmotor 2 in dem Gelenkmodul 1 angetrieben wird, dreht sich das bewegliche Gehäuseteil 11 über die Kegelräder 5A und 5B und die Drehzahluntersetzungseinheit 4. Zu dieser Zeit wird der Drehwinkel des beweglichen Gehäuseteils 11 durch den Absolutwert-Positionsdetektor 8, der an der hohlen Achse 6 befestigt ist, erfaßt. Der mit dem steckerseitigen Steck verbinder 9 auf der Koppelfläche 3A des ersten Gehäuseteils 3 verbundene Kabelbaum ermöglicht eine Drehung des beweglichen Gehäuseteils 11 durch Ändern seines Windungsdurchmessers innerhalb des Kabelgehäuses 12, in welchem er spiralförmig aufge nommen ist. Es wird hier angenommen, daß der Kabelbaum 10 eine gewünschte Anzahl von Stromversorgungskabelleitern und eine gewünschte Anzahl von Signalleitern enthält, entsprechend einer gewünschten Anzahl von Gelenkmodulen 1, die einen fernbetätigbaren Manipulator mit einer gewünschten Anzahl von Freiheitsgraden bilden. Beispielsweise enthält der in Fig. 6 gezeigte fernbetätigte Manipulator mit sechs Freiheitsgraden neun Gelenkmodule 1 _I bis 1 _IX, so daß der Kabelbaum 10 eine Anzahl von Leitersätzen aufweist, deren Anzahl mit der Anzahl von Gelenkmodulen übereinstimmt.When the drive motor 2 is driven in the joint module 1 , the movable housing part 11 rotates via the bevel gears 5 A and 5 B and the speed reduction unit 4 . At this time, the rotation angle of the movable case 11 is detected by the absolute position detector 8 attached to the hollow axis 6 . The with the plug-side connector 9 on the coupling surface 3 A of the first housing part 3 connected wiring harness allows rotation of the movable housing part 11 by changing its winding diameter within the cable housing 12 , in which it is taken up spirally. It is assumed here that the wiring harness 10 contains a desired number of power supply cables and a desired number of signal conductors, corresponding to a desired number of articulated modules 1 , which form a remotely operable manipulator with a desired number of degrees of freedom. For example, the remote-operated manipulator shown in FIG. 6 with six degrees of freedom contains nine joint modules 1 _I to 1 _IX , so that the cable harness 10 has a number of conductor sets, the number of which corresponds to the number of joint modules.

Das Verbinden der Gelenkmodulen 1 erfolgt sukzessive, begin nend an dem Basisende und in Übereinstimmung mit der Festlegung der gewünschten Freiheitsgrade. In der Zone mit einem Freiheitsgrad bezüglich koaxialer Drehung werden die Orientierung der Drehachse des Gelenkmoduls 1 und die Orientierung der Koppelfläche 3A mit einem Neigungswinkel von 45° derart bestimmt, daß die Achse des Gelenkmoduls 1 in der vorausge henden Stufen oder dem Armglied 24 geradlinig ausgerichtet mit der Drehachse ist, und anschließend werden die Lokalisierstifte 17 in Eingriff mit den Führungslöchern 17A gebracht, so daß beide Gelenkmodule miteinander über die Verriegelungs mechanismen 18 und 18′ verbunden sind. Genauer gesagt: eine Phase jedes Ausschnitts 22 an dem Ring 23, der von den Vorsprüngen 20 entlang dem Umfang der Koppelfläche 11A des zweiten beweglichen Gehäuseteils 11 des Gelenkmoduls 1 der vorhergehenden Stufe getragen wird, wird in der erforderlichen Weise so ausgerichtet, daß die Vorsprünge 19 am Außenumfang der Gelenkfläche 3A des ersten Gehäuseteils 3 mit den Ausschnitten 22 am Ring 23 in Eingriff treten können, und anschließend wird der Ring 23 um eine viertel Drehung verdreht, so daß die Vorsprünge 20 an dem Gelenkmodul der vorausgehenden Stufe in Druckkontakt mit den Vorsprüngen 19 an dem Gelenkmodul der anschließenden Stufe treten können, und zwar mit Hilfe der V-förmigen Nuten 21 am Innenumfang des Rings 23, wodurch beide Gelenkmodule miteinander fixiert werden. Zu dieser Zeit wird der stecker seitige Verbinder 9 des Gelenkmoduls in der nachfolgenden Stufe in den buchsenseitigen Verbinder 16 des Gelenkmoduls in der vorausgehenden Stufe eingesetzt, wodurch die notwendige elektrische Verbindung zwischen beiden Gelenkmodulen geschaffen wird.The joint modules 1 are connected successively, starting at the base end and in accordance with the definition of the desired degrees of freedom. In the zone with a degree of freedom with respect to coaxial rotation, the orientation of the axis of rotation of the joint module 1 and the orientation of the coupling surface 3 A are determined with an inclination angle of 45 ° in such a way that the axis of the joint module 1 is aligned in a straight line in the preceding steps or the arm member 24 is with the axis of rotation, and then the locating pins 17 are brought into engagement with the guide holes 17 A, so that both joint modules are connected to each other via the locking mechanisms 18 and 18 '. More specifically: a phase of each cutout 22 on the ring 23 , which is carried by the projections 20 along the circumference of the coupling surface 11 A of the second movable housing part 11 of the joint module 1 of the previous stage, is aligned as required so that the projections 19 on the outer periphery of the hinge surface 3 A of the first housing part 3 can engage with the cutouts 22 on the ring 23 , and then the ring 23 is rotated by a quarter turn, so that the projections 20 on the hinge module of the previous stage in pressure contact with the Projections 19 can occur on the joint module of the subsequent step, with the help of the V-shaped grooves 21 on the inner circumference of the ring 23 , whereby both joint modules are fixed together. At this time, the connector-side connector 9 of the joint module in the subsequent stage is inserted into the socket-side connector 16 of the joint module in the previous stage, thereby creating the necessary electrical connection between the two joint modules.

Um in richtiger Weise einen Freiheitsgrad bezüglich der Drehung um die sich rechtwinklig zu dem Gelenkmodul 1 der voraus gehenden Stufe oder dem Armglied 24 erstreckende Achse festzulegen, wird eine Art Lehre in den buchsenseitigen Ver binder 16 eingesetzt, der von einem Lager 13 auf der Koppel fläche 11A des beweglichen Gehäuseteils 11 des Gehäusemoduls 1 der vorausgehenden Stufe 1 oder dem Armglied 24 gelagert ist, und die Lehre wird anschließend um einen Winkel von 180° gedreht. Zu dieser Zeit wird der buchsenseitige Verbinder 16 durch die von den Federn 14 vorgespannten Kugeln 15 in einer Orientierung gehalten, die nach Beendigung der Drehung eingenommen wird. Auf diese Weise werden sämtliche benachbarten Koppel flächen derart miteinander verbunden, daß die Drehachsen beider Gelenkmodule einander unter rechtem Winkel schneiden, und anschließend werden beide Gelenkmodule mit Hilfe des Ver riegelungsmechanismus 18 in der oben erwähnten Weise miteinander fixiert. Wenn das Armglied 24 mit dem gleichen Verbinder- Lagermechanismus ausgestattet ist, wie er oben erläutert wurde, lassen sich benachbarte Gelenkmodule mit dem Armglied in genau derselben Weise wie zwei benachbarte Gelenkmodule 1 verbinden.In order to correctly define a degree of freedom with respect to the rotation about the axis extending perpendicular to the joint module 1 of the preceding step or the arm member 24 , a kind of teaching is used in the socket-side connector 16 , which area of a bearing 13 on the coupling 11 A of the movable housing part 11 of the housing module 1 of the preceding stage 1 or the arm member 24 is mounted, and the gauge is then rotated through an angle of 180 °. At this time, the socket-side connector 16 is held in an orientation by the balls 15 biased by the springs 14 , which orientation is adopted after the rotation is completed. In this way, all adjacent coupling surfaces are connected to each other in such a way that the axes of rotation of both joint modules intersect at right angles, and then both joint modules are locked together with the aid of the locking mechanism 18 in the manner mentioned above. If the arm link 24 is equipped with the same connector bearing mechanism as explained above, adjacent joint modules can be connected to the arm link in exactly the same way as two adjacent joint modules 1 .

In der erläuterten Weise läßt sich der in Fig. 5a und 5b und 6 dargestellte gelenkige Manipulator aufbauen, indem man sukzessive ein Gelenkmodul 1 und ein Armglied 24 miteinander verbindet und diese Teile in geeigneter Weise derart aus wählt, daß ihre Achsen koaxial verlaufen oder sie einen Frei heitsgrad haben, der es ihnen gestattet, sich rechtwinklig zu dem anderen Teil zu erstrecken. Da miteinander über Leitungs sätze des Kabelbaums 10 in dem Manipulator zu verbindende Gelenk module ungeachtet der Reihenfolge ihrer Verbindung unge ändert bleiben, und darüber hinaus der Regelabschnitt S in der Steuereinheit 20 jedem der Gelenkmodule in einer Eins-zu- Eins-Beziehung entspricht, besteht nicht nur keine Notwendig keit zum Ändern eines Freiheitsgrads auf einen anderen Wert, sondern auch nicht zum Ändern einer für jedes Gelenkmodul speziellen Servo- bzw. Regelkonstanten, wenn die derzeitige Kombination von Gelenkmodulen mit Armgliedern in eine andere Kombination geändert wird.In the manner explained, the articulated manipulator shown in FIGS. 5a and 5b and 6 can be constructed by successively connecting a joint module 1 and an arm member 24 and selecting these parts in a suitable manner such that their axes run coaxially or they unite Have a degree of freedom that allows them to extend perpendicular to the other part. Since joint modules to be connected to one another via line sets of the cable harness 10 in the manipulator remain unchanged regardless of the order of their connection, and moreover the control section S in the control unit 20 corresponds to each of the joint modules in a one-to-one relationship, does not exist only no need to change a degree of freedom to another value, but also not to change a servo or control constant special for each joint module if the current combination of joint modules with arm links is changed to a different combination.

Wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt ist, läßt sich im Hinblick auf das am Basisende jedes Armglieds gelegene Gelenkmodul während der Aufnahme eines hohen Lastmoments der gesamte Arm bei weitem Spielraum für ein hohes Lastmoment dadurch antreiben, daß man Gelenkmodule parallel zueinander anordnet und dann deren Antriebsmotoren synchron antreibt. Dort, wo ein geringes Lastmoment aufgenommen wird, beispielsweise in einer Handgelenk-Welle, läßt sich die gewünschte Bewegung dadurch erreichen, daß man lediglich ein Gelenkmodul in dem vorausge henden Bereich anordnet. Da entsprechend der Stärke des Last moments ein oder zwei Gelenkmodule eingesetzt werden, läßt sich, wie oben erläutert wurde, ein gelenkiger Manipulator unter Verwendung von nur einer einzigen Art von Gelenkmodulen aufbauen.As shown in FIGS. 5a and 5b, with regard to the articulation module located at the base end of each arm link, the entire arm can be driven with a wide margin for a high load torque during the absorption of a high load torque by arranging articulated modules in parallel and then whose drive motors drive synchronously. Where a low load torque is absorbed, for example in a wrist shaft, the desired movement can be achieved by arranging only one joint module in the preceding area. Since, depending on the strength of the last moment, one or two joint modules are used, an articulated manipulator can be constructed using only a single type of joint module, as explained above.

Wenn das vorliegende Koordinatenumwandlungsprogramm D bei Erhalt einer Eingabe von der Schnittstelle "Mensch/Maschine" MMI in der Steuereinheit 30 geändert wird, was einem Aus tausch des derzeitigen Freiheitsgrads durch einen anderen entspricht, läßt sich der Manipulator rasch in den Be triebszustand bringen. Wenn die Gelenkmodule 1 _I·1 _II, 1 _III·1 _IV und 1 _V·1 _VI am Basisende jedes Armglieds koaxial zueinander angeordnet sind, so ändert die Steuereinheit 30 den vorhandenen Aufbau jeder Regelschleife bei Erhalt einer Eingangsgröße von der Schnittstelle MMI in einen anderen Aufbau, so daß eines der Gelenkmodule 1 _I und 1 _II der in koaxialer Anordnung befindlichen Module, beispielsweise das Gelenk modul 1 _I als Haupt-Gelenkmodul dient, während das andere Modul, also beim vorliegenden Beispiel das Gelenkmodul 1 _II, als Hilfs-Gelenkmodul arbeitet. Bei diesem Aufbau wird der Geschwindigkeitsbefehl Vref₁, der auf der Basis der von dem Programm eingestellten Positionsinformation oder der von der Bedienungsperson eingegebenen Zielinformation ansprechend auf das von dem Gelenkmodul ausgegebene Positionserfassungs signal POS₁ errechnet wird, so, wie es ist, zu dem Regelab schnitt S_I, der dem Gelenkmodul 1 _I entspricht, ausgegeben. Andererseits wird der Geschwindigkeitsbefehl Vref_II proportional zu einem Wert an den dem als Hilfsmodul dienenden Gelenk modul 1 _II entsprechenden Regelabschnitt S_II ausgegeben, wobei der Wert erhalten wird, indem man ein Positionserfassungs signal POS_II des Gelenkmoduls 1 _II von dem Positionserfassungssignal POS_I des Gelenkmoduls 1 _I subtrahiert. Auf diese Weise besitzen die Gelenkmodule 1 _I und 1 _II sowie andere Module jeweils einen gemeinsamen Freiheitsgrad und können ange trieben werden, indem sie korrekt mit einer kleinen Phasen differenz zwischen ihnen abgestimmt werden.If the present coordinate conversion program D is changed upon receipt of an input from the "man / machine" interface MMI in the control unit 30 , which corresponds to an exchange of the current degree of freedom by another, the manipulator can be brought quickly into the operating state. If the joint modules 1 _I · 1 _II , 1 _III · 1 _IV and 1 _V · 1 _VI are arranged coaxially at the base end of each arm link, the control unit 30 changes the existing structure of each control loop upon receipt of an input variable from the MMI interface to another Structure so that one of the joint modules 1 _I and 1 _{II of} the modules located in a coaxial arrangement, for example the joint module 1 _I serves as the main joint module, while the other module, that is to say the joint module 1 _II in the present example, works as an auxiliary joint module . With this structure, the speed command Vref 1, which is calculated on the basis of the position information set by the program or the target information input by the operator in response to the position detection signal POS 1 output from the hinge module, as it is, to the rule section S _I , which corresponds to the joint module 1 _I , output. On the other hand, the speed command Vref is _II proportional to a value at which serves as auxiliary module hinge module 1 _II corresponding control section S output _II, the value being obtained by a position detection signal POS _II of the hinge module 1 _II from the position detection signal POS _I of the hinge module 1 _I subtracted. In this way, the joint modules 1 _I and 1 _II and other modules each have a common degree of freedom and can be driven by being correctly coordinated with a small phase difference between them.

Bei dem fernbetätigten Manipulator gemäß der erläuterten Aus führungsform der Erfindung lassen sich folgende vorteilhafte Wirkungen erzielen:With the remote manipulator according to the explained Aus The following advantageous embodiment of the invention Achieve effects:

1) Es werden Koppelflächen eines Gelenkmoduls mit einem An triebsmotor und einem Positionsdetektor in Form von geneigten Flächen mit einem Neigungswinkel von 45° bezüglich einer Drehachse des Gelenkmoduls gefertigt, und diese Module lassen sich über Verriegelungsmechanismen miteinander verbinden und voneinander lösen. Wenn also eines der Gelenkmodule aus irgend einem Grund während der Fernbetätigung nicht ordnungsgemäß arbeitet, läßt es sich einfach durch ein anderes Modul austauschen. Weiterhin läßt sich der derzeitige Freiheitsgrad zu einem anderen Wert bei Wunsch ändern, indem man die derzeitige Anordnung von Gelenkmodulen und Armgliedern ändert.1) Coupling surfaces of a joint module with an An drive motor and a position detector in the form of inclined Surfaces with an inclination angle of 45 ° with respect to a Axis of rotation of the joint module manufactured, and leave these modules connect with each other via locking mechanisms and separate from each other. So if one of the joint modules from any due to a reason during remote operation works, it can be easily changed by another module change. Furthermore, the current degree of freedom Change to another value if desired by changing the current one Arrangement of joint modules and arm links changes.

2) Jedes Gelenkmodul enthält einen Kabelbaum, der aus mehreren Leitersätzen mit Signalübertragungsleitern und Stromversorgungs leitern besteht, deren Anzahl jeweils mit der Anzahl von Ge lenkmodulen übereinstimmt, die an das betrachtete Modul anzu schließen sind. Damit läßt sich ein Manipulator in einfacher Weise dadurch betriebsbereit machen, daß man das gegebene Ge lenkmodul mit einem anderen Gelenkmodul oder Armglied verbindet. Da der Kabelbaum in dem Gelenkmodul mehrere Übertragungs kanäle aufweist, die einer Eins-zu-Eins-Entsprechung be züglich der anderen Gelenkmodule genügen, wird beispiels weise ein Regelabschnitt in der Steuereinheit stets richtig den Übertragungskanälen zugeordnet, ohne daß die Notwendig keit besteht, eine Regelkonstante oder dergleichen einzustellen.2) Each joint module contains a wiring harness made up of several Conductor sets with signal transmission conductors and power supply conductors, the number of each with the number of Ge steering modules that match the module under consideration are close. This makes a manipulator easier Make it operational by using the given Ge connects the steering module with another joint module or arm link. Because the wiring harness in the joint module has multiple transmission has channels that be a one-to-one correspondence with regard to the other joint modules will suffice, for example a control section in the control unit is always correct assigned to the transmission channels without the necessity speed exists to set a control constant or the like.

3) Es sind mehrere Gelenkmodule an einem Basisende jedes Arm glieds parallel angeordnet, um starke Lastmomente bewältigen zu können. Damit läßt sich unter Verwendung lediglich einer Art von Gelenkmodulen ein gelenkiger Manipulator aufbauen, der nicht nur Gelenke mit jeweils einem darauf einwirkenden großen Lastmoment aufweist, sondern außerdem auch Gelenke, auf die jeweils nur ein kleines Lastmoment ausgeübt wird. Sind zwei Gelenkmodule in koaxialer Lage angeordnet, so dient eines von ihnen als Hauptgelenkmodul und das andere als Hilfsgelenkmodul. In diesem Fall wird eine Regelschleife inner halb der Steuereinheit derart abgeändert, daß das Hilfsge lenkmodul dem Hauptgelenkmodul folgt. Damit lassen sich beide Gelenkmodule synchron mit einer geringen Phasendifferenz zwischen ihnen antreiben.3) There are multiple hinge modules at a base end of each arm links arranged in parallel to cope with strong load moments to be able to. So you can use only one Type of articulated modules to build an articulated manipulator, not just joints with one acting on them has a large load moment, but also joints, to which only a small load moment is exerted. Are two joint modules arranged in a coaxial position, so one of them serves as the main joint module and the other as Auxiliary joint module. In this case, a control loop becomes internal half of the control unit so modified that the auxiliary ge steering module follows the main joint module. It can be used to do both Joint modules in sync with a small phase difference between drive them.

Bei dem oben erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Positions detektor als Detektor für eine Einzelumdrehung ausgebildet und befindet sich in dem zweiten Gehäuseteil, um in operativer Zuordnung zur hohlen Achse, die zusammen mit dem ersten Gehäusetal drehbar ist, einen Drehwinkel zu erfassen. Alternativ kann auch anstelle des eine Umdrehung erfassenden Positionsde tektors ein Positionsdetektor für mehrere Umdrehungen einge setzt werden. In diesem Fall befindet sich ein solcher, mehrere Umdrehungen vollziehender Positionsdetektor in dem ersten Gehäuseteil, um die Drehung der Eingangswelle einer Drehzahluntersetzungseinheit zu erfassen.In the embodiment explained above, the position detector designed as a detector for a single revolution and is located in the second housing part in order to be operational Assignment to the hollow axis, together with the first Housing valley is rotatable to detect an angle of rotation. Alternatively can also be used instead of the position end that detects one revolution tectors a position detector for several revolutions be set. In this case there is one, several Revolving position detector in the first housing part to rotate the input shaft of a To detect speed reduction unit.

Claims

1. Joint module for a manipulator, with a first housing part ( 3 ) with a drive motor ( 2 ) attached to it, a second housing part ( 11 ) rotatably mounted on the first housing part, which can be driven in rotation by the drive motor, and a position detector ( 8 ) for detecting the angle of rotation of the second housing part ( 11 ), wherein the first housing part ( 3 ) and the second housing part ( 11 ) by 45 ° to their axis of rotation (X) inclined coupling surfaces ( 3 A, 11 A), with which further Joint modules or arm links can be coupled, and locking mechanisms ( 18 ', 18 ) and electrical connectors ( 9 , 16 ) are provided on the coupling surfaces ( 3 A, 11 A), the housing parts to be coupled together being lockable in different orientations and one of the electrical connector is rotatable relative to the associated housing part.

2. Joint module according to claim 1, characterized in that a cable harness ( 10 ) having a plurality of conductor sets is present, the number of conductor sets corresponding to the number of joint modules which are required for the construction of a single manipulator.

3. Multi-axis manipulator consisting of joint modules, in particular according to claim 1 or 2, and arm members, with at least one manipulator axis, the from two coaxially arranged, synchronously driven and interacting joint modules is formed, characterized in that the coaxial joint modules can be controlled so that one of them as the main joint module and the other as Auxiliary joint module, which follows the main joint module, are driven.

4. Manipulator according to claim 3, characterized in that the Auxiliary joint module if it follows the main joint module in accordance with a target speed signal is controlled, which is proportional to a value, which is obtained by a position detection signal of the auxiliary joint module, which is driven following the main joint module, from a position detection signal of the main joint module subtracted.