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Die Erfindung betrifft ein Drehgelenk für Manipulatoren, mit welchem ein Gelenkarm gegen- über einem andern verschwenkbar ist.
Bei Manipulatoren herkömmlicher Bauart sind jeweils zwei Arme über ein einziges Drehgelenk miteinander verbunden, wobei die Relativbewegung des einen Armes gegenüber dem andern in der Regel nur in einer Ebene stattfindet. Wird zusätzlich eine Bewegungsmöglichkeit eines Armes bzw. eines daran befestigten Arbeitsmechanismus aus der einen Ebene heraus gefordert, dann muss ein zweites Gelenk für die Bewegung des Armes in einer zweiten Ebene angeordnet werden, das durch einen Zwischenarm vom ersten Gelenk distanziert ist.
Eine solche Anordnung hat in manchen Anwendungsbereichen den Nachteil, dass der Raum, in welchem sich der Arbeitsmechanismus bewegen kann, eingeschränkt und die Steuerung der Bewegungsabläufe verkompliziert wird. Ausserdem erhöht der zusätzliche Zwischenarm das Gewicht der Anordnung.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Drehgelenk für Manipulatoren zu schaffen, das die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweist und die Möglichkeit eröffnet, dass der Arm des Gelenkes sich nach allen Richtungen bewegen kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass das Gelenk zwei senkrecht aufeinanderstehende, einander durchsetzende, kreisringförmige Räder aufweist, die an den Innenflächen ihrer zentralen Ausnehmung einstückig miteinander verbunden sind, und beide Räder beidseitig vorstehende zylindrische Gleitflächen aufweisen, mit denen sie in je einem Gehäuse drehbar gelagert sind, welches Gehäuse auch das Antriebselement enthält, wobei jeweils das Gehäuse des einen Rades die zentrale Ausnehmung des andern Rades durchsetzt.
Der Vorteil des erfindungsgemäss ausgestalteten Drehgelenks für Manipulatoren liegt darin, dass ein Zwischenarm entfällt und dass es sich in seinen Eigenschaften denen eines sogenannten idealen Gelenks, wie es beispielsweise ein Kugelgelenk wäre, bei dem sich die Achsen der Arme stets in einem Punkt schneiden, ziemlich annähert, da die Achsen der Arme sehr knapp aneinander vorbeilaufen, was bedeutet, dass ihr kürzester Abstand jedenfalls noch innerhalb der Konstruktion des Gesamtgelenks liegt, wodurch ein Schwenkbereich des jeweils verschwenkbaren Armes allseitig von mindestens 180 , typisch jedoch bis 240 , erreicht wird.
Die Erfindung kann in mehreren Ausführungsformen verwirklicht werden. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist jedes Rad als Schneckenrad ausgebildet, das in eine Antriebsschnecke eingreift, die in dem jedem Rad zugeordneten Gehäuse gelagert ist.
Bei einem andern Ausführungsbeispiel ist jedes Rad als Kettenrad ausgebildet, und das Antriebselement ist eine Rollenkette, deren Enden mit im Gehäuse beweglich gelagerten Kolben über Kolbenstangen verbunden sind.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse jedes Rades als Gehäuse eines Drehwinkelmotors für ein hydraulisches oder pneumatisches Arbeitsmedium ausgebildet ist, wobei das den Innenraum umschliessende Gehäuse einen ringförmigen Hohlraum bildet, auf dessen inneren rohrförmigen Teil ein hülsenförmiger Teil des Rades mit der Gleitfläche drehbar gleitet und mit einem Flügelkolben versehen ist, dessen Form dem inneren Querschnitt des ringförmigen Hohlraumes angepasst ist und der Arm einen in das Gehäuse hineinreichenden Fortsatz trägt, dessen Gestalt der des Flügelkolbens entspricht, und im Gehäuse beiderseits des Armes Ein- und Auslassöffnungen für das Arbeitsmedium vorgesehen sind.
In der folgenden Beschreibung soll die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen Fig. l ein erstes Ausführungsbeispiel schematisch in Schnittdarstellung, Fig. 2 dasselbe, jedoch in der Ansicht um 900 gedreht, wobei ein Arm um 450 verschwenkt dargestellt ist, Fig. 3 in räumlicher Darstellung die beiden miteinander verbundenen Räder, Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel schematisch im Schnitt, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel, ebenfalls in schematischer Schnittdarstellung, bei der das Gelenk und der Antrieb als Einheit ausgebildet sind, und Fig. 6 das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5, jedoch um 900 gedreht und mit einem um 450 verschwenkten Arm.
Bei dem in Fig. l dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden senkrecht aufeinanderstehenden, einander durchsetzenden, kreisförmigen Räder --1-- als Schneckenräder ausgebildet.
Sie sind innerhalb ihres Durchbruches --2-- an der mit --3-- bezeichneten Stelle fest miteinander
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verbunden, u. zw. in der Weise, dass der Zahnkranz sowie die Gleitfläche --8-- des einen Schnekkenrades jeweils durch die kreisförmige Ausnehmung --2-- des andern Schneckenrades hindurchgehen. Die Schneckenräder --1-- sind jeweils von einem Gehäuse --4-- umgeben, in welchem die Räder --1-- mit ihren Gleitflächen --8-- in der Gehäusewand gelagert sind. Jedes Gehäuse --4-- des einen Rades --1-- durchdringt die zentrale Ausnehmung des andern Rades.
Jedes Gehäuse --4-- weist ausserdem eine Kammer auf, in der eine Antriebsschnecke --5--, die mit dem Rad--1- kämmt, untergebracht ist.
Der Antrieb der Schnecke --5-- kann in beliebiger Art vorgenommen werden. Zweckmässig verwendet man elektro-hydraulische oder elektro-pneumatische Motoren.
Setzt man voraus, dass in Fig. l der linke Arm feststehend ausgebildet ist und die in der Zeichnung links liegende Schnecke --5-- über die Welle --6-- zum Rotieren gebracht wird, überträgt sich die Drehbewegung auf das linke Schneckenrad, das ja bei --3-- fest mit dem linken Schneckenrad verbunden ist, eine Winkelbewegung in der Zeichenebene ausführt. Wird hingegen das rechte Schneckenrad angetrieben, dann bewegt sich das linke Schneckenrad aus der Zeichenebene heraus. Zum besseren Verständnis wurde vorstehend angenommen, dass jeweils nur ein Schneckenrad angetrieben wird. Es ist jedoch offensichtlich, dass beide Schneckenräder-l-auch gleichzeitig und gegbenenfalls mit verschiedenen Geschwindigkeiten angetrieben werden können, was zu einer räumlichen Bewegung des nicht feststehenden Armes --7-- führt.
Fig. 2 zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel wie Fig. l, jedoch in einer um 90 verdrehten Ansicht, wobei der rechte Arm --7-- um etwa 450 verschwenkt dargestellt ist.
Um die Verbindung der beiden kreisringfömigen Räder --1--, die bei allen Ausführungsbeispielen vorgesehen ist, klar herauszustellen, sind in Fig. 3 die beiden Räder-l-als wesentliche Einheit der Erfindung in räumlicher Darstellung veranschaulicht. Mit --3-- ist die Verbindungsstelle bezeichnet, an der die beiden Räder einstückig miteinander verbunden sind. Die beidseitig vorstehenden zylindrischen Gleitflächen --8--, mit denen jedes Rad im Gehäuse --4-- nach Art eines Gleitlagers gelagert ist, sind dick ausgezogen eingezeichnet.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt, bei dem die in Fig. l mit-1-bezeichneten Räder als Kettenräder --9-- ausgebildet sind, die von einer Rollenkette --11-- in Umdrehung versetzt werden können. Die geometrische Anordnung der beiden Kettenräder --9-- ist dieselbe wie bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel und so miteinander verbunden, wie dies in Fig. 3 gesondert dargestellt ist. Die Rollenkette --11-- ist an ihren beiden Enden jeweils mit der Kolbenstange --12-- eines Kolbens --13-- eines hydraulischen oder pneumatischen Zylinders verbunden.
Umlenkrollen --10-- sorgen für eine richtige Führung der Kette --11-- im Bereich der Kettenräder --9--. Da die Gleitfläche --8-- bei den beiden bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung belastet wird, kann es vorteilhaft sein. an diesen Stellen Kegelrollen- oder auch Pendelrollenlager vorzusehen.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Gelenk und der Antrieb als eine Einheit ausgebildet sind. Dieses Ausführungsbeispiel stellt sich im wesentlichen als Kombination zweier Drehwinkelmotoren mit hydraulischem oder pneumatischem Antrieb dar. An Stelle der bei Drehwinkelmotoren üblichen Vollwelle sind die hier verwendeten Drehwinkelmotoren mit einer Art Hohlwelle - ausgerüstet, die man in diesem Falle auch als Innenring bezeichnen kann, so dass die zentrale Ausnehmung --2-- bestehen bleibt, wie dies auch bei den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der Fall ist. Auf dem Innenring --17-- ist eine Gleitfläche --18-- ausgebildet, die zugleich die Abdichtung zur Verhinderung des Austrittes des Arbeitsmediums übernimmt.
Auf dem
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Rad umschliesst, ist mit --15-- bezeichnet und stellt die Zylinderwand des Drehwinkelmotors dar, an der der Flügelkolben --19-- gleitet und die wieder mit der Gleitfläche --18-- ein Gleitlager bildet, wobei an dieser Stelle auch die Abdichtung gegen einen Austritt des Arbeitsmediums (Öl oder Luft) erfolgt. Mit --16-- ist ein Gegen- oder Anschlagkolben bezeichnet, welcher zwischen den Ein- bzw. Auslässen --20-- für das Arbeitsmedium auf dem Arm --7-- angebracht ist und dessen Gestalt jener des Arbeitskolbens-l-entspricht.
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Fig. 6 zeigt das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel um 900 verdreht dargestellt, wobei der rechte Arm --7-- wieder um etwa 450 verschwenkt eingezeichnet ist.
Das der Erfindung zugrunde liegende Prinzip ist bei allen Ausführungsbeispielen dasselbe, sie unterscheiden sich lediglich durch die Art des Antriebes. Wesentlich ist die Verschränkung der beiden Räder und ihre feste Verbindung innerhalb ihrer zentralen, kreisförmigen Ausnehmung. Setzt man voraus, dass ein Arm feststehend ist, kann sich der andere Arm innerhalb eines kegelförmigen Raumes bewegen, dessen Öffnungswinkel bis zu etwa 240 betragen kann. Das erfindungsgemässe Drehgelenk ermöglicht daher die Herstellung von Manipulatoren, deren Arbeitswerkzeuge in einem weiten Bereich platzsparend eingesetzt werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Drehgelenk für Manipulatoren, mit welchem ein Gelenkarm gegenüber einem andern verschwenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk zwei senkrecht aufeinanderstehende,
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hende zylindrische Gleitflächen (8,18) aufweisen, mit denen sie in je einem Gehäuse (4,15) drehbar gelagert sind, welches Gehäuse, auch das Antriebselement (5,11, 19) enthält, wobei jeweils das Gehäuse (4,15) des einen Rades die zentrale Ausnehmung (2) des andern Rades durchsetzt.