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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator, insbesondere auf einen
Manipulator mit wenigstens mehreren Gliedern, von denen ein Glied
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 greiferartig ausgebildet ist. Ein derartiger Manipulator
ist aus der EP-A-000 89 81 bekannt. In diesem Zusammenhang bedeutet „greifartige
Ausbildung", dass
das eine Glied derart ausgebildet ist, dass mit diesem Objekte gegriffen,
verarbeitet oder auf andere Art und Weise gehandhabt werden können.
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Bekannte
Manipulatoren, wie beispielsweise industrielle Roboter, umfassen
beispielsweise ein Fußteil,
an dem an einem ersten Schwenkpunkt ein erstes Glied beweglich befestigt
ist, ein zweites Glied, das an einem zweiten Schwenkpunkt mit dem ersten
Glied verbunden ist, und ein drittes Glied, das in einem dritten
Schwenkpunkt mit dem zweiten Glied verbunden ist. Jeder Schwenkpunkt
umfasst wenigstens einen Motor, um eines der Glieder relativ zu
den anderen Gliedern zu bewegen, die an dem entsprechenden Schwenkpunkt eine
Drehwelle definieren, um das erste Glied um seine Längsachse
relativ zu dem Fußteil
zu bewegen, das normalerweise einen plattenförmigen Aufbau aufweist. Der
zweite Schwenkpunkt kann eine Schwenkwelle umfassen, die sich rechtwinklig
zur Längsrichtung
sowohl des ersten als auch des zweiten Glieds erstreckt, um eine Schwenkbewegung
des zweiten Glieds relativ zum ersten Glied zu ermöglichen,
während
der dritte Schwenkpunkt wiederum eine Drehwelle parallel zur Längsrichtung
des zweiten Glieds definiert, um eine Schwenkbewegung des dritten
Glieds relativ zum zweiten Glied zu ermöglichen. Ferner kann in dem dritten
Schwenkpunkt eine zweite Schwenkwelle rechtwinklig zur Längsachse
des zweiten Glieds vorgesehen sein, um eine Schwenkbewegung des
dritten Glieds relativ zum zweiten Glied zu ermöglichen. Bei einem derartigen
Manipulator ist jede Schwenk- oder Drehwelle mit einem Motor versehen.
Ferner ist an dem dritten Glied ein weiterer Motor zum Öffnen und
Schließen
eines Greifers angeordnet. Wenn der Manipulator ausgefahren ist,
fluchten das erste, das zweite und das dritte Glied miteinander.
Der Nachteil eines derartigen Manipulators besteht darin, dass der aus
dem ersten, dem zweiten und dem dritten Glied gebildete Arm insbesondere
auf Grund der Motoren relativ schwer ist. Ferner ist die Bewegungsfreiheit
eines derartigen Roboterarmes eingeschränkt. Der Greifer eines derartigen
Manipulators kann nur einen begrenzten Betätigungsbereich um das Fußteil abdecken
und kann beispielsweise das Fußteil
selbst nicht erreichen, da die verschiedenen Glieder miteinander kollidieren
und den Schwenkwinkel auf beträchtlich weniger
als 360° beschränken würden. Es
wurde vorgeschlagen, Motoren im Fußteil anzuordnen. Diese Motoren
müssen
jedoch ein hohes Gewicht aufweisen, um den Kräften entgegenzuwirken, die
auf sie durch den Arm ausgeübt
werden.
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Bei
einem in der EP-A-000 89 81 beschriebenen Manipulator sind Motoren
im Fußteil
angeordnet, die mit den entsprechenden Gliedern über Kabel verbunden sind, die
sich durch die Glieder erstrecken. Sehr nahe am Fußteil ist
mit dem ersten Glied ein Kompensationsarm verbunden, der ein Kabel,
das sowohl mit den Kompensationsarm als auch mit dem Fußteil verbunden
ist, und ein Federelement aufweist. Diese Kompensationsmittel kompensieren
nur das erste Glied, und zwar unabhängig von der Position der weiteren
Glieder.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Manipulator den
im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Merkmalen zu schaffen,
bei dem die genannten Nachteile unter Aufrechterhaltung der Vorteile
vermieden werden. Zur Lösung
dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung einen Manipulator
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.
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Die
Verwendung von Kompensationsmitteln, mit deren Hilfe das durch den
Arm, insbesondere durch den Unterarm und den Oberarm, auf das Fußteil ausgeübte Moment
reduziert oder zumindest kompensiert wird, weist den Vorteil auf,
dass der Arm des Manipulators mittels relativ leichter Antriebsmittel in
fast jede Position verfahren und in dieser gehalten werden kann,
selbst wenn der Greifer beladen ist. Vorzugsweise weisen die Kompensationsmittel
einen derartigen Aufbau auf, dass der Arm, insbesondere der Unterarm
und der Oberarm, in fast jeder Position mit Hilfe der Kompensationsmittel
in etwa ausbalanciert ist. Der auf diese Weise erzielte Vorteil
besteht darin, dass verhältnismäßig leichte
Antriebsmittel verwendet werden können, weshalb trotz einer relativ leichten
Konstruktion des Manipulators die Positionierung schnell und ordnungsgemäß erfolgen
kann und zudem eine relativ hohe Belastung des Armes möglich ist.
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Bei
einer Weiterbildung ist der Manipulator gemäß der vorliegenden Erfindung
ferner durch die Merkmale des Anspruchs 3, vorzugsweise der Ansprüche 3 und
4, gekennzeichnet.
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Der
Vorteil, der durch die Verwendung von Exzentern, die mit den Drehwellen
der Glieder, insbesondere des Oberarms und des Unterarms, verbunden
sind, zusammen mit der Anordnung von Federmitteln, die mit den entsprechenden
Exzentern verbunden sind, entsteht, besteht darin, dass ein relativ kompakter
Aufbau möglich
ist, wobei die Federmittel einen einfachen und relativ leichten Aufbau
aufweisen und dennoch innerhalb der Kompensationsmittel eine zur
Kompensation ausreichende Kraft erzeugen können. Werden als Federmittel
in dem Fußteil
angeordnete Zugfedern verwendet, so hat dies den Vorteil, dass die
Federmittel in einer sicheren und optisch ansprechenden Art und
Weise verborgen angeordnet sind, ohne die Bewegungsfreiheit des
Manipulators einzuschränken.
Natürlich
können
wahlweise auch andere Federmittel verwendet werden, wie beispielsweise
Druckfedern oder Torsionsfedern oder Kombinationen derartiger Federmittel.
Durch die Verwendung von bandförmigen
Elementen, die an einer Seite mit einem ortsfesten Punkt und an
der anderen Seite mit einer entsprechenden Feder verbunden sind,
wobei sich das bandförmige
Mittel über
die entsprechenden Exzenter erstreckt, wird der Vorteil eines relativ
einfachen Aufbaus erzielt, der im Betriebszustand robust und verlässlich ist.
Eine Drehung der entsprechenden Wellen führt zu einer Drehung der Exzenter,
wodurch die bandförmigen
Elemente unter Änderung
der Länge
der Federn bewegt werden. Die Zugkräfte in den Bandelementen und
die Reibung zwischen den Bandelementen und den Exzentern führt dazu,
dass die entsprechenden Position des Unterarms und des Oberarms
beibehalten wird.
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Bei
einer weiteren Weiterbildung ist ein Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 5 gekennzeichnet.
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Ein
weiterer Nachteil des Manipulators nach dem Oberbegriff besteht
darin, dass der Arm, insbesondere die Motoren, relativ störanfällig und
nur beschränkt
wartungsfreundlich sind, insbesondere auf Grund der Tatsache, dass
sich die elektrische Verkabelung für die Motoren durch den Arm
erstreckt. Dies schränkt
ferner die Bewegungsfreiheit des Manipulators ein. Ein weiterer
Nachteil eines derartigen Manipulators besteht darin, dass dieser
nur eingeschränkt in
einer Umgebung verwendet werden kann, die beispielsweise einer starken
Strahlung ausgesetzt ist, da eine derartige Strahlung den Betrieb
der Motoren und die Verkabelung nachteilig beeinflusst. Werden die
Motoren und die Verkabelung gegen eine derartige Strahlung abgeschirmt,
so ist es nachteilig, dass die Abschirmung zu einer Erhöhung des
Gewichtes und des Volumens des Armes führt, was wiederum die Verwendung
eines solchen Manipulators weiter einschränkt.
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Da
bei einem Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung die Antriebsmittel, insbesondere die Motoren, zumindest
zum Großteil
in dem Fußteil angeordnet
sind, kann der Arm einen relativ leichten und schnellen Aufbau aufweisen,
während
die Motoren und die entsprechenden Verkabelungen, die in dem Fußteil angeordnet
sind, relativ einfach abgeschirmt werden können. Entsprechend kann ein
Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung in einfacher Weise robust ausgeführt und in den verschiedensten
Umgebungen verwendet werden. Ferner kann auf einfache Art und Weise
eine große
Bewegungsfreiheit eines Greifers eines erfindungsgemäßen Manipulators
erzielt werden. Der Aufbau des Arms eines Manipulators gemäß der vorliegenden Erfindung
kann relativ einfach in Leichtbauweise erfolgen, so dass unter Verwendung
relativ leichter Motoren eine relativ große Leistung und/oder hohe Bewegungsgeschwindigkeiten
und eine hohe Präzision realisiert
werden, die zur Positionierungsgenauigkeit des Greifers beitragen.
Ein Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung kann jede gewünschte
Anzahl von Freiheitsgraden aufweisen, wobei der Greifer in wunschgemäß ausgebildet
sein kann.
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Vorzugsweise
umfasst jedes Antriebsmittel eines Manipulators gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Motor, der mit einem zum Motor ausgerichteten Reduzierungsgehäuse verbunden
ist, wobei das Reduzierungsgehäuse
mit einer Antriebsscheibe zum Antreiben einer Welle verbunden ist,
die wiederum ein Glied des Armes antreibt. Somit können die
Motoren und Reduzierungsgehäuse
verhältnismäßig preiswert
und in kompakter Bauweise hergestellt werden, so dass ein relativ
geringer Bauraum zum Anordnen der Antriebsmittel im Fußraum erforderlich
ist. Die Reduzierungsgehäuse
sind vorzugsweise miteinander identisch, während sich die Antriebsscheiben
lediglich hinsichtlich ihrer Position relativ zu den Motoren voneinander unterscheiden, weshalb
die Motoren und die Reduzierungsgehäuse sogar einen noch preiswerteren
und einfacheren Aufbau aufweisen können.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ein Manipulator
gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner durch die Merkmale des Anspruchs 9 gekennzeichnet.
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Der
Vorteil, der durch die Verwendung von ineinander angeordneten ersten
und zweiten Antriebswellen erzielt wird, besteht, darin, dass eine
relativ große
Anzahl von Antriebswellen innerhalb eines relativ geringen Bauraums
angeordnet werden können,
während
eine voneinander unabhängige Drehung
der einzelnen Wellen relativ einfach möglich ist. Auf diese Weise
werden kompakte Wellenanordnungen erzielt. Durch Verbinden der ersten
und zweiten Antriebsscheiben der verbundenen ersten und zweiten
Antriebswellen untereinander, beispielsweise unter Verwendung von
Zahnrädern
und weiteren Wellen oder Zahngurten, kann mit Hilfe der Antriebsmittel,
die in dem Fußteil
zum Bewegen des Greifers im Bezug auf einen der sechs Freiheitsgrade und/oder
zum Öffnen
und Schließen
des Greifers angeordnet sind, eine Drehbewegung auf jede Welle übertragen
werden.
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Bei
noch einer weiteren Weiterbildung ist ein Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung ferner durch die Merkmale des Anspruchs 11 gekennzeichnet.
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Das
Gelenk ist dahingehend vorteilhaft, dass die Bewegungsfreiheit des
Greifers noch weiter erhöht
wird. Die Verwendung eines Federelementes, das sich in Längsrichtung
des angrenzenden Gliedes erstreckt, insbesondere in Richtung des
Unterarms, um den Greifer zu betätigen,
insbesondere wenn ein Greifer mit mehreren relativ zueinander beweglichen Fingern
verwendet wird, ist dahingehend vorteilhaft, dass der Greifer relativ
einfach aus der vorgespannten, offenen Position in eine geschlossene
Position und umgekehrt überführt werden
kann, wobei das Federelement den Vorteil bietet, dass unangemessen
hohe Schließkräfte verhindert
werden können. Zusammengefasst
kompensiert das Federelement mittels elastischer Deformation unangemessen
hohe Schließkräfte, die
gegebenenfalls vorhanden sein können.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
ist der Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 12 gekennzeichnet.
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Die
Tatsache, dass das Fußteil
eine Fußplatte
umfasst, die nahe des unteren Endes des Fußteiles mittels eines Lagers
drehbar befestigt ist, ist dahingehend vorteilhaft, dass das Fußteil und
somit der Arm um die Längsachse
des Fußteils
drehbar ist, wodurch die Bewegungsfreiheit des Greifers noch weiter
erhöht
werden kann. Durch die Verwendung von Gleitkontakten zum Übertragen
einer elektrischen Spannung zwischen den Antriebsmitteln und einer Spannungsquelle,
die außerhalb
des Fußteiles
angeordnet ist, wie beispielsweise eine Steuereinheit, wird ferner
der Vorteil erzielt, dass eine Drehung über einen besonders großen Winkel,
ggf. sogar mehr als N × 360°, möglich ist.
Somit wirkt das Fußteil
als ein zusätzliches
Element.
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Dadurch,
dass das Fußteil
des Manipulators oder zumindest ein Gehäuse des Fußteils im Wesentlichen als
ein extrudierter rohrförmiger
Abschnitt ausgebildet ist, in dem Aussparungen für die Antriebsmittel vorgesehen
sind, ist eine besonders einfache und preiswerte Herstellung eines
derartigen Fußteils
möglich,
während
der Aufbau des Fußteils weiterhin
stabil ist. Vorzugsweise weist der entsprechende Extrusionsabschnitt
Räume auf,
in denen beispielsweise Federmittel für Kompensationsmittel und eine
elektronische Steuerungs- und Regulierungsmittel angeordnet werden
können,
die auf diese Weise hinsichtlich der Umgebung geschützt sind.
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Die
Unteransprüche
beziehen sich auf weitere vorteilhafte Ausführungsformen eines Manipulators
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Zur
näheren
Erläuterung
der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Manipulators beschrieben, wobei
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1 schematisch
einen Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, der mit einer Steuereinheit verbunden ist;
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2 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht eines Fußteils mit einer Anordnung
von ersten Antriebswellen für
die Schulterachse eines Manipulators gemäß 1 ist;
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2A eine
Seitenansicht von Kompensationsmitteln gemäß 2 ist;
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3A–3C ein
Fußteil
entsprechend in teilweise geschnittener Vorderansicht, Seitenansicht und
Rückansicht
zeigen;
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4A–4B zwei
Horizontalquerschnittansichten eines Fußteils gemäß 3 sind;
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5 eine
Draufsicht eines Fußteils
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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6 eine
Querschnittansicht einer Wellenanordnung für eine Schulterachse zeigt;
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6A eine
schematische, geschnittene Seitenansicht eines Gehäuses für einen
Oberarm ist;
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7A eine
seitliche Schnittansicht eines Unterarms, eines Gelenks, einer Greiferachse
und einer Wellenanordnung für
die Ellenbogenachse eines Manipulators gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
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7B eine
in Bezug auf 7A rechtwinklige Ansicht eines
Gelenkes ist;
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7C eine
genauere Ansicht der 7B ist, die den unteren Armabschnitt
zeigt;
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8 eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
ersten Glieds einer Gelenkverbindung ist;
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9 eine
vergrößerte Querschnittansicht eines
zweiten Glieds einer Gelenkverbindung ist; und
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10 eine
seitliche Querschnittansicht einer Fußplatte für einen Fußteil eines Manipulators gemäß der vorliegenden
Erfindung ist.
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Nachfolgend
sind identische oder einander entsprechende Bauteile mit identischen
oder einander entsprechenden Bezugsziffern bezeichnet.
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Ein
Manipulator 1 umfasst ein Fußsteil 2, ein erstes
Glied 4, ein zweites Glied 6, ein drittes Glied 8 und
ein Greifteil 10. Das Greifteil 10 umfasst beispielsweise
zwei oder drei Finger 12a, 12b, die relativ zueinander
bewegt werden können,
wobei das Greifteil 10, wenn es gewünscht ist, auch andersartig
aufgebaut sein kann, beispielsweise mit Schnappmitteln, die speziell
an ein aufzunehmendes oder andersartig zu handhabendes Objekt angepasst
sind, mit magnetischen Mitteln, mit mehr oder weniger Fingern und
dgl.. Nachfolgend wird das erste Glied 4 als Oberarm, das
zweite Glied 6 als Unterarm und das dritte Glied 8 als
Gelenk bezeichnet. Das Fußteil 2 weist
einen im Wesentlichen rohrförmigen
Aufbau auf, wie es nachfolgend noch näher beschrieben ist, und ist über eine
Fußplatte,
die in 10 genauer dargestellt ist,
derart mit einer Grundplatte 14 verbunden, dass es um seine
Längsachse
L1 schwenkbar ist, wobei die Grundplatte 14 direkt mit
dem Untergrund verbunden sein kann, beispielsweise über eine parallele Armkonstruktion 16 mit
einem Konstruktionsteil 18, wie es in 1 gezeigt
ist, so dass der Manipulator 1 in vertikaler Richtung V
bewegbar ist. Natürlich
können
auch andere Aufhängungskonstruktionen
verwendet werden, die translatorische und/oder rotatorische Bewegungen
des gesamten Manipulators 1 in den gewünschten Richtungen ermöglichen.
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Nahe
dem oberen Ende 20 umfasst das Fußteil 2 eine Schulter 22,
die den Oberarm 4 mit dem Fußteil 2 derart verbindet,
dass der Oberarm um eine Schulterachse S um N × 360° schwenkbar ist, wobei N vorzugsweise > 1 ist. Bei einem Gelenk,
das als Ellenbogen 24 bezeichnet ist, ist der Oberarm 4 derart mit
dem Unterarm 6 verbunden, dass die Bauteile relativ zueinander
um eine Ellenbogenachse E in einem Winkel von N × 360° schwenkbar sind, wobei N vorzugsweise > 1 ist. Die Ellenbogenachse
E und die Schulterachse S sind vorzugsweise parallel zueinander
angeordnet. Das Gelenk 8 ist derart mit dem Unterarm 6 verbunden,
dass die beiden Bauteile relativ zueinander um eine Gelenkachse
P schwenkbar sind, wobei sich die Gelenkachse P vorzugsweise in der
Längsrichtung
des Unterarms 6 und des Gelenks 8 erstreckt, die
miteinander fluchten und mit der Ellenbogenachse E einen Winkel
von 90° bilden.
Das Gelenk 8 ist wiederum in einem Winkel von N × 360° um die Gelenkachse
P schwenkbar, wobei N wiederum vorzugsweise > 1 ist. Über eine erste Greiferachse
G1 und eine zweite Greiferachse G2 ist das Greifteil 10 mit
dem Gelenk 8 verbunden, wobei sich die erste Greiferachse
G1 rechtwinklig zur Gelenkachse P und die zweite Greiferachse G2
rechtwinklig zur ersten Greiferachse G1 erstreckt, und zwar derart, dass
die Greiferachse G1 die Normale derjenigen Ebene bildet, die durch
die Gelenkachse P und die Greiferachse G2 definiert ist, wenn die
beiden Achsen nicht miteinander fluchten. Die erste Greiferachse
G1 ermöglicht
eine Schwenkbewegung um eine Winkel, beispielsweise etwa 330°, in derjenigen
Ebene, die durch die Gelenkachse und die Greiferachse G2 definiert
ist, während
die zweite Greiferachse G2 eine Drehung des Greifteils 10 um einen
Winkel von wiederum N × 360° ermöglicht,
wobei N vorzugsweise > 1
ist. Somit weist das Greifteil 10 einen besonders großen Betätigungsbereich
auf. Der Abstand zwischen der Ellenbogenachse E und der ersten Greiferachse
G1, die parallel zu einander angeordnet werden können, ist vorzugsweise geringer
als der Abstand zwischen der Ellenbogenachse E und der Schulterachse 22,
so dass das Greifteil 10, das Gelenk 8 und der
Unterarm 6 zwischen dem Ellenbogen 24 und der
Schulter 22 bewegbar sind. Ferner ist das Schulterteil 22 vorzugsweise
derart dimensioniert, dass diese Bewegung auch ausgeführt werden
kann, wenn der Unterarm 4 nahe des Fußteils 2 angeordnet ist.
Auf diese Weise kann zudem eine besonders kompakte Lagerungsposition
realisiert werden, in der das Fußteil 2, der Unteram 6 zusammen
mit dem Gelenk 8 und dem Greifteil 10 und der
Unteram 4 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet
sind.
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Das
Fußteil,
wie genauer in den 2–5 gezeigt
ist, umfasst einen rohrförmigen Querschnitt 26,
der bevorzugt aus beispielsweise Aluminium extrudiert ist, mit beispielsweise
einem in den 4A und 4B dargestellten
Profil mit schraffierten und nichtschraffierten Bereichen. Der in 1 dargestellte
Querschnitt ist gegenüber
dem in 4B gezeigten Querschnitt um
einen Winkel von 90° gedreht.
In seiner ursprünglichen,
extrudierten Form ist der rohrförmige
Querschnitt 26 im Wesentlichen relativ zu den beiden Ebenen
A1, A2, die sich im rechten Winkel zueinander strecken, symmetrisch und
umfasst eine im Wesentlichen zylindrische Längswand 28, zwei sich
parallel zueinander erstreckende Zwischentrennwände 30 und eine mittlere Trennwand 32,
welche die Zwischentrennwände 30, mittig
verbindet. Wie insbesondere in den 3A–3C gezeigt
ist, sind in der Zwischentrennwand 32 mittels Bohren und/oder
Fräsen
sieben Profile 34A–34G vorgesehen,
wozu geeignete Öffnungen 36A, 36B in
der Längswand
des rohrförmigen
Querschnitts 26 angeordnet sind. Die Profile 34A–G sind
identisch und umfassen eine mittige Bohrung 38 und Befestigungslöcher 40,
die um diese herum angeordnet sind. Bei den oberen vier Profilen 34A–D ist
auf der linken Seite eine geringfügig gestufte Fläche 42 vorgesehen,
wohingegen diese Fläche 42 bei
den unteren drei Profilen 34E–G auf der rechen
Seite vorgesehen ist.
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Wie
in 5 gezeigt ist, kann von derjenigen Seite, die
von der gestuften Fläche 42 wegweist,
ein Motor 44 an dem Profil 34 befestigt werden,
der in den Löchern 44 gehalten
ist, wobei sich die Motorwelle 46 durch die entsprechende
mittlere Öffnung 38 erstreckt.
Auf der Motorwelle ist eine Buchse 48 angeordnet, die ein
Zahnriemenrad 50 hält,
das vorzugsweise einteilig mit dieser ausgebildet ist. Mit Hilfe
einer Endplatte und einem geeigneten Lager 54 ist die Buchse
relativ zum rohrförmigen
Querschnitt 26 derart gelagert und gehalten, dass das Zahnriemenrad 50 mit
Hilfe des Motors 44 unter Zwischenschaltung einer Reduktionseinrichtung 56 gedreht
werden kann, wodurch mit Hilfe des Motors 44 immer eine geeignete
Drehung des Zahnriemenrads 50 auf besonders genaue Weise
durch das Zwischenschalten der Reduktionseinrichtung 56 bewirkt
werden kann. Die Reduktionseinrichtung 56 und der Motor 44 fluchten
miteinander, wobei die Reduktionseinrichtung 56 innerhalb
der Buchse 48 angeordnet ist. Somit ist in jedem Profil 34A–G ein
Motor 44A–G zusammen
mit einer Reduktionseinrichtung 56 und einer Buchse 48 angeordnet,
was systematisch in 3C dargestellt ist. Aus 3C geht
hervor, dass für
jeden Motor 44A– nur
die Buchse 48, zumindest jedoch die Position des auf dieser
angeordneten Zahnriemenrads 50, verändert wird, so dass diese Zahnriemenräder 50 in
der Seitenansicht aus Gründen
nebeneinander angeordnet sind, die nachfolgend genauer beschrieben
werden. Entsprechend sind die Motoren 44, die Reduktionsgehäuse 56 und
die Buchsen 48 relativ einfach aufgebaut und preiswert
herzustellen. Wie in 5 gezeigt ist, ist zwischen
einer der Zwischentrennwände 30 und
dem angrenzenden Teil des rohrförmigen
Abschnitts 26 ein Raum 58 vorgesehen, in den eine
bedruckte Schaltplatte 60 mit elektronischen Komponenten
beispielsweise von oben eingesetzt ist, während nahe des unteren Endes
ein Steckerteil vorgesehen ist (nicht gezeigt), das mit einem negativen
Steckerteil an der Fußplatte 312 (nicht
gezeigt) verbunden werden kann. Auf diese Weise kann die gedruckte
Schaltplatte 60 relativ einfach ausgetauscht oder zumindest
entfernt werden, um diese zu warten oder zu reparieren oder um andere
Einstellungen vorzunehmen zu können.
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Nahe
dem oberen Ende 20 des rohrförmigen Abschnitts 26 ist
eine halbkreisförmige
Aussparung 62 mit einem geeigneten Profil vorgesehen, in
dem eine Anordnung von ersten Antriebswellen 64 für die Schulterachse
S gehalten werden kann, wobei die Anordnung von Wellen 64 genauer
in 6 dargestellt ist. Die Schulterachse S erstreckt
sich rechtwinklig zur Längsachse
L des Fußteiles 2.
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Die
Anordnung der ersten Antriebswellen 64 umfasst sechse Hohlwellen,
die konzentrisch ineinander angeordnet und relativ zueinander gelagert sind,
was nachfolgend näher
beschrieben ist. Die Wellen sind relativ dünnwandig, so dass eine kompakte
Anordnung der ersten Antriebswellen 64 erzielt wird.
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Die
erste Drehwelle 66, die außen angeordnet ist, ist relativ
kurz und nahe ihres ersten Endes 68 fest mit einer Schulterplatte 70 verbunden,
die wiederum fest mit einem Oberarmabschnitt 72 verbunden
werden kann. Die Schulterplatte 70 kann mit Hilfe von nicht
dargestellten Bolzenverbindungen und Durchgangslöchern 72 in Gewindelöchern 74 befestigt
werden, die in einem Schulterteil 76 vorgesehenen sind.
Somit geht eine Drehung der ersten Drehwelle 66 mit einer
Drehung des Oberarms 4 um die Schulterachse S einher. Neben
dem zweiten Ende 78 der Anordnung der ersten Drehwellen 64,
das innerhalb oder zumindest oberhalb des Fußteils 2 angeordnet
ist, ist die erste Drehwelle 66 fest mit einem ersten Zahnriemenrad 80 und
einem ersten Exzenter verbunden, was nachfolgend näher beschrieben
ist. Über
das erste Zahnriemenrad 80 ist ein Zahnriemen gelegt, der
ferner auf dem Zahnriemenrad 50 der Buchse 48E angeordnet
ist. Der Klarheit halber sind die Zahnriemen nicht dargestellt.
Die zweite Drehwelle 84 umfasst ein zweites Antriebszahnriemenrad 86,
das nahe ihres zweiten Endes 78 angeordnet ist, und ein
zweites angetriebenes Zahnriemenrad 88, das nahe ihres
ersten Endes angeordnet ist. Das zweite Antriebszahnriemenrad 86 ist
mit dem Zahnriemenrad 50 der Buchse 48E über einen
Zahnriemen verbunden. Ferner ist auf der zweiten Drehwelle 84 ein
zweiter Exzenter 87 neben dem zweiten Antriebszahnriemenrad 86 befestigt.
Die dritte Drehwelle 90 umfasst ein drittes Antriebszahnriemenrad 92, das
nahe ihres zweiten Endes angeordnet ist, und ein drittes angetriebenes
Zahnriemenrad 94, das nahe ihres ersten Endes angeordnet
ist. Die vierte Drehwelle 96 umfasst ein viertes Antriebszahnriemenrad 98,
das nahe ihres zweiten Endes angeordnet ist und ein viertes angetriebenes
Zahnriemenrad 100, das nahe ihres ersten Endes 68 angeordnet
ist. Die fünfte Welle 102 umfasst
ein fünftes
Antriebszahnriemenrad, das nahe ihres ersten Endes angeordnet ist,
und ein fünftes
angetriebenes Zahnriemenrad 106, das nahe ihres zweiten
Endes angeordnet ist. Die sechste Drehwelle 108 umfasst
ein sechstes Antriebszahnriemenrad 110, das nahe ihres
zweiten Endes 78 angeordnet ist, und ein sechstes angetriebenes
Zahnriemenrad 112, das nahe ihres ersten Endes 68 angeordnet
ist. Das dritte 92, vierte 98, fünfte 104 und sechste
Antriebszahnriemenrad 110 ist jeweils über geeignete Zahnriemen mit
dem entsprechenden, auf den Buchsen 48D, 48C, 48B und 48A angeordneten Zahnriemenrad
verbunden. Der Klarheit halber sind auch diese Zahnriemen nicht
dargestellt. Bevor die Zahnriemenräder 50 auf den verschiedenen
Buchsen 48 relativ zueinander verschoben werden, können die
unterschiedlichen Zahnriemen (nicht gezeigt) nebeneinander angeordnet
werden.
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2 ist
eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Fußteils 2, das die
Anordnung der ersten Antriebswellen 64 und die Kompensationsmittel 114 aufweist,
die in einer separaten Seitenansicht in 2A dargestellt
sind. Der Klarheit halber sind in 2A nur
die Exzenter dargestellt, d. h. ohne die in diesen angeordneten
Drehwellen. Wie in 2A deutlich gezeigt ist, weisen
die Exzenter 82, 87 einen im Wesentlichen kreisrunden
Querschnitt auf, wobei die Schulterachse S als Drehpunkt der Exzenter
exzentrisch relativ zur Mitte der entsprechenden Exzenter 82, 87 angeordnet
ist. Über
den ersten Exzenter 82 ist ein erstes bandförmiges Element 116 gelegt, das
nahe seines ersten Endes 118 an einem ortsfesten Befestigungspunkt 120 des
rohrförmigen
Abschnitts 26 befestigt ist. Das gegenüberliegende zweite Ende 122 des
ersten bandförmigen
Elementes 116 ist an einem ersten Ende 124 eines
Schwenkarms 126, der nahe des Bodenendes des Fußteils 2 angeordnet
ist, befestigt, wobei der Schwenkarm 126 in einem Drehpunkt 128 gehalten
ist, um diesen relativ zum Fußteil 2 zu
schwenken. Nahe dem relativ zur Schwenkachse 128 gegenüberliegenden
zweiten Ende 130 des Schwenkarms 126 ist ein erstes
Ende 132 einer ersten Zugfeder 134 befestigt.
Das gegenüberliegende
zweite Ende der entsprechenden ersten Zugfeder 134 ist
an einem ortsfesten Zapfen 138 gehalten, der fest mit dem
Fußteil 2 verbunden
ist. Eine Drehung der ersten Drehwelle 66 geht mit einer Drehung
des ersten Exzenters 82 einher, was dazu führt, dass
sich die Länge
und/oder die Position desjenigen Bereiches des ersten bandförmigen Elementes 116 ändert, der
an dem Exzenter anliegt. Als Reaktion bewegt sich das zweite Ende 122 des
bandförmigen
Elementes in vertikaler Richtung, woraufhin der Schwenkarm 126 geschwenkt
wird. Wenn das erste Ende 124 des Schwenkarms 126 mit
Hilfe des bandförmigen
Elementes 116 aufwärts
bewegt wird, so wird das gegenüberliegende
zweite Ende 130 abwärts
bewegt, so dass die erste Zugfeder 134 axial gedehnt wird.
Dies führt
zu einer Erhöhung
der Spannung in dem bandförmigen
Element, so dass die Reibkraft zwischen dem bandförmigen Element 116 und
dem ersten Exzenter 82 ebenfalls erhöht wird. Der erste Exzenter 82 ist
derart positioniert und dimensioniert, dass die Reibkraft maximal
ist, d. h., dass der vertikale Abstand zwischen der Schulterachse
S und dem angrenzenden ersten bandförmigen Element 116 maximal
oder zumindest relativ groß ist,
wenn sich der Oberarm 4 nahezu horizontal erstreckt, und
somit ein maximales Moment relativ zur Schulterachse S ausübt. Bei
einer Bewegung des Oberarms 4 aus einer derartigen horizontalen
Position in eine vertikale Position wird der Exzenter 82 derart
bewegt, dass der vertikale Abstand zwischen der Schulterachse S
und dem ersten bandförmigen
Element 116, das auf dem ersten Exzenter 82 gehalten ist,
abnimmt, so dass der Schwenkarm 126 aufgrund der ersten
Zugfeder 134 im Uhrzeigersinn dreht, was in 2 gezeigt
ist, während
das zweite Ende 122 des bandförmigen Elementes 116 mitbewegt
wird. Dies führt
zu einer Abnahme der Reibkraft zwischen dem ersten bandförmigen Element 116 und
dem ersten Exzenter 82, vorzugsweise in etwa proportional zur
Abnahme des Moments, das durch den Unterarm relativ zur Schulterachse
S ausgeübt
wird. Auf diese Weise wird die Position zumindest des Oberarmes 4 bzw.
werden zumindest die durch diesen ausgeübten Kräfte kontinuierlich auf einfache
Art und Weise kompensiert. Der somit erzielte Vorteil besteht darin,
dass zum Antreiben zumindest des Oberarmes ein relativ leichter
Motor 44 und ein leichter Aufbau verwendet werden können.
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Ähnlich umfasst
ein zweites bandförmiges Element 140 ein
erstes Ende 118, das an dem Befestigungspunkt 120 gehalten
und über
den zweiten Exzenter 87 gelegt ist, wobei das gegenüberliegende zweite
Ende 142 des zweiten bandförmigen Elementes direkt mit
einem ersten Ende 144 einer zweiten Zugfeder 146 verbunden
ist. Das gegenüberliegende zweite
Ende 148 an der zweiten Zugfeder 146 ist mit einem
ortsfesten Zapfen 150 verbunden, der fest mit dem Fußteil 2 verbunden
ist. Die Betätigung
des zweiten Exzenters 87 und der mit diesem verbundenen
Feder 146 ist mit der zuvor beschriebenen Betätigung des
ersten Exzenters 82 und der ersten Zugfeder 134 vergleichbar.
Wie nachfolgend näher
beschrieben ist, wird mit Hilfe der zweiten Drehwelle 84 die
Bewegung des Unterarms 5 relativ zum Oberarm 4 gesteuert,
d. h., dass der zweite Exzenter 87, der mit der zweiten
Drehwelle 84 verbunden ist, die Position des Unterarms 6 des
Gelenkes 8 und zumindest teilweise die Position des Greifers 14 kompensiert. Bei
einer vertikalen Position des Unterarms 6 wird wiederum
die Federlänge
der zweiten Zugfeder 146 minimal bzw. zumindest relativ
gering sein, und bei einer horizontalen Position des Unterarms 6 wird
sie größer sein,
insbesondere maximal, so dass proportionale Änderungen der Reibkraft zwischen
dem zweiten bandförmigen
Element 140 und dem zweiten Exzenter 87 bewirkt
werden können,
vorzugsweise proportional zur Änderung
der Momente, die durch den Unterarm 6 und durch diejenigen
Bauteile ausgeübt
werden, die mit diesem relativ zur Ellenbogenachse E verbunden sind.
Die Kompensationsmittel 114, insbesondere die Federn 134 und 146 und
der Schwenkarm 126, sowie die bandförmigen Elemente 116, 140 sind
im Wesentlichen innerhalb des Fußteils 2 angeordnet,
und zwar in einem zweiten Raum 152, der zwischen einer
Zwischentrennwand 130 und dem benachbarten Bereich der
Längswand 28 des
Fußteils 26 ausgebildet
ist, wobei der Raum in Bezug auf den Raum 58, der die gedruckte
Schaltplatte 60 aufnimmt, auf der anderen Seite des Fußteils angeordnet
ist. Auf diese Weise sind die Kompensationsmittel in einfacher Art
und Weise von der Umgebung abgeschirmt. Um eine vertikale Position
zumindest der Federn 146, 134 zu bewirken, sind
zwei Führungsräder 154A, 154B an
einer Welle 156, die unmittelbar unterhalb der Exzenter 82, 87 angeordnet
ist, befestigt, über
die die bandförmigen
Elemente 116, 140 geführt sind. Die Führungsräder 154A, 154B sind
frei bewegbar. Es sollte klar sein, dass die Federn 134, 146 auch
auf andere Art und Weise mit den bandförmigen Elementen 116, 140 verbunden
werden können,
und dass ferner andere Federmittel verwendet werden können, beispielsweise
Druckfedern, Torsionsfedern und dergleichen, abhängig von den gewählten Mechanismen.
Die hier gewählte
Ausführungsform
weist den Vorteil auf, dass sie einfach in dem Raum 152 angeordnet
werden kann.
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Wie
in 6A gezeigt ist, umfasst der Oberarmabschnitt 72 ein
Schulterteil 76 das leicht knieförmig ausgebildet ist. Das erste
Ende 158 des Schulterteils 76 kann in der nachfolgend
beschriebenen Art und Weise mit der Schulterplatte 70 verbunden
werden, während
das zweite Ende 160, das sich rechtwinklig zum ersten Ende 158 erstreckt,
mit einer Buchse 162 verbunden ist, deren gegenüberliegende Seite
mit einem ersten Ende 164 eines knieförmigen ersten Ellebogenteils 166 verbunden
ist. Das zweite Ende des Ellebogenteils 166, das sich parallel
zum ersten Ende 158 des Schulterteils 76 erstreckt,
ist offen, so dass eine Anordnung von zweiten Antriebswellen 170 teilweise
in dieses eingesetzt werden kann, wie es in 7A dargestellt
ist. In 7A ist die Buchse 162 nicht
dargestellt.
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Das
Ellebogenteil 166 mit der Anordnung von zweiten Antriebswellen 170 ist
genauer in 7C gezeigt, das ebenfalls den
Unterarmabschnitt mit einem Bereich einer Anordnung von dritten
Wellen 172 zeigt.
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Die
Anordnung von zweiten Wellen 170 umfasst eine siebte Drehwelle 174,
die nahe ihres ersten Endes ein siebtes Antriebszahnriemenrad 176 aufweist
und nahe ihres gegenüberliegenden
Endes über
eine Endplatte 178 mit dem Unterarmschnitt 180 fest
verbunden ist. Somit geht eine Drehung der siebten Drehwelle 174 mit
einer Drehung des Unterarms 6 relativ zum Oberarm 4 um
die Ellenbogenachse E einher. Die Wellen der Anordnung von zweiten
Antriebswellen 170 sind ebenfalls hohl und dünnwandig ausgebildet
und konzentrisch zueinander angeordnet. Eine achte Drehwelle 182 umfasst
nahe ihres ersten Endes ein achtes Antriebszahnriemenrad 184 und
nahe ihres gegenüberliegenden
Endes ein kegelstumpfförmiges
achtes angetriebenes Zahnrad 186. Die neunte Drehwelle 188 umfasst
nahe ihres ersten Endes ein neuntes Antriebszahnriemenrad 190 und
an ihrem gegenüberliegenden
Ende ein kegelstumpfförmiges
neuntes angetriebenes Zahnriemenrad 192, und die zehnte
Drehwelle 194 weist nahe ihres ersten Endes ein zehntes
Antriebszahnriemenrad 196 und nahe ihres zweiten Endes
ein kegelstumpfförmiges
zehntes angetriebenes Zahnrad 198 auf. Die innere elfte
Drehwelle 200 umfasst nahe ihres ersten Endes ein elftes
Antriebszahnriemenrad 202 und nahe ihres gegenüberliegenden
zweiten Endes ein kegelstumpfförmiges
angetriebenes elftes Zahnrad 204. Die kegelstumpfförmigen Zahnräder 186, 192, 189 und 204 sind
im Wesentlichen ineinander angeordnet, wobei zwischen Ihnen geeignete
Lager 206 vorgesehen sind, beispielsweise Kugellager, da
diese Zahnräder
einen kegelstumpfförmigen
Körper
bilden.
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Im
zusammengebauten Zustand liegen jeweils das zweite angetriebene
Zahnriemenrad 88 und das siebte Antriebszahnriemenrad 176,
das dritte angetriebene Zahnriemenrad 84 und das achte Antriebszahnriemenrad 184,
das vierte angetriebene Zahnriemenrad 100 und das neunte
Antriebszahnriemenrad 190, das fünfte angetriebene Zahnriemenrad 106 und
das zehnte Antriebszahnriemenrad 196 sowie das sechste
angetriebene Zahnriemenrad 112 und das elfte Antriebszahnriemenrad 202 in
einer Ebene.
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Geeignete
Zahnriemen, die in den Fign. nicht gezeigt sind, verbinden die entsprechenden
angetriebenen und antreibenden Zahnriemenräder, so dass Drehbewegungen übertragen
werden können.
Folglich führt
eine Drehung des zweiten angetriebenen Zahnriemenrads 88 zu
einer Drehung des siebten Antriebszahnriemenrads 7, wodurch
die Endplatte 78 und somit der Unterarm 6 gedreht
wird. Dem Fachmann sollte klar sein, dass auf ähnliche Art und Weise die Drehwellen 182, 188, 194 und 200 der
Anordnung von zweiten Antriebswellen 170 gedreht werden
können.
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Die
Buchse 162 umfasst Zugstangen 206, durch die der
Abstand zwischen dem Schulterteil 76 und dem ersten Ellebogenteil 66 eingestellt
werden kann, um die Zahnriemen zu spannen. Wenn nicht anders angegeben,
sind Lager, wie beispielsweise die beschriebenen Lager 204,
in der Zeichnung durch Rechtecke mit einem darin angeordneten Kreuz
dargestellt. Die Zahnriemenräder
umfassen zwischen diesen angeordnete Flansche, um eine Berührung zwischen
den Zahnriemen oder ein Abrutschen der Zahnriemen von den entsprechenden
Zahnriemenrädern
zu verhindern.
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Der
Unterarm 6, der als ein rohrförmiger Abschnitt 180 ausgebildet
ist, umfasst eine Anordnung von dritten Wellen 172, die
mit der Anordnung von zweiten Wellen 170 derart einen Winkel
bilden, dass sich die Ellenbogenachse E rechtwinklig zur Gelenkachse
P erstreckt. Die Anordnung von dritten Wellen 172 umfasst
drei konzentrisch ineinander angeordnete Hohlwellen und einen Federmechanismus.
Eine zwölfte
Drehwelle 208 weist nahe ihres ersten Endes, das an der
Ellebogenachse E angeordnet ist, ein zwölftes kegelstumpfförmiges Antriebszahnrad 210 auf
und ist an ihrem gegenüberliegenden
zweiten Ende fest mit einem Endstück 212 des Gelenks 8 verbunden.
Somit führt
eine Drehung der zwölften
Drehwelle 208 zu einer Drehung des Gelenks 8 relativ zum
Unterarmabschnitt 180 um die Gelenkachse P. Eine dreizehnte
Drehwelle 214 umfasst an ihrem ersten Ende ein dreizehntes
kegelstumpfförmiges
Antriebszahnrad 216 und an ihrem zweiten Ende ein erstes
Antriebskegelrad 218, wobei das erste Antriebskegelrad
nachfolgend näher
beschrieben ist. Eine vierzehnte Drehwelle 220 weist an
ihrem ersten Ende ein vierzehntes kegelstumpfförmiges Zahnrad 222 auf
und ist an ihrem gegenüberliegenden
zweiten Ende mit einem zweiten Antriebskegelrad 224 verbunden.
Innerhalb der vierzehnten Drehwelle 220 ist eine fünfzehnte
Drehwelle 226 vorgesehen, die ein fünfzehntes kegelstumpfförmiges Zahnrad 228 nahe
ihres ersten Endes aufweist und deren zweites Ende, das innerhalb
der vierzehnten Drehwelle 220 angeordnet ist, über eine
Gewindeverbindung mit einem Führungsklotz 230 verbunden
ist, der ebenfalls innerhalb der vierzehnten Drehwelle 220 angeordnet ist.
Eine Drehung der fünfzehnten
Drehwelle 226 bewirkt eine Verschiebung des Führungsklotzes 230 in Längsrichtung
der vierzehnten Drehwelle 220, da eine Drehung durch eine
geeignete Führung 232 verhindert
wird. Mit der von dem fünfzehnten
Zahnrad 228 entfernten Seite des Führungsklotzes 230 ist
ein erstes Ende einer Zugfeder 234 verbunden, wobei die
Zugfeder innerhalb der vierzehnten Drehwelle 220 gehalten
ist und ihr gegenüberliegendes
zweites Ende über
ein U-förmiges
Plattenteil 236 und einen Zapfen 238 mit einem
ersten Ende eines Zugriemens 240 verbunden ist, wie es
in den 7A und 7B gezeigt
ist. Wie insbesondere in 7C dargestellt ist,
ist jeweils das elfte angetriebene Zahnrad 204 mit dem
fünfzehnten
Antriebszahnrad 228, das zehnte angetriebene Zahnrad 198 mit
dem vierzehnten Antriebszahnrad 222, das neunte angetriebene
Zahnrad 192 mit dem dreizehnten Antriebszahnrad 216 und
das achte angetriebene Zahnrad 186 mit dem zwölften Antriebszahnrad 210 in
Eingriff. Auf diese Weise können
Drehbewegungen der entsprechenden Wellen der Anordnung von ersten
Wellen 64, die mittels entsprechender Motoren 44 eingeleitet
werden, direkt auf die entsprechenden Drehwellen 208, 214, 220, 226 in
dem Unterarm 6 und dem Gelenk 8 übertragen
werden.
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Das
Gelenk 8 umfasst einen zweiten rohrförmigen Abschnitt 242,
eine erste Antriebskegelradanordnung 244, die genauer in 8 dargestellt
ist, und eine zweite Antriebskegelradanordnung 246, die
genauer in 9 gezeigt ist. Die erste Antriebskegelradanordnung 244 umfasst
das erste Antriebskegelrad 218 und das zweite Antriebskegelrad 224.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „Antriebskegelrad" ein Zahnrad zu verstehen,
das einen auf einer konischen Oberfläche angeordneten Zahnring aufweist.
In dem zweiten rohrförmigen
Abschnitt 242 ist eine erste Lagerbuchse 248 mittels
eines Bolzens 250 an der Wand befestigt, während eine
zweite Lagerbuchse 252 ebenfalls mittels eines Bolzens
an der auf der gegenüberliegenden
Seite angeordneten Wand befestigt ist. Die Lagerbuchsen 248, 252 sind geringfügig relativ
zueinander in Längsrichtung
des Gelenks versetzt. Um die erste Lagerbuchse 248 ist ein
drittes Antriebskegelrad 254 gelagert. Der Zahnring 256 dieses
dritten Antriebskegelrades ist derart mit dem Zahnring 257 des
ersten Antriebskegelrad 218 in Eingriff, dass eine Drehung
des ersten Antriebskegelrads 218 auf das dritte Antriebskegelrad 254 übertragen
wird. Aufgrund des axialen Versatzes der Lagerbuchsen 248, 252 kann
sich das dritte Antriebskegelrad 254 unabhängig von
dem zweiten Antriebskegelrad 224 drehen. Auf ähnliche
Art und Weise ist um die zweite Lagerbuchse 252 ein viertes
Antriebskegelrad 258 gelagert, dessen Zähne 260 mit den Zähnen 261 des
zweiten Antriebskegelrades 224 in Eingriff sind. Eine Drehung
des zweiten Antriebskegelrades 224 führt zu einer Drehung des vierten Antriebskegelrades 258.
Auf dem dritten Antriebskegelrad 254 ist ein sechzehntes
Zahnriemenrad 262 befestigt, und auf dem vierten Antriebskegelrad 258 ist
ein siebzehntes Zahnriemenrad 264 befestigt. Das dritte
Antriebskegelrad 254 und das vierte Antriebskegelrad 258 umfassen
jeweils beiderseitig eine kegelstumpfförmige Kammer 266, 268,
in der eine Anzahl von Wälzkörpern, wie
beispielsweise entsprechende Kugeln 270, 272 oder
andere geeignete Lagermittel, wie beispielsweise Scheiben, vorgesehen ist,
die sich gegen das entsprechende Antriebskegelrad 254, 258 und
die Lagerbuchse 248, 252 sowie an den Außenkammern 266 gegen
die Wand des zweiten rohrförmigen
Abschnitts 242 stützten.
Somit wird eine robuste und einfache sowie kompakte Lagerung der
entsprechenden Antriebskegelräder
auf einfache Art und Weise erzielt. Die Lagerbuchsen 248, 252 sind
mittels einer zylindrischen Buchse 271 miteinander verbunden,
in der die vierzehnte Drehwelle 220 gelagert ist.
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Die
zweite Antriebskegelradanordnung 246 umfasst einen Lagerblock 272,
der um zwei Bolzen 274 schwenkbar ist, die koaxial und
diametral gegenüber
in einer Ebene mit dem Bolzen angeordnet und in der Wand des zweiten
rohrförmigen
Abschnitts 242 befestigt und gelagert sind, wobei die Bolzen 274 die erste
Schwenkachse G1 des Greifers 10 definieren. Das bandförmige Element 240 erstreckt
sich durch diesen Lagerblock 272 zu einem Greiferblock 276. Das
bandförmige
Element 240 ist entlang einer Führungswalze 278 geführt, mit
deren Hilfe das bandförmige
Element 42 während
der Schwenkbewegung des Greifers um die erste Greiferachse G1 geführt wird.
An jeder Seite einer Gleitbuchse 280 des Lagerblockes 272 sind
ein fünftes
Antriebskegelrad 282 und ein sechstes Antriebskegelrad 284 gelagert,
die entsprechend ein achtzehntes Zahnriemenrad 286 und
ein neunzehntes Zahnriemenrad 288 aufnehmen. Ein erster
Gelenkzahnriemen 290 erstreckt sich über das sechzehnte Zahnriemenrad 262 und
das achtzehnte Zahnriemenrad 286, und ein zweiter Gelenkzahnriemen 292 erstreckt
sich über
das siebzehnte Zahnriemenrad 264 und das neunzehnte Zahnriemenrad
288, um die entsprechenden Drehungen oder Drehbewegungen zu übertragen.
Der Lagerblock 272 umfasst ferner eine dritte Lagerbuchse 294,
die sich in der Richtung weg von dem Unteram und koaxial zu der
Gelenkachse P erstreckt, wobei sich das bandförmige Element 240 durch
die entsprechende Lagerbuchse erstreckt. Um die dritte Lagerbuchse 294 ist
ein siebtes Antriebskegelrad 296 gelagert, dessen Zähne 298 mit
den Zähnen 297 des
fünften
Antriebskegelrads 282 und mit den Zähnen 299 des sechsten
Antriebskegelrads 284 in Eingriff sind. Das siebte Antriebskegelrad 296 umfasst Bolzenlöcher 300,
in denen der Körper 302 des
Greifers 10 befestigt werden kann. Somit führt eine
Drehung des siebten Antriebskegelrads 296 um die dritte Lagerbuchse 294 zu
einer Drehung des Greifers 10 um die zweite Greiferachse
G2.
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Mit
Hilfe der ersten und zweiten Antriebskegelradanordnungen 244, 246 kann
der Greifer um die beiden Greiferachsen G1, G2 wie folgt bewegt
werden. Wenn die dritten und vierten Antriebskegelräder 254, 258 in
gleicher Richtung gedreht werden, so werden die fünften und
sechsten Antriebskegelräder 282, 284 ebenfalls
in dieselbe Richtung gedreht, so dass der Greifer 10 um
die erste Greifachse G1 in der Drehrichtung des entsprechenden Antriebskegelrads gedreht
wird. Wenn das dritte Antriebskegelrad 254 und das vierte
Antriebskegelrad 258 in entgegengesetzte Richtungen, zumindest
nicht bei gleicher Geschwindigkeit in dieselbe Richtung, gedreht
werden, so dreht sich das siebte Antriebskegelrad 296,
woraufhin der Greiferkörper 302 und
somit auch der Greifer 10 um die zweite Greiferachse G2
gedreht werden, während
gleichzeitig ferner in Abhängigkeit von
dem Unterschied zwischen den Drehungen des dritten und des fünften bzw.
des vierten und des sechsten Antriebskegelrades eine Schwenkbewegung
um die erste Greifachse G1 bewirkt werden kann. Aufgrund der Führungswalze 278 bleibt
die Bandlänge
des bandförmigen
Elements 240 innerhalb des Greifers 10 nahezu
konstant, so dass die Position der Finger 12A, 12B des
Greifers 10 kaum beeinflusst wird.
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Das
fünfte,
sechste und siebte Antriebskegelrad 282, 284 und 296 umfassen
wiederum kegelförmige
Kammern 266, 268, in denen geeignete Lagermittel,
insbesondere Kugeln 270, 272, angeordnet sind,
um einfache, relativ preiswerte und robuste Lagerungen mit insbesondere
kompaktem Aufbau zu schaffen.
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Mit
Hilfe eines Bolzens 304 ist der Greifer 10 über den
Greiferkörper 302 an
einem mit einem Gewinde versehenen Ende 306 des Greiferblockes 276 befestigt,
wobei die Finger 12A, 12B oder zumindest die Bewegungskörper der
Finger eingeschlossen werden. Der Greiferblock 276 ist
innerhalb einer Buchse 308, welche die Verlängerung
der dritten Lagerbuchse 294 bildet, in axialer Richtung
bewegbar. Wenn das bandförmige
Element 240 mittels der Feder 234 in Richtung
des Unterarmes weggezogen wird, so wird der Greiferblock 276 in
die entsprechende Buchse 308 gezogen, woraufhin sich die
Finger 12A, 12B aufeinander zu bewegen, wohingegen
die Finger mit Hilfe einer nicht dargestellten Feder, die zwischen
diesen angeordnet ist, in ihre geöffnete Position vorgespannt
sind, so dass sich die Finger spreizen, wenn sich der Greiferblock 276 vorwärts aus
der Buchse 308 bewegt. Die Finger 12A, 12B umfassen Endstücke 12C, 12D,
die sich nach der Bewegung der Finger 12A, 12B weiterbewegen,
bis sie nahezu parallel zueinander angeordnet sind, um auf diese Weise
eine ordnungsgemäße Greiferoberfläche in jeder
Position der Finger 12A, 12B zu erzielen.
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Das
untere Ende des Fußteils 2 ist
an einem Fußring 310 (10)
befestigt, der in der nachfolgend beschriebenen Art und Weise relativ
zu einem Fußteil 312,
das mit der Basisplatte 14 verbunden ist, gelagert ist.
Der Außenumfang
der Fußplatte 312 umfasst
eine erste Nut 314 mit einem im Wesentlichen V-förmigen Querschnitt, während der
Fußring 310 entsprechend
eine zweite Nut 316 entlang seines Innenumfangs aufweist.
Die erste und zweite Nut 314, 316 bilden zusammen
einen Laufring 320 mit im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt.
In dem Fußring 310 ist
eine in dem Laufring 320 endende Öffnung 318 vorgesehen,
in der Kugeln 322 geeignet angeordnet sind. Die Kugeln
stützten
sich gegen die Wände
des Laufrings 320, um auf einfache und relativ preiswerte Art und
Weise eine sehr hohe Konstanz und ein sehr stabiles Lager zu erzielen.
Die Kugeln 322 können
dem Laufring 320 über
die Öffnung 318 zugeführt werden,
woraufhin die Öffnung 318 mittels eines
Anschlags 324 verschlossen werden kann. In der Fußplatte 312 ist
ein elektrisches Kontaktelement 326 angeordnet, das den
Anschluss einer Steuereinheit 328 ermöglicht, wobei die Steuereinheit
ferner beispielsweise eine elektrische Energieversorgung aufweisen
kann. Über
nicht, genau dargestellte Gleitkontakte 330 können Steuersignale
für die
unterschiedlichen Motoren 44 von der Steuereinheit 328 übertragen
werden, während
das Fußteil 2 zusammen
mit dem Fußring 310 um
N × 360° um die Längsachse
L gedreht werden kann, wobei N vorzugsweise > 1 ist. Zwischen dem Fußring 310 und
der Fußplatte 312 kann
ein Stützlager
und/oder eine Dichtung 332 angeordnet sein, um ein vollständig verschlossenes Fußteil 2 zu
erhalten. Die Fußplatte 312 umfasst
eine Buchse 361, die derart positioniert ist, dass sie
sich koaxial zur Längsachse
L erstreckt, und die an ihrer Außenseite Zähne 329 aufweist.
Um diese Zähne kann
ein Zahnriemen (nicht dargestellt) angeordnet werden, der über ebenfalls
nicht dargestellte Rückführräder derart
um das auf der unteren Buchse 48G angeordnete Zahnriemenrad 50 gelegt
wird, dass, wenn der entsprechende Motor 44G angetrieben wird,
der Zahnriemen angetrieben und das Fußteil 2 über die
Zähne 329 und
die Längsachse
L gedreht wird.
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Bei
der Anordnung von ersten Antriebswellen 64, die in 6 gezeigt
ist, ist nahe des zweiten Endes jeweils ein Lager 332 zwischen
zwei ineinander angeordneten Drehwellen vorgesehen, wozu jeweils
wenigstens eine Lagerkammer in Form einer ringförmigen Nut in den entsprechenden
angrenzenden dünnwandigen
Drehwellen vorgesehen ist, vorzugsweise an der Außenseite
der entsprechende Drehwellen. In dieser Lagerkammer können auf
einfache Art und Weise Lagernadeln vorgesehen werden, woraufhin
die Wellen ineinandergeschoben und die entsprechenden angetriebenen
Zahnriemenräder auf
diesen an den ersten Enden befestigt werden, wobei zwischen den
entsprechenden angetriebenen Zahnriemenrädern geeignete Lager vorgesehen
werden, beispielsweise Kugellager 34. Somit wird ein besonders
kompaktes und geeignetes Nadellager für die entsprechenden Wellen
auf besonders einfache, relativ preiswerte und robuste Weise geschaffen.
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Ein
Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung kann wie folgt verwendet werden.
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Mit
Hilfe von Aufhängemitteln 16 wird
der Manipulator 1 an einem Rahmen 18 befestigt
und mittels eines Kabels 336 mit der Steuereinheit 328 verbunden.
Ferner werden Betätigungsmittel 338 mit der
Steuereinheit 328 verbunden.
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Das
Fußteil 2 ist
mit einem rohrförmigen
Abschnitt 329, das beispielsweise aus Kunststoff hergestellt
ist, abgedeckt. Ferner werden Abdeckteile 313 derart an
der Schulter befestigt, dass wenigstens das Fußteil 2, die Schulter 22,
der Oberarm 4, der Ellebogen 24, der Unteram 6 und
das Gelenk 8 nach außen verschlossen
sind. Die Anordnungen von Wellen werden auf die zuvor beschriebene
Art und Weise miteinander verbunden, wobei die Antriebszahnriemenräder nahe
dem ersten Ende der Anordnung der ersten Antriebswellen 64 mit
den Zahnriemenrädern 50 der
entsprechenden Motoren verbunden werden.
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Mit
den Betätigungsmitteln,
mit Hilfe derer vorprogrammierte oder einzelne Bewegungskombinationen
ausführbar
sind, werden die verschiedenen Motoren 44A bis G gesteuert,
wobei die Zahnriemen mittels der entsprechenden Buchsen 48A bis G angetrieben
werden können.
Durch Antreiben der ersten Drehwelle 66 kann der Oberarm
um die Schulterachse gedreht werden und durch Antreiben der zweiten
Drehwelle 48 kann der Unterarm um die Ellebogenachse 6 gedreht
werden. Durch eine Drehung der dritten Drehwelle 90 wird
das Gelenk relativ zum Unterarm 6 um die Gelenkachse P
gedreht, durch eine Drehung der vierten Drehwelle 96 wird
das erste Antriebskegelrad 218 angetrieben und durch eine
Drehung der fünften
Drehwelle 102 wird das zweite Antriebskegelrad 224 angetrieben.
Ein separates oder kombiniertes Antreiben der entsprechenden Antriebskegelräder 218, 224 führt zu den
zuvor beschriebenen Bewegungen des Greifers um die erste und die
zweite Greiferachse G1, G2. Schließlich wird der Greifer 10 durch
eine Drehung der sechsten Welle 108 geöffnet oder geschlossen. Mittels
der verwendeten Feder 234 können unangemessen hohe Schließkräfte vermieden
werden, d. h. unangemessen hohe Schließkräfte werden verhindert, indem sich
die Feder 234 geringfügig
dehnt. Wie nachfolgend beschrieben ist, wird durch Antreiben des
untersten Motors 44G eine Drehung des Fußteils 2 relativ
zur Basisplatte 14 erreicht. Bei einem Manipulator 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Greifer 10 fast jede Position um das
Fußteil
innerhalb eines Raumes erreichen, der durch die Länge eines ausgestreckten
Oberarms und Unterarms definiert ist, wobei der Schwenkmechanismus 16 den
Betätigungsbereich
des Greifers 10 noch weiter vergrößern kann. Anders als bekannte
industrielle Roboter kann der Greifer 10 das Fußteil 2 sowohl
nahe seiner Oberseite als auch nahe seines unteren Endes erreichen
und sogar berühren.
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Da
sämtliche
Motoren und Reduktionsgehäuse
sowie ein Großteil
der Elektronik in dem Fußteil 2 angeordnet
sind, während
nur die Wellen und Riemen in den unterschiedlichen Gliedern vorgesehen
sind, ist der Arm des Manipulators 1 relativ leicht und
robust ausgebildet, weshalb er nicht anfällig in Bezug auf den Einfluss
von Strahlung, Gas und dergleichen ist. Dies ist dahingehend vorteilhaft,
dass ein Manipulator 1 gemäß der Erfindung insbesondere zur
Verwendung in beispielsweise strahlungsbelasteten Räumen, wie
zum Beispiel Reaktorräumen,
in toxischen Umgebungen, in engen Räumen und dergleichen geeignet
ist. Insbesondere aufgrund der Kompensationsmittel 114 können ferner
relativ große Kräfte übertragen
und schwere Lasten gehandhabt werden, während die Motoren einen relativ
leichten und einfachen Aufbau aufweisen können. Ein Manipulator gemäß der vorliegenden
Erfindung kann schnell und genau gesteuert werden, während der Greifer
besonders präzise
positioniert werden kann. Natürlich
ist ein Manipulator 1 gemäß der vorliegenden Erfindung
auch besonders für
andere Anwendungsgebiete geeignet, z. B. zur ambulanten Verwendung
durch körperlich
benachteiligte Personen oder als industrieller Roboterarm.
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Der
Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist in keiner Weise auf
die beispielhaften Ausführungsformen
beschränkt,
auf die sich die Beschreibung und Zeichnungen beziehen. Es sind
viele Variationen möglich.
Beispielsweise können
mehr oder weniger Glieder vorgesehen werden, wobei die unterschiedlichen
Anordnungen von Wellen eine entsprechend andere Anzahl von Wellen
aufweisen können.
Anstelle der Zahnriemen in dem Oberarm kann alternativ eine Anordnung
von Antriebswellen ähnlich der
Anordnungen von ersten und zweiten Antriebswellen unter Verwendung
vergleichbarer Kegelradgetriebe vorgesehen werden. Wenn es erforderlich ist,
können
die Zahnriemen natürlich
beispielsweise durch Ketten, Seile und ähnliche Antriebsmittel ersetzt
werden. Derartige Variationen sind für den Fachmann selbstverständlich.
Wie bereits angedeutet, können
ferner andere Arten von Greifermitteln vorgesehen werden. Konstruktive
Details können
variiert werden. Beispielsweise können die unterschiedlichen
Lager anders aufgebaut sein, dass Gussteil kann hängend, schwenkbar
oder in umgekehrter Position angeordnet sein, die Motoren und Reduktionsgehäuse sowie
die Buchsen mit den Zahnriemenrädern 50 können anders
konstruiert sein und die Grenzen in Bezug auf die Drehbewegungsmöglichkeiten der
einzelnen Glieder können
elektronisch vorgesehen werden oder nicht. Die unterschiedlichen
Drehwellen können
in den entsprechenden Anordnungen von Wellen in einer anderen Reihenfolge
angeordnet sein, während
die Glieder ferner in Abhängigkeit
von den gewünschten
Bewegungsmöglichkeiten
unterschiedlich relativ zueinander positioniert werden können. Diese
und viele andere Variationen fallen in den Schutzbereich der vorliegenden
Erfindung, der durch die Ansprüche
definiert ist.