DE2531991A1

DE2531991A1 - Mit einem motor versehener seilzugbetaetigter greifer

Info

Publication number: DE2531991A1
Application number: DE19752531991
Authority: DE
Inventors: Daniel Francois; Jean-Claude Germond; Paul Marchal; Jean Vertut
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1974-07-18
Filing date: 1975-07-17
Publication date: 1976-02-05
Also published as: BE830958A; FR2278457B1; US4078670A; IT1041400B; GB1515726A; JPS5137462A; CH591315A5; JPS5926435B2; FR2278457A1; DE2531991C2

Description

Mit einem Motor versehener seilzugbetätigter Greifer

Die Erfindung betrifft einen mit einem Motor versehenen seilzugbetriebenen Greifer. Man kennt bereits zahlreiche mit Motor versehene Greifer, die im allgemeinen von einem Knopfmanual aus gesteuert werden oder von Anordnungen, welche eine Kombination mehrerer Bewegungen erlauben, die jedoch immer in einer offenen Schleife allein durch visuelle Kontrolle durchgeführt werden. Diese unterschiedlichen Greifer arbeiten alle nach dem System der irreversiblen Steuerung, ob sie nun elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden.

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Man kennt auch mit Motor versehene Greifer, die im
allgemeinen elektrisch betrieben sind und die reversibel gesteuert werden. Sie werden gewöhnlich mit
Servovorrichtungen verbunden, die zwei gleiche oder
ähnliche Arme verbinden, deren einer "Befehlsarm" genannt wird und über eine Positionsvorrichtung die Bewegungen des "Dienstarms" steuert und zur gleichen Zeit die aufgebrachten und auf den Dienstarm einwirkenden Kräfte an den Befehlsarm zurückübersetzt, der von der Bedienungsperson gehalten wird. Diese Greifer benötigen daher Motore mit hoher Leistung und kleiner Trägheit, verbunden mit einem gleich leistungsfähigen Untersetzungsgetriebe, das jedoch Reibungsverluste und Spiel verursacht, deren Gewicht und Preis ihrer Entwicklung abträglich sind.

Die Erfindung betrifft solche Greifer und vermeidet
die diversen bekannten Nachteile durch die Verwendung einer Gruppe von Motoruntersetzungen.

Die Erfindung betrifft insbesondere einen verschwenkbaren mit einem Motor versehenen Greifer, bestehend
aus einem Rumpf, auf welchem wenigstens vier Motoren befestigt sind, wobei an dem Rumpf ein Ausleger angelenkt ist, der sich um eine Drehachse des Gesamtaufbaues verschwenken kann und der Ausleger aus wenigstens einem Schaft besteht, welcher die Drehung des Gesamtaufbaues durchführt, und die Drehachse des Gesamtaufbaues mit der Längsachse des Schaftes zusammenfällt
und bestehend weiterhin aus wenigstens zwei Gelenkelementen, einem oberen Arm, der an dem Schaft mit einem Schultergelenk angelenkt ist, dessen Achse die Rotationsachse des Gesamtaufbaues schneidet und weiterhin bestehend aus einem unteren bzw. vorderen Arm, der an dem oberen Arm mit einem Ellbogengelenk angelenkt ist,

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dessen Achse senkrecht zu der durch die beiden Arme definierten Fläche verläuft und die Achsen des Schulter- und Ellbogengelenks parallel liegen oder ggf. bei einer bestimmten Drehstellung des oberen Arms um seine Achse parallel liegen können, wobei der untere Arm in einem Handgelenk endet, das ein Handstück bzw. ein Werkzeug trägt, das als Zange oder Hebel ausgebildet ist und welches zumindest eine Schwenkbewegung um eine senkrecht zum unteren Arm liegende Achse des Handgelenks ausführen kann und der untere Arm schwerkraftausgependelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung jedes der Arme um eine ihrer Achsen von einem Betätigunsmotor über ein Seil mit zwei entgegenwirkenden Strängen unter Mitwirkung je eines Flaschenzuges mit wenigstens zwei Strängen gesteuert wird und daß gleichzeitig wenigstens zwei Paare dieser Flaschenzüge in dem Schaft angeordnet sind und der diese Flaschenzüge verlassende Seilstrang über eine Umlenkrolle läuft, die auf der Achse des Schultergelenks gelagert ist und dann in den festen Rumpf in einer Art und Weise geführt wird, daß er parallel zur Achse des Schaftes und in deren Nähe verläuft und jeder Strang von einem der Motore betätigt wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung laufen die einander entgegenwirkenden Seilstränge jedes Seiles oder Bandes, welche die Eigenbewegungen des Handstükkes steuern, auf der einen und der anderen Seite von zwei Rollen von gleichem Durchmesser, welche fest mit der Achse des Schultergelenks bzw. der Achse des Ellbogengelenks verbunden sind und ist jeder der Stränge des Seiles in dem Schaft über Um-

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lenkrollen geführt, die fest mit dem Schaft bzw. dem Rumpf verbunden sind, solcherart, daß die Stränge parallel zur Achse des Schaftes verlaufen und das Ende eines jeden Stranges fest mit der losen Rolle eines Flaschenzuges mit wenigstens zwei Strängen verbunden ist und eines der Enden jedes der Flaschenzüge fest steht und das andere über eine gemeinsame Seilwinde gewickelt ist, die mit einem an dem Rumpf fest angebrachten Motor verbunden ist.

Ein drittes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die einander entgegenlaufenden Stränge jedes Seiles oder Bandes, welche die Eigenbewegungen des Handstükkes steuern, auf der gleichen Seite von zwei Rollen mit gleichem Durchmesser entlanglaufen, die mit der Achse des Schultergelenks bzw.

der zweiten Achse fest verbunden sind und jeder der entgegenlaufenden Stränge in dem Schaft über eine Umlenkrolle und eine lose Rolle in einer Richtung parallel zur Achse des Schaftes geführt ist, so daß jeder Strang parallel zur Achse des Schaftes läuft, und der von der losen Rolle ablaufende Strang auf die lose Rolle geführt wird, dass ein Flaschenzug mit wenigstens zwei Strängen vorgesehen ist, der von einem mit dem Rumpf verbundenen Motor angetrieben wird, wobei die genannte lose Rolle von einem Seil in Bewegung gesetzt wird, das über eine Rolle läuft, die fest mit dem Rumpf verbunden ist und in der Achse des Schaftes angeordnet ist und das Seil mit einem seiner Enden an der Achse der losen Rolle befestigt ist und mit seinem anderen Ende an einer kleinen Rolle, die fest mit der Achse des Schultergelenks verbunden ist und die einen Durchmesser aufweist, der nur halb so groß wie derjenige der Rolle ist, die fest mit dieser Achse verbunden ist.

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Nachfolgend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Figuren 1a eine perspektivische Ansicht zweier Ausfüh- und 1b: rungsformen des Greifers,

Figuren 2a, schematische Darstellungen der Seilzüge zur 2b, 2c und Steuerung der Bewegungen des Schaftes und 2d: der Schulter- und Ellbogengelenke,

Figuren 3a scheinatische Darstellungen der Seilzüge zur und 3b: Steuerung der Drehbewegung des unteren Arms und des Handgelenkes, und

Figur 4: die schematische Darstellung einer Abwandlung des Steuersystems nach Figur 3a.

In Figur 1 s?.nd zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Greifers dargestellt; in Figur 1a ist ein besonderer Greifer gezeigt, der für Arbeiten mit horizontal liegendem Schaft unter einer Vorrichtung mit festem Auflager geeignet ist, der Greifer nach Figur 1 b kann vollkommen in eine Linie gebracht werden, sei es für seine vertikale, sei es für seine horizontale Verwendung und erlaubt damit das Einbringen in eine Schutzhülse mittels einer Verschiebebewegung längs des Schaftes. Man sieht in Figur 1a, daß der Rumpf 1 von einem Auflager 1' des Ferngreifers getragen wird, auf welchem auch die Motore 2 angeordnet sind, die hier seitlich auf der sichtbaren Fläche und der abgedeckten Fläche liegen. Der Schaft 3 kann eine Bewegung um die Rotationsachse 4 des Gesamt-Hufbaues durchführen, welche mit der Achse des Schaftes zusammenfällt. Dieser endet in einem Schultergelenk, des- --■.·'!!] Achse 5 senkrecht zur Achse 4 gerichtet ist und diese schneidet. In dem Schultergelenk ist ein oberer Arm 6 angelenkt, der in einem Ellbogengelenk mit einer Achse 7 endet, die parallel zur Achse des Schultergelenks 5 liegt. Um die Achse des Ellbogengelenks dreht

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sich ein unterer bzw. vorderer Arm 8, der in einem Hand- oder Knebelgelenk 9 endet, das eine Zange oder einen Griff 10 tragen kann, wenn es sich um den Befehlsarm handelt oder auch ein beliebiges anderes Werkzeug. Bei einer bekannten Vorrichtung kann der untere Arm 8 eine Drehung um seine eigene Achse ausführen, die mit dem Pfeil 11 (Figur 1a) angedeutet ist, und die Zange kann eine Hebebewegung um die Achse des Handgelenkes 9 und eine Drehbewegung um die Achse der Zange selbst durchführen, welche mit dem Pfeil 12 angedeutet ist. Schließlich kann die Zange auch noch eine Klemmbewegung ausführen.

Der Gesamtaufbau des Schaftes 3 und die Arme 6 und 8 bilden eine Ebene, in welcher sich auch die Zange 10 in einer für eine Drehbewegung 11 geeigneten Lage befinden kann. Die zwei Gegengewichte 13 auf der einen und der anderen Seite des Schaftes 3 stellen durch ihre homothetische Anordnung sicher, daß die Arme 6 und 8 hinsichtlich ihrer Lage um die Achsen 7, 5 und 4 ausbalanciert sind, wie auch immer die Orientierung der Achse 4 sein mag. Es ist ebenfalls dargestellt, daß auf den seitlichen Flächen des Rumpfes des Greifers 1 zwischen den verschiedenen Motoren 2 ein Kraftverstärker 14 in der Nähe der Motore angeordnet ist.

Ein Greifer, wie er dargestellt ist, kann somit sieben voneinander unabhängige Bewegungen durchführen. Man könnte gleichermaßen dem oberen Arm 6 eine Hilfsdrehmöglichkeit um seine eigene Achse geben, ähnlich der des unteren Armes 8, dies würde eine Abwandlung der Vorrichtung darstellen.

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Man sieht leicht, daß der Greifer im besten Fall auch den Bereich unterhalb des Schaftes und des Schultergelenkes befahren kann und daß der Rumpf 1 eine leichte Befestigung einer oder zweier Seite an Seite liegender Greifer bei einer Vorrichtung ermöglicht, um deren Beweglichkeit in einem feindlichen bzw. giftigen Milieu zu sichern, wie z.B. bei einer Laufkranvorrichtung in kartesischen Koordinaten oder bei allen gleichartigen anderen Vorrichtungen.

In Figur 1b ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers gezeigt, bei welcher die unterschiedlichen Motore 2 und der Rumpf 1 hinter dem Schaft 3 angeordnet sind, der einen Ausleger trägt, der analog demjenigen in Figur 1a gezeigten Ausleger ausgebildet ist. Der Ausleger, der in dieser Figur mit einem horizontalen Schaft gezeigt ist, eignet sich insbesondere zum leichten Herausziehen durch einen Kanal, der sich in der Wand eines Schutzpanzers befindet, derein giftiges von einem sauberen Milieu trennt. Er kann sich gleicherweise in einem prismatischen oder zylindrischen Behälter befinden, der an einem Unterwasser- oder Raumfahrzeug angebracht ist, um ihn zum Schutz oder zur Beförderung aufzunehmen. Wenn schließlich der Schaft in eine vertikale Lage gebracht wird, kann der Greifer nach Figur 1 eines der Elemente eines teleskopierbaren Rohres darstellen, das direkt In der Vertikalen ausgezogen werden kann.

In den Figuren 2 ist der Seilverlauf dargestellt, der in den erfindungsgemäßen Greifern die Steuerung der verschiedenen Bewegungen des Schaftes des Schulter- oder Ellbogengelenks,ausgehend von den entsprechenden Motoren» steuert.

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In Figur 2a ist der Seilverlauf zur Bewegung des Schultergelenkes gezeigt. Der obere Arm 6, der untere Arm 8 sowie der Schaft 3 mit der Achse 4 sind nur schematisch dargestellt. Die Achse des Schultergelenks 5 ist hier durch einen Punkt dargestellt, der sich in der Mitte der Rolle 15 befindet, welche fest mit dem oberen Arm 6 verbunden ist und welche dessen Bewegung um die Achse des Schultergelenkes 5 antreibt. Auf der Rolle 15 laufen 2 einander entgegenwirkende Stränge 16, 25 des ubertragungsseils. Das Seil ist an der Rolle festgemacht. Das Seil 16 ist an einer losen Rolle 17 befestigt, die mehrere Stränge trägt, die über Rollen 17¹ laufen, die mit dem Schaft fest verbunden sind. Zur Vereinfachung sind hier nur zwei einzelne Stränge dargestellt, der Strang 18 ist an einer Stelle am Schaft 3 befestigt, der Strang 19 läuft nach dem Passieren der losen Rolle 17 wieder über eine Rolle 20, deren Achse ebenfalls am Schaft 3 befestigt ist. Das Seil läuft dann über eine Rolle 21, die lose auf der Achse des Schultergelenkes 5 angeordnet ist und die hier vor der Rolle 15 gezeigt ist. Dieser Strang des Seils 22 läuft zum Hinterende des Schaftes und beaufschlagt eine Rolle 23, die am Rumpf befestigt ist, wickelt sich dann auf eine Seilwinde 24, die von der Achse eines Motors 2 getragen wird. Um in der Praxis ein Drehmoment zu erhalten, das den praktischen Bedingungen eines Ferngreifers entspricht, weist der Flaschenzug 17, 17¹, je nach der gewünschten Kraft zwei bis sechs Stränge auf und kann der Motor 2 ein Drehmomentmotor mit geringer Geschwindigkeit und großem Drehmoment sein. Der entgegenwirkende Strang 25 läuft über die gleiche Antriebsrolle 15, die mit dem Arm 6 fest verbunden ist, und ist an einem Flaschenzug und einem entgegenwirkenden ähnlichen Seilsystem befestigt, das symmetrisch unterhalb der Ebene

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angeordnet ist, die von den Achsen 4 und 5 definiert wird und läuft bei 26 entgegenwirkend zum ersten Strang um die gleiche Seilwinde 24. Bei der Bewegung des Schaftes 3 stellt man fest, daß die Gesamtheit der Flaschenzüge und Seile 16 und 25 gegenüber dem Schaft während einer Drehung um die Achse 4 gegenüber dem Schaft in Ruhe bleibt und daß auch die Rollen 23 unbewegt am Rumpf bleiben, allein die Seile 22 bilden eine Fläche, die einer Torsion um die Drehachse des Gesamtaufbaues unterzogen wird. Wie man später sehen wird, bilden die anderen Übertragungsseile in der Nähe des Seiles 22 diese Fläche. In der gezeigten Vorrichtung ist der Motor 2 in dem Rumpf oberhalb des Schaftes 3 angeordnet, wie dies in Figur 1a dargestellt ist. Bei einer Anordnung nach Figur 1b liegt der Motor 2 weiter entfernt in der Achse des Schaftes 4 und die Rolle 23 kann in Wegfall kommen.

Aus Figur 2b ersieht man, daß die Steuerung der Bewegung des Ellbogengelenkes um die Achse 7 ähnlich der oben beschriebenen Rolle 15 über Rolle 27 auf der Antriebsachse 7 des unteren Armes 8 durch zwei entgegenwirkende Seilstränge 28, 28' bewirkt wird, die über eine Rolle 29 von gleichem Durchmesser auf der Achse 5 laufen. In der Figur sind auch Andrückrollen 30 gezeigt, die verhindern, daß sich ein Seilstrang 28 von der Rolle 29 löst, wenn der obere Arm 6 einen bedeutenden Ausschlagwinkel erreicht. Die Enden der einander entgegenwirkenden Seilstränge 31 und 32, die die Rolle 27 steuern, die wiederum den unteren Arm 8 antreibt, sind in dem erfindungsgemäßen Greifer an Flaschenzügen befestigt, wie dem Flaschenzug 17, 17', der in der Figur 2a dargestellt ist, und sind an festen Stellen und Rollen befestigt, die fest mit dem Schaft 3 verbunden sind. Man kann sich daher leicht

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vorstellen, daß die Einzelelemente der Figuren in den Figuren 2a und 2b für die Steuerung der Bewegung des Schultergelenks und des Ellbogengelenks, die über vier Flaschenzüge laufen, vergleichbar mit dem Aufbau 17, 17', 18, 19, 20, wobei die Rolle 15 und die Rolle 29 an der einen und der anderen Seite der Achse 4 des Schaftes angeordnet sind, sich überlagern. Die vier Flaschenzüge sind parallel zueinander im Inneren des Schaftes 3 angeordnet, die vier Stränge 22 laufen über vier Rollen 21, die je zwei zu zwei in der Nähe der Rollen 15 und 29 angeordnet sind, laufen dann Seite an Seite über vier Rollen 23 und schließlich werden die je zwei Stränge auf zwei Seilwinden 24 gewickelt, die ebenfalls auf der einen und anderen Seite des Rumpfes 1 angeordnet sind und die von zwei Motoren 2 ausgehen, die gegeneinander gerichtet auf dem gleichen Rumpf sitzen. Γη dem in den Figuren 2a und 2b dargestellten Beispiel sieht man, daß wenn die zwei Stränge 31 und 32 unbewegt bleiben, und die Stränge 16 und 25 über Rolle 15 laufen, um den oberen Arm 6 zu bewegen, die beiden parallelen Stränge 28, 28' (Figur 2b) während einer solchen Bewegung in etwa ein Parallelogramm bilden (die Rollen 29 und 27 haben den gleichen Durchmesser), was bewirkt, daß eine vom Motor 2 (Figur 2a) gesteuerte Bewegung einer Verschwenkung des oberen Arms 6 eine Bewegung dos vorderen oder unteren Arms 8 hervorruft, die einer Parallelverschiebung entspricht.

Eine gleichartige Bewegung kann auch, wie in Figur 2c dargestellt, durch den Ersatz der zwei Stränge 28, 28' durch eine oder zwo i CJolenkstangen 28a, 28b erreicht werden, die direkt auf dem vorderen Arm 8 befestigt sind. Diese Gelenkstangen und die Stränge 31 und 32 sind auf

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der Rolle 29 befestigt, die auf der Achse 5 des Schultergelenkes gelagert ist.

Wenn man die Motore gleichen Drehmoments und Flaschenzüge mit der gleichen Anzahl von Strängen verwendet, stellt man fest, daß wenn die beiden Arme 6 und 8 von gleicher Länge sind, man Rollen 15 und 28 von gleichem Durchmesser verwendet. Wenn die Länge der beiden Arme unterschiedlich ist, müssen die Durchmesser entsprechend sein, damit bei größtem Kraftaufwand die Leitstränge dieser Arme auch mit der größten Kraft arbeiten.

Man sieht überdies, daß die vier Stränge 22, die von den vier Flaschenzügen kommen, welche den beiden Bewegungen des Ellbogen- und Schultergelenks entsprechen, nach ihrer Umlenkung über die Rollen 21 und 23 eine Fläche von 4 jeweils paarweise entgegenwirkenden Seilen bilden, die während einer Drehbewegung des Gesamtaufbaues um die Achse 4 eine Flächenverdrehung erleidet, die einen bedeutenden Winkel dieser Bewegung ermöglicht, der Winkel kann im Maximum etwa an eine gesamte Umdrehung heranreichen. Man sieht überdies, daß die Verwendung von Rollen gleichen Durchmessers für die übertragung der Bewegung des unteren Armes, wie Rollen gleichen Durchmessers, denen das in Figur 2c dargestellte Parallelogramm entspricht, eine der interessantesten Eigenschaften der Erfindung verkörpert, die dazu führt, daß die Untersetzung der Bewegungen des Schulter- und Ellbogengelenks die gleiche ist und daß die Steuerung in einer additiven und ausgeglichenen Art und Weise erfolgt.

In Figur 2d ist die Anordnung der Seilzüge für eine Bewegung des Schaftes um die Achse 4 oder eine Drehbewegung des Gesamtaufbaus dargestellt. Man sieht in Figur 2d den Schaft 3, der sich um die Achse 4 dreht und der die

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Arme 6, 8 trägt. An der Verbindung des Schaftes mit dem Rumpf 1 ist auf dem Schaft eine große Antriebsrolle 33 für den Schaft angeordnet, die voneinander entgegenwirkenden Seilsträngen 34 angetrieben wird. Der entgegenwirkende Strang ist in dieser Figur nicht dargestellt. In der in Figur 2d dargestellten Ausführung läuft der Strang 34 über eine Umkehrrolle 35 in das Innere des Rumpfes 1, wo eine zweite Umkehrrolle 36 die optimale Anordnung eines Flaschenzuges 37, 37' ermöglicht, der wenigstens zwei Stränge aufweist und an einer festen Stelle 38 verankert ist. Die Flaschenzüge sind ähnlich denen, die bereits in der Figur 2a dargestellt sind. Der austretende Strang 39 ist um eine Seilwinde 40 herumgeführt, die von einem der Motoren 2 getragen wird. Der entgegenlaufende Strang führt zur gleichen Seilwinde 40 über eine Bahn mit einem ähnlichen nicht dargestellten Flaschenzug. Es ist klar, daß im Falle einer Längsanordnung des Greifers gemäß Figur 1b die Flaschenzüge 37 in der Hauptachse des Greifers angeordnet sind, in Abänderung der Umlenkung um die Rolle 36.

Man sieht endlich, daß die Übersetzung, die einerseits vom Durchmesser der Rolle 33 und der Zahl der Stränge des Flaschenzuges 37, 37' herrührt, ein Drehmoment ergeben muß, das auch in einer nach unten gerichteten Stellung des Greifers, wie sie durch 6", 8' dargestellt ist, ausreicht.

Man ersieht aus den Figuren 3 und 4, daß die Verseilung der verschiedenen Eigenbewegungen des unteren bzw. vorderen Armes, die einesteils in einer Drehung besteht, wie sie durch den Pfeil 11 in Figur 1 angegeben ist und anderenteils den beiden Bewegungen der Zange, Anheben und Drehen, die ebenfalls in der Figur 1a dargestellt sind, sechs einander entgegenwirkende Seile jeweils

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paarweise benötigt. In den Figuren 3 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche die Übertragung mit den drei Seilpaaren darstellt. In Figur 3a ist die Bewegung des Handgelenkes gezeigt. Ausgehend von einem Motor 2, mit dem eine Seilwinde 41 verbunden ist, laufen die beiden entgegenwirkenden Stränge 42 und 43 in Flaschenzüge mit wenigstens zwei Strängen, es sind nur zwei Stränge dargestellt, wickeln sich über die lose Flasche 44 und laufen zu einem festen Verankerungspunkt 45, die zweite entgegenwirkende Flasche ist nicht gesondert bezeichnet. Das Seil 46 überträgt die vervielfachte Kraft auf die Umlenkrolle 47. Im Bereich 48 läuft der Seilstrang parallel in der Nähe der anderen genannten Stränge und in der Nähe der Achse der Drehung des Gesamtaufbaues 4 und beaufschlagt dann eine erste Rolle 49 mit der Achse 5. Die Andrückrollen 50 sind nötig, wie bereits oben festgestellt wurde, um ein Abgleiten des Seils bei einem entsprechend großen Anschlag des Schultergelenks zu vermeiden. Der Strang läuft dann über eine Rolle 51 auf der Achse 7, die gleichen Durchmesser wie die Rolle 49 aufweist. Der Strang erstreckt sich längs des vorderen Arms oder unteren Arms 8 im Bereich 52 und ist schließlich auf einer Rolle 53 mit der Achse 9 befestigt (die Achse des Handgelenkes). Diese Rolle ist hier fest verbunden mit der Achse der Zange 10 dargestellt und hat den gleichen Durchmesser wie die Rollen 49 und 51. Der entgegenwirkende Strang läuft auf der anderen Seite der Rolle 53 ab, und kehrt zur Rolle 51 am Ellbogengelenk 52 zurück, wo zwei Andrückrollen 54 nötig sind, kehrt dann unter der Rolle 49 entlang dor Fläche in der Nähe der Achse 4 zurück, etc. ... Man erkennt, daß während einer Bewegung des Ellbogen- oder Schultergelenkes, wenn der ent-

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sprechende Motor der Bewegung stillsteht, infolge der gleichen Durchmesser der Rollen 49, 51 und 53, die Länge der auf diesen Rollen anliegenden Seilstränge gleich bleibt und die Rolle 53 ihre Orientierung im Raum beibehält, auch bei einer Kombination der Bewegungen von Ellbogen- und Schultergelenk. Dies entspricht einem doppelten Gelenk-Parallelogramm, bei welcher Bewegung auch immer. Die einander entgegenlaufenden Stränge durchlaufen die gesamte Strecke ohne jede Veränderung ihrer Spannung, da auf jeder Rolle die aufgewickelte Länge an einer Seite kompensiert wird durch die gleiche Länge, die von der anderen Seite abgewickelt wird; es ergibt sich daraus, daß die Andrückrollen 50 und, 54 in der bestmöglichen Weise angeordnet werden können, wo es auf genaue Werte des notwendigen Ausschlags ankommt. Sie sind hier nur flüchtig angegeben.

Man sieht, daß der in Figur 3a gezeigte Seilzug tatsächlich aus zwei gleichen Systemen besteht, welche ein Handgelenk mit zwei Freiheitsgraden in der bekannten Art und Weise steuern und darüber hinaus eine Klemmzange, die in der Praxis unter Verwendung eines einzigen Seils und einer entgegenwirkenden Feder realisiert wird.

In dem besonderen Fall einer alleinigen Bewegung des Ellbogengelenkes sieht man, daß die Rolle 53, die hier in der gleichen Ebene wie die Rolle 51 dargestellt ist, ihre Orientierung im Raum beibehält. Wie man schon aus Figur 1 ersehen hat, kann der untere Arm 8 eine Drehbewegung um seine eigene Achse, die in der Figur 1a durch den Pfeil 11 angedeutet ist, durchführen. In dem Fall, wo diese Drehung ein Herausdrehen der Rolle 53 aus der Ebene bewirkt, in der sie in Figur 3a darge-

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stellt ist, sieht man klar, daß durch die Verdrehung der Fläche der zwei Stränge sich die Rolle 53 während der Bewegung des Ellbogengelenkes um den gleichen Winkel im Verhältnis zur Achse des Unterarms 8 gedreht hat, als sich letztere um die Achse des Ellbogengelenkes 7 gedreht hat, aber diesmal nicht parallel zu sich selbst im Raum bleibt. Es ergibt sich in diesem Fall, daß bei einer Betätigung der Bewegung des Ellbogengelenkes allein, der Zange 10, wie es in Figur 3a dargestellt ist, eine komplexe Bewegung aufgezwungen wird, wobei, wenn das Ellbogengelenk gebeugt wird, die Zange dazu tendiert, sich anzuheben und sich der Achse des vorderen bzw. unteren Arms 8 zu nähern. Man erkennt leicht, daß eine solche Bewegung total ausgeglichen wird, wenn der Befehlsarm, der den Greifer steuert, in der gleichen Weise angeordnet ist. Die Bedienungsperson verlagert das Ellbogengelenk, wobei sie von Hand eine gleichbleibende Richtung ihres Griffes im Raum beibehält, was bedeutet, daß der homothetische Dienstarm die gleiche Bewegung durchführen muß. Daraus folgt ebenso einfach, daß dies für alle Bewegungen des Unterarms gilt, die Drehbewegung nach Pfeil 11 (Figur 1), die Klemmbewegung der Zange etc. ...

In Figur 3b ist der Seilverlauf für eine Drehbewegung des vorderen Arms um seine Längsachse 8 dargestellt. Eine Rolle 53' auf der Achse 8 treibt die Bewegung an. Die Umkehrrollen 54' erlauben einen Wechsel der Ebene der Stränge.

Im Fall, wo eine solche Anordnung Schwierigkeiten bereitet, kann eine andere Ausführungsform, welche in Figur 4 dargestellt ist, die Unbequemlichkeiten der Anordnung nach Figur 3 vermeiden. In dieser Anordnung laufen alle Stränge auf der gleichen Seite der Rollen

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des Schultergelenkes 49, wodurch es nötig wird, daß die Rollen, von denen nur eine in der Zeichnung dargestellt ist, Seite an Seite liegen, wie auch die Andrückrollen 50. Die Stränge 48 laufen am oberen Arm 6 entlang, beaufschlagen die Rollen 51 auf der gleichen Seite und laufen am unteren Arm 8 entlang, wo sie diesmal über die Rolle 53 auf der Achse des Handgelenks 9 laufen. Dadurch wird eine neue Hilfsandruckrolle 55 benötigt, die fest mit dem unteren Arm verbunden ist. In dieser Anordnung sind die Rollen 49, 51 von gleichem Durchmesser mit dem Zweck, daß während einer alleinigen Bewegung des Schultergelenkes die gleiche Länge an einer der Rollen aufgewickelt wird, die sich von einer anderen abwickelt, wobei der vordere oder untere Arm parallel zu sich selbst bleibt. Hingegen wickeln sich die Stränge bei einer Bewegung des Ellbogengelenkes gleichzeitig auf den Rollen 51 auf oder ab. Die Anordnung der Ausführungsform der Erfindung nach Figur 4 gleicht diese Veränderung des Aufwickeins um die Rolle 51 aus, indem man einen neuen Seilstrang 46 vorsieht, der an einem nicht gezeigten Flaschenzug befestigt ist, nachdem er über eine Umlenkrolle 47 gelaufen ist. Mit einer weiteren Umlenkrolle 56 wird ein Flaschenzug mit zwei Strängen gebildet, diese Rolle 56 kann eine Längsverlagerung parallel zur Achse 4 durchführen, wodurch das erwähnte Auf- oder Abwickeln ausgeglichen wird. Zu diesem Zweck ist eine Umlenkrolle 57 an einer festen Stelle des Rumpfes des Greifers befestigt und mit der Rolle 56 gekoppelt, von wo der Strang 58 zum Schultergelenk läuft, wo in Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach Figur 2a der Strang auf einer kleinen Rolle 59 au gewickelt ist. Während die Stränge über die Rolle 51 verlaufen, läuft der Strang 58 unter der Rolle 59, die einen Durchmesser hat, welcher der Hälfte des Durchmessers der Rolle 51

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entspricht. Die verdoppelnde Rolle 56 trägt zu einem totalen Ausgleich der auf- und abgewickelten Längen um die Rolle 51 bei, während sich das Ellbogengelenk bewegt. Die Rolle 59 ist zu diesem Zweck fest an die Bewegung gekoppelt, welche die Rolle des Ellbogengelenkes durchführt, d.h. bezugnehmend auf Figur 2, daß die kleine Rolle 59 fest mit der Bewegung der Rolle oder der Rolle 29 in den Figuren 2b und 2c gekoppelt ist.

Wenn bei dieser Ausführungsform eine Bewegung des Ellbogengelenks allein durchgeführt wird, sind alle Seile, welche Bewegungen des Unterarms, der Zange, des Handgelenkes, der Drehung 11 etc. bewirken, relativ zu diesem Unterarm nicht in Bewegung.

In den Figuren ist lediglich ein Funktionsschema angegeben. Bei einer tatsächlichen Ausführung des Greifers ist die Führung der Seile im Prinzip die gleiche, jedoch durch eine Reihe von Umkehrrollen, Einrichtungen zur Spannungsregelung und Einrichtungen gegen eine Blockierung der Bewegung infolge Einklemmens der Kabel verkompliziert. Es ist besonders interessant, diese Ausführungsform wenigstens für die Seile der Klemmzange zu verwenden, was es ermöglicht, wenn das Objekt in der Zange gehalten wird, den entsprechenden Motor zu bremsen und so seine Stromaufnahme und weitere Erwärmung zu beenden, dabei jedoch die Zangp während aller Bewegungen des Greifers in der gleichen Klemmposition zu halten. Wenn man diese Anordnung auf sämtliche Bewegungen des Unterarms anwendet, ermöglicht ein einziges Seil 58 und eine einzige Umlenkrolle 57 die Verlagerung der entsprechenden Zahl in einem einzigen Flaschenzug befindlicher Rollen 56, der durch geeignete Führungsmittel parallel

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zu sich selber gehalten wird, und der so sämtliche Wicklungen der Stränge der gleichen Rollen ausgleicht, die denen auf der Achse des Ellbogengelenkes 7 entsprechen.

Nach dieser Beschreibung sind die hauptsächlichsten Vorteile der Anordnung des erfindungsgemäßen Greifers klar, Vorteile vor allem im Hinblick auf die Anordnung aller Motore auf dem Rumpf des Greifers, wodurch die bewegten Massen , nämlich Schaft 3, Arme 6 und 8 aufs äußerste reduziert werden, weiterhin die Durchführung der nötigen Untersetzung durch die alleinige Verwendung von Flaschenzügen mit Seilen oder Bändern, wobei die Flaschenzüge wenigstens zwei Stränge aufweisen und sowohl durch ihren einfachen Aufbau als auch durch das fehlende Spiel die Servolenkung solcher Arme auf eine ausgezeichnete und nicht sehr teure Art und Weise ermöglichen. Schließlich kann die erfindungsgemäße Anordnung auch unter extremen Bedingungen funktionieren, wie beispielsweise in Wasser oder verschiedenen Flüssigkeiten oder auch im luftleeren Raum, was besonders für industrielle Anwendungen, unter Wasser oder im Weltraum von Interesse ist. Das System der Seilstränge und Rollen kann sehr leicht an eine extreme Umgebung angepaßt werden, da es lediglich nötig ist, um ihre Funktion sicherzustellen, die Motore selbst in wasserdichte Gehäuse zu legen, die sie vor einer aggressiven Umgebung schützen, wodurch diese wasserdichten Schutzhüllen auf ein Minimum beschränkt werden können, da sie - wie man weiß - unter extremen Bedingungen, wie unter Wasser oder im freien Raum, Schwierigkeiten hervorrufen.

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Claims

- 19 Patentansprüche

Mit einem Motor versehener, schwenkbarer Greifer, bestehend aus einem festen Rumpf, auf welchem wenigstens 4 Motoren befestigt sind, wobei an dem Rumpf ein Ausleger angelenkt ist, der sich um eine Drehachse des Gesamtaufbaues verschwenken kann und der Ausleger aus wenigstens einem Schaft besteht, welcher die Drehung des Gesamtaufbaues durchführt und die Drehachse des Gesamtaufbaues mit der Längsachse des Schaftes zusammenfällt und bestehend weiterhin aus wenigstens zwei Gelenkelementen, einem oberen Arm, der an dem Schaft mit einem Schultergelenk angelenkt ist, dessen Achse die Rotationsachse des Gesamtaufbaues schneidet und weiterhin bestehend aus einem unteren bzw. vorderen Arm, der an dem oberen Arm mit einem Ellbogengelenk angelenkt ist, dessen Achse senkrecht zu der durch die beiden Arme definierten Fläche verläuft und die Achsen des Schulter- und Ellbogengelenkes parllel liegen oder ggf. bei einer bestimmten Drehstellung des oberen Arms um seine Achse parllel liegen können, wobei der untere Arm in einem Handgelenk endet, das ein Handstück bzw. ein Werkzeug trägt, das als Zange oder Hebel ausgebildet ist, und welches zumindest eine Schwenkbewegung um eine senkrecht zum unteren Arm liegende Achse des Handgelenks ausführen kann und der untere Arm schwerkraftausgependelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschwenkung jedes der Arme (6, 8) um eine ihrer Achsen (5, 7) von einem Betätigungsmotor (2) über ein Seil mit zwei entgegenwirkenden Strängen unter Mitwirkung je eines Flaschenzuges (17, 17') mit wenigstens zwei Strängen (18) gesteuert wird und daß gleichzeitig wenigstens zwei Paar dieser Flaschenzüge (17, 17') in dem Schaft (3)

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angeordnet sind und der diese Flaschenzüge (17, 17¹) verlassende Seilstrang über eine Umlenkrolle (21), die auf der Achse (5) des Schultergelenkes gelagert ist und dann in den festen Rumpf (1) in einer Art und Weise geführt wird, daß er parallel zur Achse (4) des Schaftes (3) und in deren Nähe verläuft und jeder Strang von einem der Motore (2) betätigt wird.
2. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entgegenwirkenden Seilstränge jedes Seiles oder Bandes , welche die Eigenbewegungen des Handstückes (10) steuern auf der einen und der anderen Seite von zwei Rollen (49, 51) von gleichem Durchmesser entlanggeführt sind, welche fest mit der Achse (5) des Schultergelenkes bzw. der Achse (7) des Ellbogengelenkes verbunden sind und daß jeder der Stränge des Seiles in dem Schaft (3) über Umlenkrollen (47) geführt ist, die fest mit dem Schaft (3) bzw. dem Rumpf (1) verbunden sind, solcherart, daß die Stränge parallel zur Achse (4) des Schaftes verlaufen und das Ende eines jeden Stranges fest mit der losen Rolle (44) eines Flaschenzuges mit wenigstens zwei Strängen verbunden ist und eines der Enden jedes der Flaschenzüge fest steht und das andere über eine gemeinsame Seilwinde (41) gewickelt ist, die mit einem an dem Rumpf (1) fest angebrachten Motor (2) verbunden ist.
3. Greifer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entgegenlaufenden Stränge jedes Seiles oder Bandes, welche die Eigenbewegungen des Handstückes (10) steuern, auf der der gleichen Seite von zwei Rollen (49, 51) mit

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gleichem Durchmesser entlanglaufen, die mit der Achse (5) des Schultergelenkes bzw. der Achse (7) des Ellbogengelenkes fest verbunden sind und jeder der entgegenlaufenden Stränge in dem Schaft (3) über eine Umlenkrolle (47) und eine lose Rolle (56) in einer Richtung parallel zur Achse des Schaftes geführt ist, so daß jeder Strang parallel zur Achse des Schaftes läuft, und der von der losen Rolle ablaufende Strang auf die lose Rolle geführt wird, daß ein Flaschenzug mit wenigstens zwei Strängen vorgesehen ist, der von einem mit dem Rumpf (1) verbundenen Motor (2) angetrieben wird, wobei die genannte lose Rolle (56) von einem Seil in Bewegung gesetzt wird, das über eine Rolle (57) läuft, die fest mit dem Rumpf (1) verbunden ist und in der Achse (4) des Schaftes (3) angeordnet ist und das Seil mit einem seiner Enden an der Achse der losen Rolle (56) befestigt ist und mit seinem anderen Ende an einer kleinen Rolle (59) , die fest mit der Achse (5) des Schultergelenkes verbunden ist und die einen Durchmesser aufweist, der nur halb so groß wie derjenige der Rolle (49) ist, die fest mit dieser Achse (5) verbunden ist.
4. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile oder Bänder von Seilwinden gesteuert werden, die fest mit den Antriebswellen der Motore verbunden sind.
5. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf (1), auf welchem die Motore (2) befestigt sind, in Verlängerung der Achse des Schaftes (3) angeordnet ist.

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6. Greifer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf (1) oberhalb des Schaftes (3) angeordnet ist.

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