DE6917330U - Handgriff zur steuerung eines manipulatorgreiferarms - Google Patents

Description

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Dipl.-Inc. .Umprecht

München 22, Sioinsdorfelr. 10

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris (Frankreich)

Handgriff zur Steuerung eines Manipulatorgreiferarms

Die Neuerung betrifft einen Steuer- oder Master-Hand griff für Parallel- oder Mast©r=Slave=Manipulatoren_f um die Schließ- und Öffnungsbewegung eines gesteuerten oder Slave-Greifarms zu steuern, der im Innern eines Gefäßes mit biologischem Schild arbeitet.

Es sind bereits verschiedene Handgriffe für Parallel-Manipulatoren bekannt. Bei allen wird in ähnlich mechanischer Weise, d. h. ohne Zufuhr von Energie von außen, die von der Hand des Bedieners ausgeübte Kraft in die Spannung eines Kabels umgesetzt, die das Greifen des Greifarms am anderen Ende des Manipulators steuert.

Verschiedene derartige Handgriffe werden durch den Bediener zwischen der Handfläche und drei Fingern seiner Hand mittels eines Schafts gehalten, wobei der Zeigefinger und der Daumen auf zwei Hebel einwirken, die ein physiologisch

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ähnliches Greifen verwirklichen. Andere ähneln einem Armschaft, der mit einem starken Drücker versehen ist, der beispielsweise den Hebeln von Fahrradbremsen vergleichbar ist. Xn diesen beiden Fällen ist der Weg der Hebel sehr kurz, denn die Hand des Bedieners muß den Schaft gut festhalten, auf den der Bediener die Kraft ausübt, die zu dem manipulierten Gegenstand übertragen wird, um ihn anzuheben und zu verschieben. Außerdem sind diese Kräfte mit der übertragenen Greifkraft verknüpft, so daß es in der Praxis notwendig ist, den Handgriff mit einer Kraft zu umspannen, die mindestens doppelt so groß wie das Gewicht des ergriffenen Gegenstands ist, was zu einer starken Ermüdung führt. Diese Ermüdung nimmt zu, wenn die Öffnung des Greifarms groß ist, da die Öffnung des Drückers dazu proportional ist.

Um diese Nachteile zu verringern, sind bisher die Manipulatorhandgriffe mit Sperrklinkenverriegelungen versehen worden, die eine Aufrechterhaltung der Greifkraft selbst dann erlauben, wenn der vom Bediener ausgeübte Druck nachläßt, so daß die Ermüdung verringert wird. Ferner sind gleichfalls Greifarmverschlüsse durch zusätzliche Maßnahmen, ζ. B. auf pneumatischem Wege, geschaffen worden. Schließlich gibt es Handgriffe mit untersetztem Greifen, bei denen die vollständige Greifbewegung des Greifarms durch mehrere aufeinanderfolgende Betätigungen des Drückers gesteuert wird, aber diese Vorrichtung macht die Bedienung dieser Handgriffe schwierig und außerdem die Verriegelungssysteme kompliziert.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, die Manipulatorhandgriffe so auszubilden, daß sie besser als bisher den verschiedenen Erforde nissen der Praxis genügen, insbesondere die oben genannten Nachteile bekannter Handgriffe beseitigen, so daß eine genaue Bestimmung des Verhältnisses von Greifkraft zu Manipulationskraft, ein verbessertes Halten in der Hand, eine automatische Verriegelung des Greifers

durch den Greifarm ebenso wie eine Begrenzung dieses Greifers auf einen maximalen Sicherheitswert ermöglicht wird, damit das Übertragungskabel nicht reißt.

Ein Handgriff zur Steuerung der Öffnungs- und Schließbewegung eines Manipulatorgreifxrmes ist gemäß der Neuerung gekennzeichnet durch einen hohlen Schaft, der von einem Bediener in der Hand gehalten werden kann und im Innern eine Haspel, auf die ein Kabel zur Bewegungsübertragung aufwickelbar ist, einen Antriebsmotor für die Haspel mit einem Drehmomentbegrenzer, einen Drücker zum Steuern des Motors, wobei der durch den Bediener betätigbare Drükker durch eines der Enden eines Hebels gebildet wird, der an einem ortsfesten Zapfen am Schaft angelenkt ist, während das andere Ende des Hebels mit einer Rückstellfeder verbunden ist und eine Umlenkrolle trägt, um die das Übertragung5^vabel läuft, und zwei Endstellungsorgane hat, die dem Hebel zugeordnet sind und die Drehrichtung des Motors steuern.

Durch die Neuerung werden ferner Handgriffe angegeben, die vorzugsweise folgende Merkmale für sich oder in beliebigen Kombinationen aufweisen)

Eine automatische Verriegelungseinrichtung wird durch einen Schalter gebildet, der durch den Bediener gleichzeitig mit dem Drücker betätigbar ist;

der Drehmomentbegrenzer arbeitet reibungsschlüssig, und die Haspel trägt einen Finger, durch den zwei Endschalter betätigbar sind, die so eingestellt sind, daß ein Reißen des Übertragungskabels durch Aufwickeln oder dessen Entspannung durch Abwickeln vermieden wird} und

der Drehmomentbegrenzer wird durch eine Rolle gebildet, die als Haspel dient, und das Übertragungskabel ist in Rück-

wärtsrichtung des Kabels von der Rolle an einer vorgespannten Feder befestigt, die auf eine zulässige Spannung des Kabels eingestellt ist.

Die Neuerung soll anhand der Zeichnung naher erläutert werden. Bs zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durda ein erstes Ausführungsbeispiel eines Handgriffes gemäß der Neuerung}

Fig. 2 einen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel des Handgriffes gemäß der Neuerung;

Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des Handgriffes gemäß der Neuerung;

Fig. 4 einen Teilschnitt durch ein viertes Ausführungsbeispiel des Handgriffes gemäß der Neuerung; und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch ein fünftes Ausführungsbeispiel des Handgriffes gemäß der Neuerung.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß ein Handgriff 7 in Form eines hohlen Schafts an einer Achse 9 einer Hauptmanschette 11 eines Manipulators angelenkt ist. Die Anlenkung senkrecht zur Achse 9 ist durch Zahnräder 13 und 15 gesichert. Ein Übertragungekabel 17 durchläuft den ganzen Manipulator bis zu dessen Greif arm, dessen Öffnen und Schließen et) steuert.

Im Innern des hohlen Schafts 7 befindet sich ein Elektromotor 19» der über ein Untersetzungsgetriebe ein Zahnrad 21 antreibt, das in ein Zahnrad 23 einer Haspel 25 auf einer Achse 27 eingreift, wobei auf der Haspel 25 bei 29 das

Kabel 17 befestigt ist. Vor seiner Durchführung durch den Manipulator läuft das Kabel 17 um eine Umlenkrolle 31» deren Achse 33 durch einen Hebel 35 getragen ist, der an einem Zapfen 37 angelenkt ist, der an dem Schaft 7 befestigt ist. Das andere Endeddes Hebels 35 bildet einen Drücker 39, der mit Vertiefungen zum Eingreifen versehen ist» Die Spannung des Kabels 17 übt auf die Umlenkrolle 21 eine Kraft aus, die den Drücker 39 des Schafts 7 herausdrücken will. Das Verhältnis der beiden Arme des Hebels 35 erlaubt das Fühlen der Greiferkraft des Greifarms mit einer gegebenen Untersetzung. Infolge dieser Untersetzung kann die Bewegung des Drückers 39 einer schwachen Bewegung des Greifarms entsprechen, und wenn dieser einen harten Gegenstand einspannt, wird die Kraft durch die Elastizität des Übertragungskabels 17 aufge fangen.

Zwei Schalter 4i und k3 werden in den Endstellungen des Drückers 39 betätigt und betätigen ihrerseits den Motor 19 zum Auf- bzw. Abwickeln des Kabels 17. Eine Feder k5 erlaubt die Rückführung des Drückers 39 in einer Mittelsteilung ungeachtet der Spannung des Kabels 17.

Der Handgriff arbeitet folgendermaßent Der Bediener, der einen Gegenstand mit dem Manipulator ergreifen will, nimmt den Handgriff in die Hand und betätigt den Drücker Wenn die Bewegung des Drückers nicht die Klauen des Greifarms in Anlage an den Gegenstand bringt, wird der Schalter 41 betätigt, der ein Aufwickeln des Kabels 17 und damit ein Schließen des Greifarms veranlaßt. Wenn die Klauen des Greifarms in Anlage an den Gegenstand kommen, will die Spannung des Kabels 17 den Drücker 39 herausdrücken. Wenn die gewünschte Kraft gespürt wird, läßt der Bediener den Drükker 39 sich herausdrücken, was ein Anhalten des Motors 19 zur Folge hat. Zur Freigabe des Gegenstands läßt der Bediener den Drücker sich herausdrücken. Wenn die Bewegung des Drückers nicht zu einer Freigabe des Gegenstandes führt,

was häufig der Fall ist, da die Untersetzung zur Wirkung kommt, wird der Schalter 43 betätigt, so daß er ein Abwikkeln des Kabels 17 bis zur völligen Öffnung des Greifarms veranlaßt, wenn der Bediener nicht mehr den Drücker zurückdrückt. In diesem Fall, wenn das Kabel 17 bis zur völligen Öffnung des Greifarms entspannt wird, führt die Feder 45 den Drücker 39 in eine Mittelstellung zurück und hebt damit dessen Anlage an den Schalter 43 auf, so daß dieser den Motor anhält.

Aus Fig. 2 sind die grundsätzlichen Merkmale des eben beschriebenen Ausführungsbeispiels wieder erkennbar, wobei jedoch zusätzlich ein Schalter 45 vorgesehen ist, der dem Bediener ermöglicht, die ganze Vorrichtung zu verriegeln, wenn der Drücker 39 freigegeben ist. In diesem Zustand wird der Gegenstand in dem Greifarm festgehalten, und die Bewegung des Greifarms hat nur eine leichte Entspannung zur Folge, die durch die Elastizität des Kabels 17 aufgefangen wird. Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, daß der Schalter 45 am Hinterabschnitt des Schafts 7 angeordnet und durch einen Hebel 47 betätigbar ist, der an einem Zapfen 49 angelenkt ist und auf einen Kontakt 51 einwirken kann. Diese Anordnung erlaubt das Schließen des Stromversorgungskreises des Motors 19, wenn die Hand den Schaft 7 hält, und umgekehrt das Unterbrechen dels Stromversorgungskreises, sobald die Hand den Schaft freigibt.

Aus Fig. 3 ist eine Abwandlung dieses Ausführungsbeispiels ersichtlich, wobei der Schalter 45, sein Kontakt und der Hebel 47 unter den Fingern des Bedieners angeordnet sind, der den Drücker 39 betätigt. Bei diesem Ausführungsbeippiel führt die völlige Freigabe des Drückers 39 nicht zu einem unbeabsichtigten Öffnen des Greifarms. Die Rückstellkraft durch die Feder 45, die hier nach hinten angeordnet ist, ist durch die Spannung des Kabels 17 immer größer als zum Schließen des Schalters 45 notwendig. Es

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ist ferner ersichtlich, daß dieser Schalter leicht ohne Freigabe des Drückers 39 freigegeben werden kann, so daß eine genaue Manipulation ohne willkürliches Inbetriebsetzen des Motors 19 stattfindet.

Aus Fig. 4 ist ebenfalls ein Sicherheitssystem ersichtlich, um eine zu starke Entspannung des Kabels 17 zu vermeiden. Bine erste Möglichkeit besteht in der Ausrüstung der Haspel 25 mit einem Finger 53» der in den gewünschten Endstellungen auf die Schalter 55 und 57 einwirkt.

Außerdem kann ein Reibungsdrehmomentbegrenzer 59 zwischen dein Abtriebsende des Untersetzungsgetriebes des Motors 19 und dem Zahnrad 21 vorgesehen sein. Der Begrenzer wird auf den Maximalnennwert der Kraft des Greifarms und des Kabels 17 eingestellt.

Aus Fig. 5 let eine weitere Abwandlung des vorher beschriebenen Systems ersichtlich, das die Verwendung von zwei Schaltern vermeidet und eine automatische Regelung des Kabels auch bei leichter Verlängerung ermöglicht. Eine RoILe 6i ersetzt hier die Haspel 27» und das Kabel 17 ist flach seinem Laufen um eine limienkroile 6j an seinem Jände an einer vorgespannten Feder 65 befestigt, die für eine konstante Aufwiekellänge eine Rutschspannung gewährleistet, die auf den Maximalnennwert der Kraft und des Greifarmes 17 eingestellt ist. Bei Öffnen des Greifarms, wenn die Spannung des Kabels 17 Null wird, rutscht das Kabel frei um die Rolle 61.

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Claims (4)

Schutzansprüche

1. Handgriff zum Steuern der Öffnungs- und Schließbewegung eines Manipulatorgreifarms, gekennzeichnet durch einen hohlen Schaft (7)» der von einem Bediener in der Hand gehalten werden kann und im Innern eine Haspel (25), auf die ein Kabel (17) zur Bewegungsübertragung aufwickelbar ist, einen Antriebsmotor (19) für die Haspel mit einem Drehmomentbegrenzer (59)· einen Drücker (39) zum Steuern des Motors, wobei der durch den Bediener betätigbare Drücker durch eines der Enden eines Hebdls (35) gebildet ist, der an einem ortsfesten Zapfen (37) an dem Schaft angelenkt ist, während das andere Ende des Hebels mit einer Rückstellfeder (45) verbunden ist, und eine Umlenkrolle (31) trägt, um die das Übertragungskabel umläuft, und zwei Endstellungsorgane (41, 43) hat, die dem Hebel zugeordnet sind und die Drehrichtung des Motors steuern (Fig. 1, 4).

2. Handgriff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine automatische Verriegelungseinrichtung, die durch einen Schalter (45) gebildet ist, der durch den Bediener gleichzeitig mit dem Drücker (39) betätigbar ist (Fig. 2, 3).

3· Handgriff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentbegrenzer (59) reibungsschlüssig arbeitet und daß die Haspel (27) einen Finger (53) trägt, durch den BnHsehalter (55» 57) betätigbar sind, die so eingestellt sind, daß ein Reißen des Übertragungskabels (17) durch Aufwickeln oder seiner Entspannung durch Abwickeln verhindert wird (Fig. 4).

4. Handgriff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentbegrenzer durch eine Rolle (61) gebildet ist, die als Haspel dient, und daß das Übertragungskabel (17) in Rückwärtsrichtung des Kabels von der Rolle an einer vorgespannten Feder (65) befestigt ist, die auf eine zulässige Spannung des Kabels eingestellt ist (Fig. 5)0