DE2531991C2 - Motorisch angetriebener Manipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen motorisch angetriebenen Manipulator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Manipulator ist auf der DE-OS 22 49 894 bekannt. Bei dem bekannten Manipulator weist der Rumpf eine quer zur Längserstreckung des oberen Arms aufweisende Drehachse auf, an der der gesamte aus oberem Arm, unterem Arm und Werkzeug bestehende Gelenkarm mittels einer Lagervorrichtung aufgehängt ist. Der Oberarm kann bei dem bekannten Manipulator nur um die feststehende Drehachse des Rumpfs verschwenkt werden. An dem dem unteren Arm abgewandten Ende trägt der obere Arm des bekannten Manipulators vier Motoren, die über Seilzüge die Bewegungen des unteren Arms und des Werkzeugs steuern.

Der bekannte Manipulator hat den Nachteil, daß bei Bewegungen des Oberarms und mithin auch des damit verbundenen Unterarms und des Werkzeugs beträchtliche Massen bewegt werden müssen. Aufgrund der beträchtlichen Massenträgheit der vier beweglich angeordneten Motoren sind daher rasche Bewegungen des Gelenkarms nicht möglich. Die zum Drehen des gesamten Gelenkarms ortsfest am Rumpf angeordneten Motoren müssen entsprechend groß dimensioniert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Manipulator der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß die Gesamtmaße der beweglichen Teile des Manipulators im Vergleich zu den bekannten Manipulator verringert ist und dennoch eine einfache Kraftübertragung zwischen den Motoren und den jeweiligen anzutreibenden Teilen möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Manipulator der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Manipulator befinden sich die vier Motoren im Gegensatz zum Stand der Technik nicht an dem oberen Arm, also an einem beim

Betrieb des Manipulators bewegten Teil, sondern die Motoren sitzen fest auf den Rumpf. Der erfindungsgernäßc Schaft ist um seine Längsachse drehbar. Mit einer Drehbewegung um diese Längsachse dreht sich der gesamte Gelenkarm. Um nun eine günstige Kraftübertragung zu den einzelnen Teilen des Manipulators zu schaffen, sieht die Erfindung Flaschenzüge vor.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigen

Fig. la und Ib eine perspektivische Ansicht zweier Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Manipulators,

Fig. 2a—2d schematische Darstellungen der Seilzüge zur Steuerung der Bewegung des Schafts, des Schultergelenks und des Ellbogengelenks,

F i g. 3a und 3b schematische Darstellungen der Seilzüge zur Steuerung der Bewegung des unteren Arms und des Handgelenks,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eine Abwandlung des Steuersystems nach F i g. 3a.

In Fig. 1 sind zwei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Manipulators dargestellt; in Fig. la ist Der dargestellte Manipulator kam; 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.

Man sieht leicht, daß der Manipulator im besten Fall auch den Bereich unterhalb des Schaftes und des Schultergelenkes befahren kann und daß der Rumpf 1 eine

ίο leichte Befestigung einer oder zweier Seite an Seite liegender Manipulatoren 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 F i g. Ib ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Manipulators 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 Fig. la 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, der ein gifti-

ein besonderer Manipulator gezeigt, der für Arbeiten 25 ges von einem sauberen Milieu trennt. Er kann sich mit horizontal liegendem Schaft unter einer Vorrich- gleicherweise in einem prismatischen oder zylindrischen tung mit festem Auflager geeignet ist, der Manipulator Behälter befinden, der an einem Unterwasser- oder nach Fig. Ib kann vollkommen in eine Linie gebracht Raumfahrzeug angebracht ist, um ihn zum Schutz oder werden, sei es für seine vertikale, sei es für seine hori- zur Beförderung aufzunehmen. Wenn schließlich der zontale Verwendung und erlauft damit das Einbringen 30 Schaft in eine vertikale Lage gebracht wird, kann der in eine Schutzhülse mittels einer Verschiebebewegung Manipulator nach F i g. 1 eines der Elemente eines tele-

skopierbaren Rohres darstellen, das direkt in der Vertikalen ausgezogen werden kann.
In den F i g. 2 ist der Seilverlauf dargestellt, der in den

längs des Schaftes. Man sieht in F i g. la, daß der Rumpf 1 von einem Auflager 1' des Manipulators getragen wird, auf welchem auch die Motore 2 angeordnet sind,

die hier seitlich auf der sichtbaren Fläche und der abge- 35 erfindungsgemäßen Manipulator die Steuerung der ver

deckten Fläche liegen. Der Schaft 3 kann eine Bewegung um die Rotationsachse 4 des Gesamtaufbaues durchführen, welche mit der Achse des Schaftes zusammenfällt. Dieser endet in einem Schultergelenk, dessen schiedenen Bewegungen des Schaftes, des Schulteroder Ellbogengelenks, ausgehend von den entsprechenden Motoren steuert.
In F i g. 2a ist der Seilverlauf zur Bewegung des Schul-

Achse 5 senkrecht zur Achse 4 gerichtet ist und diese 40 tergelenkes gezeigt. Der obere Arm 6, der untere Arm 8

schneidet. In dem Schultergelenk ist ein oberer Arm 6 sowie der Schaft 3 mit der Achse 4 sind nur schematisch

angelenkt, der in einem Ellbogengelenk mit einer Achse 7 endet, die parallel zur Achse des Schultergelenks 5 liegt. Um die Achse des Ellbogengelenks dreht sich ein

unlerer bzw. vorderer Arm 8, der in einem Band- oder Kncbelgelenk 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 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 Achsen des Schultergelenkes 5 antreibt. Auf der Rolle 15 laufen 2 einander entgegenwirkende Stränge 16, 25 des Übertragungsseils. Das Seil ist an der Rolle festgemacht. Das Seil 16 ist an einer losen Rolle 17 befestigt,

Drehung um seine eigene Achse ausführen, die mit dem so die mehrere Stränge trägt, die über Rollen 17' laufen, die Pfeil 11 (F i g. 1 a) angedeutet ist, und die Zange kann mit dem Schaft fest verbunden sind. Der Strang 18 ist an 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.

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.

Schließlich kann die Zange auch noch eine Klernmbe- 55 Das Seil läuft dann über eine Rolle 21, die lose auf der wegung ausführen. Achse des Schultergelenkes 5 angeordnet ist. Dieser

Der Gesarmaufbau des Schaftes 3 und die Arme 6 und Strang des Seils 22 läuft zum Hinterende des Schaftes 8 bilden eine Ebene, in welcher sich auch die Zange 10 in und beaufschlagt eine Rolle 23, die am Rumpf befestigt einer für eine Drehbewegung 11 geeigneten Lage befin- ist, wickelt sich dann auf eine Seilwinde 24, die von der den kann. Die zwei Gegengewichte 13 auf der einen und 60 Achse eines Motors 2 getragen wird. Um in der Praxis der anderen Seite des Schaftes 3 stellen durch ihre ho- ein Drehmoment zu erhalten, das den praktischen Bedingungen eines Ferngreifers entspricht, weist der Flaschenzug 17, 17', je nach der gewünschten Kraft zwei bis sechs Stränge auf und kann der Motor 2 ein Dreh-

se 4 sein mag. Es ist ebenfalls dargestellt, daß auf den 65 momentmotor mit geringer Geschwindigkeit und groseitlichen Flächen des Rumpfes des Manipulators t zwi- ßem Drehmoment sein. Der entgegenwirkende Strang

läuft über die gleiche Antriebsrolle 15, die mit dem Arm 6 fest verbunden ist, und ist an einem Flaschenzug

mothetische 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 Achschen den verschiedenen Motoren 2 ein Kraftverstärker 14 in der Nähe der Motore angeordnet ist.

und einem entgegenwirkenden ähnlichen Seilsystem befestigt, das symmetrisch unterhalb der Ebene 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 4 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 Fig. la dargestellt ist. Bei einer Anordnung nach Fig. Ib liegt der Motor 2 weiter entfernt in der Achse des Schaftes 4 und die Rolle 23 kann in Wegfall kommen.

Aus F i g. 2b ersieht man, daß die Steuerung der Bewegung des Ellbogengelenkes um die Achse 7 ähnlich der oben beschriebenen Rolle 15 über die 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 Manipulator an Flaschenzügen befestigt, wie dem Flaschenzug 17,17', der in der F i g. 2a dargestellt ist, und sind an festen Stellen und Rollen befestigt, die fest mit dem Schaft 3 verbunden sind. Man kann sich daher leicht vorstellen, daß die Einzelelemente der Figuren in den F i g. 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. In dem in den F i g. 2a und 2b dargestellten Beispiel sieht man, daß wenn die zwei Stränge 31 und 32 unbewegt bleiben, und die Stränge 16 und 25 über Rollen 15 laufen, um den oberen Arm 6 zu bewegen, die beiden parallelen Stränge 28,28' (F i g. 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 (F i g. 2a) gesteuerte Bewegung einer Verschwenkung des oberen Arms 6 eine Bewegung des vorderen oder unteren Arms 8 hervorruft die einer Parallelverschiebung entspricht

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

ίο 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 ent- ι sprechen, nach ihrer Umlenkung über die Rollen 21 und 23 eine Fläche von 4 jeweils paarweise entgegenwirken- j den 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, dessen das in Fig.2c dargestellte Parallelogramm entspricht, eine der interessantesten Eigenschaften der Erfindung verkörpert, die dazu führt, daß die Untersetzung der Bewegungen des Schulter- und Elibogengelenks die gleiche ist und daß die Steuerung in einer additiven und ausgeglichenen Art und Weise erfolgt.

In Fig.2d ist die Anordnung der Seilzüge für eine ^! Bewegung des Schaftes um die Achse 4 oder eine Drehbewegung des Gesamtaufbaus dargestellt. Man sieht in F i g. 2d den Schaft 3, der sich um die Achse 4 dreht und der die 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 Seilstränge 34 angetrieben wird. Der entgegenwirkende Strang ist in dieser Figur nicht dargestellt In der in F i g. 2d dargestellten Ausführung läuft der Strang 34 über eine Umlenkrolle 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 Fiaschenzüge sind ähnlich denen, die bereits in der F i g. 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 Manipulators gemäß F i g. 1 b die Flaschenzüge 37 in der Hauptachse des Manipulators 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 Manipulators, wie sie durch 6', 8' dargestellt ist ausreicht

Man ersieht aus den F i g. 3 und 4, daß die Verseilung der verschiedenen Eigenbewegungen des unteren bzw. vorderen Armes, die einerseits in einer Drehung besteht wie sie durch den Pfeil 11 in F i g. 1 angegeben ist und anderenteils den beiden Bewegungen der Zange, Anheben und Drehen, die ebenfalls in der Fig. la dargestellt sind, sechs einander entgegenwirkende Seile je-

weils paarweise benötigt. In den Fig.3 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welche die Übertragung mit den drei Seilpaaren darstellt. In Fig.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 Gesamtaufbaus 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 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 der Fläche in der Nähe der Achse 4 zurück, etc Man erkennt, daß während einer Bewegung des Ellbogen- oder Schultergelenkes, wenn der entsprechende 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 Fig.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 F i g. 1 ersehen hat, kann der untere Arm 8 eine Drehbewegung um seine eigene Achse, die in der Fig. la 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 Fig.3a dargestellt 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 F i g. 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 Manipulator 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 (F i g. 1), die Klemmbewegung der Zange etc

In Fig. 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 F i g. 4 dargestellt ist, die Unbequemlichkeiten der Anordnung nach F i g. 3 vermeiden. In dieser Anordnung laufen alle Stränge auf der gleichen Seite der Rollen 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 F i g. 4 gleicht dieser 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 F i g. 2a der Strang 58 auf einer kleinen Rolle 59 aufgewickelt 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 entspricht. Die verdoppelnde Rolle 56 trägt zu einem totalen Ausgleich der auf- und abgewickelten Längen um die Rolle 5Ϊ 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 F i g. 2, daß die kleine Rolle 59 fest mit der Bewegung der Rolle 27 oder der Rolle 29 in den F i g. 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 Hangelenkes, 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 Manipulators 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 Zange während aller Bewegungen des Manipulators 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 par- alle! 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 hauptsächlichen Vorteile der Anordnung des erfindungsgemäßen Manipulators klar, Vorteile vor allem im Hinblick auf die Anordnung aller Motore auf dem Rumpf des Manipulators, 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 extrenen Bedingungen, wie unter Wasser oder im freien Raum, Schwierigkeiten hervorrufen.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Motorisch angetriebener Manipulator mit mindestens vier Motoren (2), einem feststehenden Rumpf (1), einem drehbar daran angebrachten Schaft (3), einem Gelenkarm (6, 8), dessen oberer Arm (6) an einem Schultergelenk um eine zur Drehachse des Schafts senkrechte Achse (5) schwenkbar am Schaft und dessen unterer Arm (8) an einem Ellenbogengelenk um eine zu der durch die beiden Arme (6,8) definierten Ebene senkrechten Achse (7) schwenkbar am Oberarm (6) angelenkt sind und einem am Unterarm (8) befindlichen Handgelenk, das ein Handstück (10) oder ein Werkzeug trägt, welches als Zange oder Hebel ausgebildet ist, und das zumindest eine Schwenkbewegung um eine zur Längsachse des Unterarms senkrechten Achse des Handgelenks ausführen kann, daß der Gelenkarm ausbalanciert ist, und daß die Verschwenkung jedes der Arme um.eine seiner Achsen von einem Motor über ein Seil mit zwei entgegenwirkenden Strängen gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens vier Motoren (2) am Rumpf (1) befestigt sind, daß die Schwenkachse (5) des Schultergelenks die Drehachse (4) des Schafts (3) schneidet, daß für die Bewegungsübertragung des oberen Arms, des unteren Arms und des Werkzeugs (6, 8, 10) jeweils ein Flaschenzug (17, 17') mit mindestens zwei Seilsträngen (18, 28, 48) vorgesehen ist, wobei mindestens zwei der Flaschenzüge im Schaft (3) angeordnet sind und der jeweils von diesen Flaschenzügen ablaufende Seilstrang (16,25) über eine Umlenkrolle (15) die auf oder in der Nähe der Achse (5) des Schultergelenks gelagert ist, umläuft und dann derart in den Rumpf (1) geführt ist, daß er parallel zu der Längsachse (4) des Schafts (3) und in deren Nähe verläuft, und daß jeder der ablaufenden Stränge von einem der Motoren (2) betätigt wird.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entgegenwirkenden Seilstränge jedes Seils, das die Bewegungen des Handstücks (10) steuert, auf der einen und der anderen Seite von zwei Rollen (49, 51) von gleichem Durchmesser entlanggeführt sind, welche fest mit der Achse (5) des Schultergelenks bzw. der Achse (7) des Ellbogengelenks verbunden sind und daß jeder der Stränge des Seils in dem Schaft (3) über Umlenkrollen (47) geführt ist, die fest mit dem Schaft (3) bzw. dem Rumpf (1) derart verbunden sind, daß die Stränge parallel zur Achse (4) des Schafts verlaufen, und daß das Ende eines jeden Strangs fest mit der losen Rolle (44) eines Flaschenzuges verbunden ist, während eines der Enden jedes der Flaschenzüge befestigt ist und das andere über eine gemeinsame Seilwinde (41) gewickelt ist, die mit einem der am Rumpf (1) fest angebrachten Motoren (2) verbunden ist.

3. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einander entgegenlaufenden Stränge jedes Seils, das die Bewegungen des Handstücks (10) steuert, auf der gleichen Seite von zwei Rollen (49,51) mit gleichem Durchmesser entlanglaufen, die mit der Achse (5) des Schultergelenks bzw. der Achse (7) des Ellbogengelenks fest verbunden sind, daß jeder der entgegenlaufenden Stränge in dem Schaft (3) über eine Umlenkrolle (47) und eine lose Rolle (56) in einer Richtung parallel zur Achse des Schafts geführt ist, so daß jeder Strang (48, 58) parallel zur

Achse des Schafts läuft, daß der von der losen Rolle

(56) ablaufende Strang auf die lose Rolle geführt wird, daß ein Flaschenzug von einem der mit dem Rumpf (1) verbundenen Motoren (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 Schafts (3) angeordnet ist, und 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 Schultergelenks 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. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seile von Seilwinden gesteuert werden, die fest mit den Antriebswellen der Motoren verbunden sind.

5. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf (1), auf welchem die Motoren (2) befestigt sind, in Verlängerung der Achse des Schafts (3) angeordnet ist

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