DE1281653B - Manipulator - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B 25 j

B 66 c

Deutsche Kl.: 35 b-6/25

Nummer: 1281 653

Aktenzeichen: P 12 81 653.4-22 (C 34319)

Anmeldetag: 9. November 1964

Auslegetag: 31. Oktober 1968

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator mit einer um ihre feste Längsachse drehbaren Wanddurchführung, an deren Enden zwei durch Gegengewichtsanordnungen gewichtsmäßig ausgeglichene, je ein Oberarmglied und zumindest je ein daran angelenktes Unterarmglied aufweisende, in einer gemeinsamen Ebene verschwenkbare Gelenkarme angelenkt sind, von denen der eine ein Steuerarm mit einem Betätigungsorgan und der andere ein Arbeitsarm mit einem Arbeitsorgan ist und deren einander entsprechende Armglieder über biegsame, parallel zu der gemeinsamen Ebene der Arme über Umlenkrollen geführte Zugorgane mechanisch gekuppelt sind, wobei zumindest eines der Armglieder des einen Armes relativ zu dem entsprechenden Armglied des anderen Armes in der gemeinsamen Ebene der Arme winkelmäßig verstellbar ist und wobei die beiden Oberarmglieder für gegensinnige, die beiden Unterarme für gleichsinnige Schwenkbewegungen durch die biegsamen Zugorgane gekuppelt sind, welche über Umlenkrollen ao laufen, oder an die Winkelschwenkungen der Armglieder in den Verbindungsgelenken bestimmenden Triebscheiben angreifen.

Ein Manipulator, der eine um ihre feste Längsachse drehbare Wanddurchführung aufweist, an deren einem Ende ein Steuerarm und an deren anderem Ende ein Arbeitsarm angelenkt ist. wobei sowohl der Steuerarm als auch der Arbeitsarm aus je einem Oberarmglied und zumindest je einem daran angelenkten Unterarmglied bestehen, die beiden Oberarmglieder für eine gegensinnige Schwenkung um die Gelenke an den Enden der Wanddurchführung miteinander gekuppelt sind und die Unterarmglieder und die an ihnen angelenkten Steuer- bzw. Arbeitsorgane in bezug auf ihre Winkelschwenkungen um die entsprechenden Arm- bzw. Handgelenke für eine gleichsinnige Schwenkung gekuppelt sind, ist aus der französischen Patentschrift 1 285 335 bekannt. Dieser Manipulator ermöglicht es, durch Vornahme bestimmter Bewegungen an dem auf der einen Seite einer eine von radioaktiv verseuchter Atmosphäre erfüllte Kammer gegen die Umgebung abschließenden Trennwand gelegenen Steuerorgan entsprechende Bewegungen des auf der anderen Seite dieser Wand liegenden Arbeitsorgans zu bewirken, wobei ein Durchsichtsfenster in der Trennwand die Möglichkeit bieten soll, die Ausführung der Steuerbewegungen zu beobachten. Bei dieser Beobachtung ergeben sich jedoch dadurch Schwierigkeiten, daß es für ein Tätigwerden des Arbeitsorgans in der Nähe der Trennwand erforderlich ist, das am unteren Ende des Steuerarmes sitzende Steuerorgan sehr weit von der Trennwand zu entfernen, Manipulator

Anmelder:

Commissariat a !'Energie Atomique, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Beetz und Dipl.-Ing. K. Lamprecht, Patentanwälte,

8000 München 22, Steinsdorfstr. 10

Als Erfinder benannt:
Jean Vertut, Paris

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 15. November 1963 (953 982),
vom 29. Oktober 1964 (993 170)

da die Unterarmglieder von Steuerarm und Arbeitsarm so miteinander verkoppelt sind, daß sie stets eine zueinander parallele Lage im Raum einnehmen. Dies bedeutet jedoch, daß man auf eine unmittelbare Beobachtung des Arbeitsorgans in seiner wandnahen Lage verzichten muß oder aber gezwungen ist, entweder das Durchsichtsfenster sehr groß zu machen, was schon aus Abdichtungsgründen nicht immer möglich ist, oder aber eine Beobachtungsoptik mit Spiegeln vorzusehen, die jedoch eine zuverlässige Beobachtung der Bewegungen des Arbeitsarmes erst nach längerer Einübung und Gewöhnung an solche Beobachtungsverhältnisse ermöglichen kann. In vielen Fällen wird man also mit diesem bekannten Manipulator den jenseits der Trennwand liegenden Arbeitsraum nur unvollkommen ausnutzen.

Nun gibt es zwar bereits Manipulatoren, die derartige Beobachtungsschwierigkeiten bei der Verfolgung der Bewegungen des Arbeitsorgans vermeiden; auch diese Manipulatoren können jedoch beim praktischen Einsatz nicht voll zufriedenstellen.

So ist in der USA.-Patentschrift 2 846 084 ein Manipulator beschrieben, bei dem die Verkopplung zwischen dem Steuerorgan und dem Arbeitsorgan bzw. den zugehörigen Trägern für diese Organe rein elektrisch ausgeführt ist, so daß bei entsprechend kleinen Abmessungen des Steuerarmes nicht mehr die Notwendigkeit besteht, daß sich der Bedienungsmann bei irgendeiner Stellung des Arbeitsarmes in bezug auf die Trennwand wesentlich von dem Durchsichtsfenster

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entfernt, er also stets eine unmittelbare Beobachtungs- Gelenkachse des gleichen Armes drehbares Element möglichkeit für die Bewegungen des Arbeitsorgans um diese Achse dreht, die außerdem Umlenkrollen behält. Nachteilig ist bei diesem Manipulator jedoch für Zugorgane trägt und an die Gegengewichtsdie große Anzahl von getrennten Antriebsorganen, anordnungen angelenkt sind.

die durch die rein elektrische Verkopplung von Steuer- 5 Bei der erfindungsgemäßen Ausführung eines Maniorgan und Arbeitsorgan erforderlich wird, da für den pulators lassen sich wahlweise drei verschiedene Antrieb jedes einzelnen Gliedes des Arbeitsarmes Verstellmöglichkeiten erzielen: Zum einen kann der mindestens ein eigener Elektromotor vorgesehen sein gesamte Arbeitsarm durch eine Winkelverstellung eines muß. Dies bedeutet einerseits eine wesentliche Ver- einzigen Armgliedes des Steuerarmes als Ganzes teuerung dieses Manipulators und zum anderen auch io relativ zum Steuerarm verschwenkt werden, zum einen Verzicht auf eine unmittelbare kraftschlüssige zweiten läßt sich durch eine Winkelverstellung eines Verbindung zwischen den Bewegungen des Steuer- Armgliedes des Steuerarmes lediglich eine relative organs einerseits und denen des Arbeitsorgans an- Verstellung gegenüber dem entsprechenden Armglied dererseits, wie sie bei einer mechanischen Verkopplung des Arbeitsarmes erzielen_r wobef die anderen Armvon Steuerarm und Arbeitsarm möglich und für ein 15 glieder des Arbeitsarmes keine Winkelverstellung rasches Eingewöhnen in die Arbeitsweise des Manipu- gegenüber den ihnen entsprechenden Armgliedern lators sehr vorteilhaft ist. Der Einsatz dieses bekannten des Steuerarmes erfahren, und zum dritten kann eine Manipulators ist also in zweierlei Weise relativ kost- Verstellbewegung an einem Armglied des Steuerarmes spielig, da einerseits seine Gestehungskosten hoch sind eine Änderung der gegenseitigen Winkellagen der und er andererseits nur von gut ausgebildetem Personal 20 Armglieder des Steuerarmes gegenüber den Armbedient werden kann. gliedern des Arbeitsarmes während der Schwenkin den deutschen Patentschriften 1129 670 und bewegungen eines anderen Armgliedes mit sich bringen. 1154 249 sind schließlich Manipulatoren beschrieben, Außerdem tritt bei der vorgesehenen Anordnung auch bei denen der Arbeitsarm und der Steuerarm mecha- bei Verstellbewegungen eines oder mehrerer Armriisch miteinander verkoppelt sind und beim Betrieb 25 glieder keinerlei Längen- oder Spannungsänderung in des Manipulators gleichsinnige Bewegungen ausführen, : den Zugorganen für die Übertragung von Bewegungen außerdem aber eine winkelmäßige Verstellbarkeit des der Betätigungsorgane an den Unterärmgliedern des Arbeitsarmes gegenüber dem Steuerarm vorgesehen Steuerarmes auf die Arbeitsorgane an den Unterarmist. Bei beiden Manipulatoren sind sowohl der Arbeits- gliedern des Arbeitsarmes auf, die ungewollte Bewegunarm als auch der Steuerarm als Teleskoparme aus- 30 gen dieser Zugorgane oder eine Erhöhung oder eine geführt, und es ist jeweils nur ein einziges Schulter- · Verringerung von deren Haltekraft zur Folge haben gelenk vorhanden, um das eine Schwenkung des könnten. Vorteilhaft ist schließlich, daß sich der Arbeitsarmes erfolgen kann. Dabei ist für die Ver- Gewichtsausgleich der einzelnen Armglieder in sehr stellung des Arbeitsarmes gegenüber dem Steuerarm einfacher Weise dadurch erreichen läßt, daß man die ein komplizierter Mechanismus vorgesehen, bei dem 35 Gewichtsausgleichsanordnungen an jeweils derjenigen ein motorisches Verstellorgan, das Jn einem Parallelo-- *-. Gelenkachse vorsieht/ in der die Verstellbewegung grammgestänge angeordnet ist, auf einen doppel- vorgenommen wird, bzw. an diese Achse anlenkt, armigen Hebel einwirkt, der seinerseits eine untere Die Erfindung: wird nunmehr durch eine Beschrei-, Kuppelstange zur Verstellung des Arbeitsarmes ver- bung erläutert, die sich auf in der Zeichnung dargeschiebt. Ein derartiger Mechanismus ist auf Grund 40 stellte Ausführungsbeispiele bezieht. In der Zeichnung seiner Kompliziertheit einerseits teuer und andererseits zeigt'

störanfällig und insofern für den Einsatz der bekannten Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfin-

Manipulatoren von Nachteil, wozu weiter hinzukommt, dungsgemäß ausgebildeten Manipulators mit zwei daß keinerlei Vorkehrung dafür getroffen ist, daß die gelenkig gekuppelten Armgliedern je Arm, für die Übertragung der Steuerbefehle vom Steuerarm 45 Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Maniauf den Arbeitsarm bzw. dessen einzelne Glieder _;; pulators mit drei gelenkig gekuppelten Armgliedern erforderlichen Zugorgane durch die Verstellbewegung je Arm,

weder eine Längenänderung noch eine Spannungs- Fig. 3 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsänderung erfahren, die zu ungewollten Bewegungen form des in F i g. 1 schematisch veranschaulichten dieser Organe oder zu einer Erhöhung oder einer 50 Manipulators,

Verringerung der Haltekraft des Arbeitsorgans führen. F i g. 4 ein Schema einer Anordnung von unter-

Der Erfindung liegt daher, ausgehend von diesem schiedlichen Zugorganverbindungen eines nach F i g. 3 bekannten Stande der Technik, die Aufgabe zugrunde, ausgeführten Manipulators,

einen Manipulator zu schaffen, der unter Vermeidung F i g. 5 eine schematische Darstellung für Gewichts-

der oben aufgezählten Nachteile der bekannten 55 ausgleichsvorrichtungen eines Manipulators nach Manipulatoren und bei konstruktiv einfachstem und Fig. 3,

damit sowohl leichtem als auch preiswürdigem Aufbau F i g. 6 eine Zusammenstellung einer zweiten Auseine ständige unmittelbare Beobachtung der Bewe- führungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten gungen des Arbeitsorgans auch durch ein relativ Manipulators mit zwei gelenkig gekuppelten Armkleines Durchsichtsfenster hindurch ermöglicht, ohne 60 gliedern je Arm,

daß dazu auf eine unmittelbare mechanische Verbin- F i g. 7 ein kinematisches Schema für die Überdung von Arbeitsarm und Steuerarm verzichtet tragung der Bewegungen im Schultergelenk bei einem werden muß. Manipulator nach Fig. 6,

. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Mani- F i g. 8 eine in Kavalierperspektive dargestellte

pulator der eingangs erwähnten Art, erfindungsgemäß 65 Ansicht eines Schultergelenkes im Arbeitsarm, dadurch gelöst, daß ein mit einem der Armglieder des F i g. 9 ein kinematisches Schema einer Übereinen Armes verbundenes Winkelverstellorgan ein um tragungsvorrichtung für eine Bewegung im Armeine zur gemeinsamen Ebene der Arme senkrechte gelenk, ■

Fig. 10 ein kinematisches Schema für die Übertragung einer Drehbewegung des Unterarmes,

Fig. 11 eine in Kavalierperspektive dargestellte Ansicht des Armgelenkes im Arbeitsarm,

Fig. 12 ein mechanisches Schema für eine Vorrichtung zur Winkelverstellung in der Schulter des Steuerarmes,

Fig. 13 ein mechanisches Schema einer Gewichtsausgleichsvorrichtung für den gesamten Steuerarm.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist in einer Schutzwand 1 einer Arbeitszelle eine Öffnung oder ein Durchbruch vorgesehen, in dem eine Wanddurchführung 2 angeordnet ist; die Wanddurchführung 2 ist in einem Zwischenkörper 3 untergebracht, der um die horizontale Achse der Wanddurchführung 2 frei drehbar ist.

Ein Steuer-Oberarm 4 und ein Arbeits-Oberarm 5 sind in ihrer jeweiligen Schwenkbewegung derart gekuppelt, daß die beiden Oberarme stets symmetrisch in bezug auf die Schutzwand 1 liegen. An einem Armgelenk 6 des Steuer-Oberarmes 4 ist ein Steuer-Unterarm 7 angelenkt, dem ein am Arbeits-Oberarm 5 in einem Armgelenk 8 angelenkter Arbeits-Unterarm 9 entspricht. Diese beiden Steuer- und Arbeits-Unterarme 7 bzw. 9 sind in ihrer Schwenkbewegung um ihre jeweiligen Armgelenke 6 bzw. 8 derart miteinander gekuppelt, daß sie stets parallel zueinander bleiben. Die Unterarme 7 und 9 können auch eine Drehbewegung um ihre Längsachse ausführen und tragen jeder ein Handgelenk 10 bzw. 11, an dem beim Steuerarm 4,7 ein Steuergriff 12 angelenkt ist, der zwei Freiheitsgrade für zueinander senkrechte Drehbewegungen aufweist, und beim Arbeitsarm 5, 9 eine Arbeitszange 13, die den Drehungen des Steuergriffes 12 in den beiden Freiheitsgraden genau folgt. Die drei obenerwähnten Drehbewegungen sind für den Arbeitsarm 5, 9 denen des Steuerarmes 4, 7 gleichgerichtet und werden über Seile, Bänder, Ketten oder irgendein anderes entsprechendes Übertragungszugorgan übertragen.

Der Abstand zwischen dem Steuerhandgriff 12 und der Arbeitszange 13 ist dann am größten, wenn die Oberarme 4 und 5 horizontal liegen. So ist es für ein Arbeiten mit der Arbeitszange 13 nahe der Schutzwand 1 notwendig, daß der Bedienende seine Hand sehr weit von der Arbeitsfläche und dem Durchsichtsfenster entfernt. Um diese Entfernung zu verringern und es dem Bedienenden zu ermöglichen, die Arbeitszange 13 nahe an die Schutzwand 1 zu bringen und dennoch seinerseits dicht vor dem Durchsichtsfenster zu bleiben, ist der erfindungsgemäße Manipulator mit einer Winkelverstellung für seine Arme ausgestattet, die in Fig. 1 angedeutet ist.

Diese Winkelverstellung besteht darin, den Arbeits-Oberarm 5 in die Stellung 5' um einen Winkel α anzuheben, ohne dabei den Steuer-Oberarm 4 zu bewegen, und gleichzeitig den Arbeits-Unterarm 9 um den gleichen Winkel α in die Stellung 9' zu bringen, ohne den Steuer-Unterarm 7 zu bewegen. Durch diese zusätzliche Verstellung wird die Grenze für die Bewegung des Steuergriffes 12, bei der es für die Arbeitszange 13 möglich wird, die innere Oberfläche der Schutzwand 1 abzutasten oder zu bestreichen, von der Linie 14 bis zu der Linie 14' vorgeschoben. Außerdem machen es diese Verstellbewegungen möglich, die Arbeits-Armglieder 5 und 9 in eine gerade Linie zu bringen, um den Manipulator aus der Zelle herausnehmen zu können,, während der kleinste Winkel zwischen den Steuer-Armgliedern 4 und 7 nicht Null ist.

In der F i g. 2 ist ein erfindungsgemäß ausgebildeter Manipulator schematisch veranschaulicht, der auf jeder Seite Arme mit drei gelenkig aneinander angeschlossenen Gliedern aufweist. Die Schutzwand 1 nimmt in gleicher Weise die horizontale Wanddurchführung 2 in einem Zwischenkörper 3 auf, der sich um seine Achse drehen kann. An den Enden der

ίο Wanddurchführung 2 sind das Steuerarm-Oberarmglied 4 und das Arbeitsarm-Oberarmglied 5 angelenkt; die Schwenkbewegung dieser Armglieder 4, 5 wird in bezug auf die Schutzwand 1 stets symmetrisch gehalten, wodurch es möglich ist, den Abstand zwischen den Armgelenken 6 und 8 zu verändern, an welche zweite Armglieder 15 und 16 angelenkt sind, wobei diese Armglieder 15,16 derart miteinander verbunden sind, daß sie parallel bleiben. Zusätzliche dritte Armglieder 17 und 18 sind wiederum an Armgelenken 19 und 20

ao angelenkt und ebenfalls derart miteinander gekuppelt, daß sie parallel zueinander bleiben. Die dritten Armglieder 17 und 18 tragen schließlich, in Handgelenken 19 a und 20 a angelenkt, einerseits einen Steuerhandgriff 21 und andererseits eine Arbeitszange 22.

Der Abstand zwischen dem Steuerhandgriff 21 und der Arbeitszange 22 bleibt stets gleich dem Abstand zwischen den Armgelenken 6 und 8, und er kann in sehr weitem Maße durch die symmetrischen Schwenkbewegungen der ersten bzw. Oberarmglieder 4 und 5 geändert werden. Andererseits ergibt das Aufwärtsschwenken der Armglieder 5, 16 und 18 des Arbeits₇ armes eine große Bewegungsweite für die Zange 22, selbst wenn die horizontale Wanddurchführung 2 in der Nähe einer Decke 23 der Zelle angeordnet ist und damit die Aufwärtsschwenkbewegung des Arbeits-Oberarmes 5 praktisch durch die Horizontale begrenzt ist.

Die F i g. 3 zeigt eine Gesamtzusammenstellung einer ersten Ausführungsform eines Manipulators gemäß der Erfindung, der ähnlich dem in F i g. 1 schematisch dargestellten Manipulator ausgeführt ist. Es sind die Schutzwand 1, die horizontale Wanddurchführung 2 und der Zwischenkörper 3 mit der Möglichkeit einer Drehung sowie die Oberarme 4, 5, die Unterarme 7, 9, die Handgelenke 10,11, der Steuergriff 12 und die Arbeitszange 13 eingezeichnet. Die Oberarme 4 und 5 werden von gabelförmigen Gelenkhalterungen 24 und 25 getragen, die eine Schwenkbewegung von ±45° zulassen. Die Gelenkhalterung 24 des Steuerarmes 4, 7

5& weist ein zweites oder Zwischengelenk mit einer Gelenkachse 26 auf, an der der Steuer-Oberarm 4 über eine kleine zusätzliche Halterung 27 angelenkt ist. Die Schwenkbewegungen der Oberarmglieder 4 und 5 bei Arbeitsvorgängen erfolgen um die Achsen der Gelenkhalterungen 24 und 25; die Halterungen 24 und 27 sind normalerweise durch eine Verriegelung starr miteinander verbunden. Die zusätzliche Schwenkbewegung der Halterung 27 um die Gelenkachse 26 bewirkt eine Winkelverstellung der Oberarmglieder 4 und 5 gegeneinander und bringt, wie noch weiter unten gezeigt wird, eine zusätzliche Verstellung der Unterarme 7, 9 mit sich.

Gegengewichte 28 und 29 gewährleisten jeweils einen Gewichtsausgleich des gesamten Steuer- und des

6g gesamten Arbeitsarmes, wie ebenfalls noch weiter unten im einzelnen gezeigt wird.

Die Unterarmglieder 7 und 9 sind in üblicher Weise ausgebildet, und es ist insbesondere eine der

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Rollen 30 eingezeichnet, welche die Umlenkung des gezeichnet, die in der F i g. 4, α und b, der ÜberSeiles bewirkt, das zur Übertragung der Drehbewegung sichtlichkeit halber fehlt. Auf der Gelenkachse 26 isi des Unterarmes 7 um dessen Längsachse dient. eine Kettentriebscheibe 45 frei drehbar angeordnet. Mit gestrichelten Linien sind eine veränderte Stellung 4' deren Halbmesser 2 R doppelt so groß ist wie der des Steuer-Oberarmes 4, eine veränderte Stellung 7' des 5 Halbmesser R der Kettenräder 35 und 39 an den Steuer-Unterarmes 7 und eine veränderte Stellung 28' Unterarmgliedern 7, 9. Außerdem ist noch ein Rad 53 des Gegengewichts 28 angegeben, die eingenommen als Umlenkrad für die Kette 36 vorgesehen. Wenn wird, wenn man die Halterung 27 um die Gelenkachse ohne eine Bewegung der Gelenkhalterung 24 dei 26 derart schwenken läßt, daß eine zusätzliche Winkel- Steuer-Oberarm 4 um die Gelenkachse 26 um den Verstellung des gesamten Steuerarmes 4, 7 gegenüber io Winkel tx in eine Stellung 4' angehoben wird, so bedem gesamten Arbeitsarm 5, 9 zustande kommt. wegt sich das untere Trum der Kette 36 um eine dem Die F i g. 4 zeigt — in mehreren Einzeldarstel- Winkelbogen <x-2R entsprechende Länge und belungen — ein Schema für Zugorgananordnungen für wirkt so eine Verdrehung des Steuer-Oberarmes 4 und unterschiedliche Übertragungen bei einem der F i g. 3 des Steuer-Unterarmes 7 um —2a relativ zueinander; entsprechenden Manipulator. 15 der Steuer-Unterarm 7 erfährt infolgedessen eine

In der F i g. 4, a, ist eine Seilverbindung schematisch absolute Drehung um den Winkel —a. dargestellt, welche die Schwenkbewegungen der Ober- In der F i g. 4, d, ist eine Variante für die Zugorganarmglieder 4 und 5 an den Enden der horizontalen anordnung schematisch dargestellt, bei der es möglich Wanddurchführung 2 kuppeln. Starr mit den Gelenk- ist, die Gelenkachse 26 mit der Achse der Gelenkhalterungen 24 und 25 verbundene Triebscheiben 31 20 halterung 24 zusammenzulegen und gleichzeitig die und 32 sind durch ein gekreuztes Seil oder Band 33 hilfsweise Halterung 27 fortzulassen. Diese Variante und symmetrische Triebscheiben 31,' 32' an der an- macht es außerdem möglich, die Bewegungen im deren Seite der Halterungen 24 und 25 sind ebenfalls Armgelenk 6, 8 zu übersetzen bzw. zu verstärken. Die durch ein gegenwirkendes gekreuztes Seil 34 ver- Kettenräder 35 und 39, die an den Unterarmgliedern 7 bunden. Dadurch ist die Symmetrie der Bewegungen 25 und 9 sitzen, haben einen Radius R; in der Gelenkder Oberarmglieder 4 und 5 bei Arbeiten mit dem halterung 25 auf der Seite des Arbeitsarmes 5, 9 setzt Manipulator — abgesehen von einem konstanten man an Stelle des Kettenrades 38 von gleichem HaIb-Winkel — gewährleistet. messer ein Kettenrad 46 mit dem Halbmesser r < R In der F i g. 4, b, ist die Übertragung der Schwenk- und in gleicher Weise auf der Seite des Steuerarmes 4,5 bewegungen der Unterarmglieder 7 und 9 um die 30 ein Kettenrad 47 mit einem Halbmesser 2R — r ein. Armgelenke 6 und 8 schematisch dargestellt. An dem Wenn nun die Oberarmglieder 4 und 5 in bezug auf Armgelenk 6 ist ein kleines Kettenrad 35 angeordnet, die Schutzwand 1 symmetrisch bleiben, so ist bei das starr mit dem Steuer-Unterarm 7 verbunden ist einem Schwenkwinkel « der Oberarmglieder 4 und 5 und in das eine Kette 36 eingreift, die über ein dem die Summe der über die Kettenräder 46 und 47 ersten Kettenrad 35 gleiches Kettenrad 37 läuft, das 35 laufenden Zugorganlängen gleich frei drehbar auf der Achse der Gelenkhalterung24 , , ,„_ ^ _od sitzt. In gleicher Weise läuft die gleiche Kette 36 über ^Kr ^ ^ZK rj · « - ζ λ α. ein Kettenrad 38, das frei drehbar auf der Achse der Bei dieser Längenbewegung des Zugorgans (Kette 36) Gelenkhalterung 25 sitzt; diese Kette 36 schlingt sich bleiben die Unterarmglieder 7 und 9 parallel zu ihrer um ein weiteres Kettenrad 39, das axial auf dem 40 vorherigen Stellung.

Armgelenk 8 angeordnet und starr mit dem Arbeits- Wenn man jedoch den Steuer-Oberarm 4 um einen

Unterarm 9 verbunden ist. Rollen 40 und 41, die mit Winkel α anhebt, ohne dabei den Arbeits-Oberarm 5

der horizontalen Wanddurchführung 2 verbunden sind, und den Arbeits-Unterarm 9 zu bewegen, läuft von

verhindern, daß die Kette 36 die Kettenräder 37 und dem unteren Trum der Kette 36 auf das Kettenrad 47

38 verläßt, wenn die Winkel der Schwenkbewegungen 45 eine Länge (2 R — r) · κ auf und bewirkt so eine re-

sehr groß sind. Rollen 42 und 43, die jeweils auf den lative Drehung des Steuer-Unterarmes 7 gegenüber

Sft ^ S««e_r-Obe_rannes4 _m SSfH ■ «, d.h.

Bewegungen der Oberarmglieder 4 und 5 bleiben die eine absolute Schwenkung des Steuer-Unterarmes 7 Kettenräder 35, 37, 38 und 39 parallel zu sich selbst 50 /1 M ty λ τ" tu + 7 und halten infolgedessen die Unterarmglieder 7 und 9 ^{um α} ' I¹ ~ T)' ^{Die anderen} Übertragungs-Zugebenfalls parallel zueinander. Weitere Seile, z. B. organe folgen wie bei der Darstellung in F i g. 4, b, dem Seil 44, gewährleisten die Drehbewegungen der Unter- Verlauf des oberen Trums der Kette 36. Das Verarmglieder 7, 9 und die Bewegungen in den Hand- hältnis zwischen dem Verstellwinkel des Steuer-Obergelenken 10,11 für den Steuerhandgriff 12 und die 55 armes 4 und dem des Steuer-Unterarmes 7 läßt sich Arbeitszange 13, sie laufen längs der Oberarmglieder 4 unter Berücksichtigung der relativen Längen dieser und 5 und der horizontalen Wanddurchführung 2 beiden Arme 4 und 7 bestimmen, indem man das Verauf dem gleichen Wege wie das obere Trum der . .., . »" _f . Kette 36. Da die Kettenräder 35 und 39 starr mit den ^narais JR ^Iesus^'

Unterarmgliedern 7,9 verbunden sind, bleiben während 60 In der Fig. 5 ist ein Schema einer Gewichtsaussämtlicher Bewegungen der Oberarmglieder 4, 5 und gleichsanordnung des Manipulators gemäß der F i g. 3 der Unterarmglieder 7,9 die Seile 44 in den Unter- veranschaulicht.

armgliedern 7,9 unbewegt, sie erfahren keine Rück- In der F i g. 5, a, ist eine Gewichtsausgleichsvorrichwirkung durch die obenerwähnten Bewegungen. tang für die Gesamtheit des Steuerarmes 4, 7 schein der F i g. 4, c, ist die Anordnung für die Winkel- 65 matisch dargestellt. Um das Gewicht des Steuerverstellung der Arme gegeneinander schematisch dar- Oberarmes 4, bezogen auf die Gelenkachse 26 und die gestellt. In dieser Figur ist die Gelenkverbindung der Gelenkhalterung 24, auszugleichen, wobei der Steuer-Halterungen 24 und 27 in der Gelenkachse 26 ein- Unterarm 7 als vertikal angenommen wird, würde es

genügen, ein in einem Punkt 48 zentriertes Gegengewicht vorzusehen; um auch das Gewicht des Steuer-Unterarmes 7 auszugleichen, wenn dieser relativ zur Vertikalen geneigt ist, wird es genügen, ein Gegengewicht 49 in einem Punkt 50 auf einer Achse 51 zu zentrieren und diese Achse 51 zu zwingen, parallel zum Steuer-Unterarm 7 zu bleiben, wozu Räder 52 und 53 und einander entgegenwirkende Seile, Ketten oder Bänder 54 und 55 benutzt werden. Es sei darauf hingewiesen, daß das Rad 53 das Umlenkrad der Kette 36 sein kann, das in der F i g. 4, c, dargestellt ist.

In der Fig. 5, b, ist schematisch eine Gewichtsausgleichsvorrichtung für den gesamten Arbeitsarm 5, 9 schematisch dargestellt. Um das Gewicht des Arbeitsarmes 5, 9 auszugleichen, würde es genügen, ein Gegengewicht in einem Punkt 56 vorzusehen; um jedoch den Winkelbewegungen des Arbeits-Unterarmes 9 Rechnung zu tragen sowie der Tatsache, daß die Resultierende des vorhergehend beschriebenen Gewichtsausgleichs durch die Gelenkachse 26 geht, erkennt man leicht, daß es genügt, ein Gegengewicht 57 in einem Punkt 58 auf einer Achse 59 zu zentrieren, die stets symmetrisch zu dem Arbeits-Unterarm 9 liegen muß. Die hierzu notwendige Steuerbewegung kann mit Hilfe zweier Räder 60 und 61 und zweier einander entgegenwirkender Seile 62 und 63 vorgenommen werden, da die Gelenkhalterung 24 symmetrisch zu dem Arbeits-Oberarm 5 bleibt. Es sei darauf hingewiesen, daß das Rad 60 das gleiche Rad sein könnte wie das Kettenrad 37 für die Umlenkung der Kette 36, das in der F i g. 4, b und c, dargestellt ist.

Eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgeführten Manipulators, dessen Grundaufbau der schematischen Darstellung in F i g. 1 entspricht, ist in der F i g. 6 dargestellt, wonach eine Schutzwand 71 einer Arbeitszelle, eine Wand 72 eines inneren dichten Behälters und eine besondere Durchführung 73, an der nachgiebige Abdichtungs- und Schutzmanschetten befestigt werden können, vorhanden sind. Ein Durchführungsrohr 74 ist in einem Zwischenkörper 75 gelagert, in dem es frei um seine horizontale Achse gedreht werden kann. Dieser Zwischenkörper 75 wird im allgemeinen »Lagerrohr« genannt und sitzt seinerseits in einem Wanddurchbruch 76 in der Schutzwand 71.

Ein Steuer-Oberarm 77 und ein Arbeits-Oberarm 78 sind in ihrer gegenseitigen Schwenkbewegung derart gekuppelt, daß sie um einander proportionale Winkel, aber in einander entgegengesetzten Richtungen schwenken; diese Schwenkwinkel können die gleiche Größe haben, und in diesem Falle sind die Schwenkungen des Steuer-Oberarmes 77 und des Arbeits-Oberarmes 78 symmetrisch; sie können aber auch ein anderes gleichbleibendes Verhältnis zueinander haben, wobei der Steuerarm 77 und der Arbeitsarm 78 Längen haben sollen, die in einem umgekehrten Verhältnis zueinander stehen und es gestatten, den Enden dieser Arme grundsätzlich gleiche Bewegungen mitzuteilen, wenn man Manipulationen mit einem grundsätzlichen Bewegungsverhältnis gleich Eins durchführen will. In dem Falle, in dem man Manipulationen mit einem von Eins verschiedenes Bewegungsverhältnis durchführen will, verwendet man jedoch Winkelverhältnisse und Längenverhältnisse jeweils entsprechend der gewünschten Betriebsweise.

An ein Armgelenk 79 des Steuer-Oberarmes 77 ist ein Steuer-Unterarm 80 angelenkt, dem ein an ein Armgelenk 81 des Arbeits-Oberarmes 78 angelenkter Arbeits-Unterarm 82 des Arbeitsarmes entspricht. Die beiden Unterarmglieder 80, 82 des Steuer- und des Arbeitsarmes 77, 80 bzw. 78, 82 sind hinsichtlich ihrer Schwenkbewegungen um ihre entsprechenden Armgelenke 79 bzw. 81 derart gekuppelt, daß ihre Winkelbewegungen im gleichen Sinne erfolgen und proportional zueinander sind. In einem Sonderteil sind diese Winkelbewegungen gleich, aber die Verwendung von verhältnisgleichen Winkeln kann im Falle von Unterarmgliedern 80, 82 unterschiedlicher Länge zweckmäßig sein, wenn diese Längen in umgekehrtem Verhältnis zu den Winkelbewegungen stehen, so daß die grundsätzlichen Verschiebungen der Enden der Unterarmglieder 80, 82 in dem Fall gleich sind, in dem man Handhabungsmaßnahmen mit einem Übersetzungsverhältnis von Eins vornehmen will. Bei Handhabungsmaßnahmen mit einem von Eins abweichenden Übersetzungsverhältnis wird die Ausnutzung von zueinander verhältnisgleichen Schwenkwinkeln und Armlängenverhältnissen in Abhängigkeit von der gewünschten Betriebsweise vorgesehen.

Die Unterarmglieder 80 und 82 können um ihre Längsachsen gedreht werden; diese Drehung wird »Azimutbewegung« genannt. Die Unterarmglieder 80, 82 tragen jedes ein Handgelenk 83 bzw. 84, an dem auf der Steuerseite ein Steuergriff 85 mit zwei zueinander senkrechten Schwenkfreiheitsgraden sitzt, von denen der eine eine Schwenkbewegung um eine senkrecht zur Achse der Azimutbewegung liegende Achse gestattet; auf der Arbeitsseite führt eine Arbeitszange 86 entsprechend drei gleichlaufende Drehbewegungen durch, die am Arbeitsarm 78, 82, 84, 86 den entsprechenden Bewegungen am Steuerarm 77, 80, 83, 85 gleich sind und die über Seile, Bänder, Ketten oder irgendwelche andere Zugorgane übertragen werden.

Um mit der Arbeitszange 86 in der Nähe der Wand 72 der Zelle zu arbeiten, müßte der Bedienende seinen Steuergriff 85 sehr weit von der steuerseitigen Wandfläche 87 und einem in dieser Arbeitswand angeordneten Durchsichtsfenster (nicht dargestellt) entfernen. Um diesen Abstand zu verringern und dem Bedienenden zu gestatten, die Arbeitszange 86 dicht an die Innenseite der Wand 72 heranzuführen, aber dennoch dicht vor dem Durchsichtsfenster zu bleiben, ist der Manipulator mit einer zusätzlichen Winkelverstellung für seine Arme ausgestattet, die in der F i g. 1 angedeutet war. Diese Winkelverstellung besteht darin, daß man den gesamten Arbeitsarm 78, 82 um sein Schultergelenk 88 schwenken läßt, während der gesamte Steuerarm 77, 80 unbeweglich bleibt. Man sieht die mit strichpunktierten Linien gezeichnete Stellung 86a, welche die Arbeitszange 86 erreicht, wenn eine derartige zusätzliche Winkelverstellung mit dem größten Verstellwinkel vorgenommen wurde. Diese Verstellung kann durch ein Betätigungsorgan 89 mit elektrischem Motorantrieb vorgenommen werden oder auf irgendeine andere Weise.

Die F i g. 7 zeigt Kinematik und Zugorganführung für die Bewegung im Schultergelenk 88 des Manipulators gemäß F i g. 6. Um eine Achse 90 des Steuerarm-Schultergelenkes dreht sich eine große Triebscheibe 91, an der ein Seil oder eine Kette 92 wirkt, die über eine kleine Triebscheibe 93 im Arbeitsarm-Schultergelenk 88 läuft. Die kleine Triebscheibe 93 ist starr mit einem Zahnrad 94 verbunden, das in einen großen Zahnradsektor 95 eingreift, der seinerseits starr mit dem Arbeits-Oberarm 78 verbunden ist. Die große Triebscheibe 91 ist starr mit dem Steuer-Ober-

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arm 77 verbunden, und die gesamte Anordnung der und 98 sitzen und bereits in der F i g, 8 dargestellt sind. Teile 77, 91,92, 93, 94, 95, 78 bildet eine kinematische Das, Seil 108 legt siph dann fest über eine Triebscheibe Kette für eine Schwenkbewegung in dem Schulter- 113 des Arbeits-Arragelenkes 81, die starr mit dem gelenk 88. Die jeweiligen Durchmesser der Trieb- Arbeits-Unterarm 82 verbunden ist.
scheiben 91, 93 werden derart bestimmt, daß das Vex- 5 Die Übertragung der Bewegung in den beiden hältnis der gewünschten Winkel-Schwenkbewegungen Schwenkrichtungen erfolgt durch zwei Seil- oder der Oberarmglieder 77 und 78 erhalten wird. In dem Kettentrume, die einander entgegenwirken, Das. obere, speziellen Fall, in dem die Winkel einander entgegen- Kettentrum 108 folgt dann dem oben beschriebenen gesetzt gerichtet sind, erfolgt der Gewichtsausgleich Lauf über eine Scheibe 109, während das untere des Arbeits-Oberarmes 78 dadurch, daß man ein j.q Trum 114 unter einer Rolle 112a hjndurchläuft_s die Gegengewicht 96 an dem Ende eines Schwenkhebels 97 an der Seite der Rolle 112 sitzt, dann über eine Rolle vorsieht, der starr mit der großen Triebscheibe91 lila, die an der Seite der Rolle 111 sitzt (F i g. 8), um verbunden und derart angeordnet ist, daß sein Winkel schließlich unter die Scheibe 109 ζμ laufen und mit der Horizontalen stets der gleiche wie der des schließlich die Triebscheibe 107 zu erreichen, die starr Arbeits-Oberarmes 78 is,t. Die Verstellbewegung, die i§ mit dem Steuer-Unterarm 80 verbunden ist.
durch das Betätigungsorgan 89 durchgeführt werden In dem besonderen Fall gleicher Schwenkwinkel

kann, besteht in einer Verdrehung der großen Trieb- sind die Triebscheiben 107 rad 113 gleich; sie erhalten scheibe 91 gegenüber dem Steuer-Oberarm 77. für den Fall, daß verhältnisgleiehe Sehwenkwinkel

Die Fig. 8 zeigt im einzelnen die Ausführungs- vorgesehen werden sollen» Durchmesse^ in enteinzelheiten im SchultergeJe.nk 88 des Arbeits-Qber- _m sprechendem Verhältnis. Die beiden Seiltrume, 108 und armes 78, Die Übertragung der Bewegung der großen H4, die bei den Schwenkbewegungen in dem Arbeits-Triebscheibe 91 auf den Arbeits-Oberarm 78 ist durch Schultergelenk 88 über die Rollen Hl und 112 laufen, das Einschalten des Zahnrades 94 gesichert, das sich erfahren bei ihrer Hindurehführuag durch dieses um die Achse des Schultergelenkes 88 dreht und in Schultergejesnk §8 keine Änderung der Spannung oder den großen Zahnradsektor 95. eingreift, der sich ag eine Änderung der Länge. Tatsächlich bleibt die seinerseits um eine andere Gelenkachse 98 dreht. Die. Schwinge 99 ständig in der Winkelhalbierenden das Gelenkachsen 88 und 89 sind durch eine Schwinge 99 Schwenkwinkels des Arbeits-Oberarmes 78 relativ zu miteinander verbunden, und die Richtung dieser dem Durchfuhrungsrohr 74, so daß die Länge, die sieh Schwinge 99 bleibt ständig in der Winkelhalbierenden auf die Rolle 112 aufwickelt, gleich derjenigen Längs des Winkels zwischen dem Durchführungsrohr 74 und 30 ist, die sich von der Rolle 111 abwickelt, oder umdem Arbeits-Oberarm 78, Eine Kupplung erfolgt gekehrt.

über gleiche Zahnradsektoren 100 und 101 einerseits Unter diesen Bedingungen und wenn man den

und 102 und 103 andererseits, die jeweils starr einer- speziellen Fall berücksichtigt, in dem die Auslenkseits mit dem Durchführungsrohr 74 bzw. andererseits bewegungen der Oberarmglieder 7? und 78 mit einmit dem Arbeits-Oberarm 78 verbunden sind. Unter ₃₅ ander entgegengesetzten Winkeln erfolgen, erkennt diesen Bedingungen und in dem besonderen Fall man, daß bei ejner Schwenkbewegung im Schultergleicher gegenseitiger Schwenkwinkel der Oberarm- gelenk 88 die Unterarmglieder 80 und §2 parallel glieder 77 und 78 muß das Zahnrad 94 einen fünfmal zueinander bleiben, wenn die Scheibe 1Q9 einen so kleinen Durchmesser wie der Zahnsektor 95 haben, Durchmesser hat, welcher de,r Summe der Durchwenn der Durchmesser der großen Triebscheibe 91 _4Q messer der Triebseheiben 1Q7 und 113 entspricht, doppelt so groß ist wie der der kleinen Triebscheibe 93, Auch dann, wenn die Winkelauslenkbewegungen der und das Verhältnis der Differentialübertragung nach Oberarmglieder 77 und 78 proportional zueinander Eingreifen der Zahnradsektoren 100 und 101 ist sind, kann der Durchmesser der· Scheibe 109 derart —1:2, wodurch eine Übertragung gleicher und ein- bestimmt werden, daß die Unterarmglieder 80 und 82 ander entgegengesetzter Winkel zwischen der Trieb- 45 ebenfalls während Bewegungen im Schultergelenk 88 scheibe 91 und im Arbeits-Oberarm 78 gewährleistet parallel zueinander bleiben. Schließlich kann auch der ist. Durchmesser der Scheibe 109 so gewählt werden, daß

Es ist hieraus leicht abzuleiten, wie eine Übertragung bei einer Bewegung im Schultergelenk 88 eine Winkelausgebildet werden kann, in der ein von dem Wert Eins verschiebung zwischen den Unterarmgliedern 80 und abweichendes Winkelübersetzungsverhältnis vorhanden 50 82 auftritt, die sich ausnutzen läßt, um die Arbeitsist, möglichkeiten des Manipulators zu verbessern, ins-

F i g. 8 zeigt auch Rollen 111 und 112, die auf den besondere um die Tiefe seines Arbeitsbereiches zu ver-Gelenkachsen 88 und 89 gelagert sind und zur Führung größern,

von Seilen 108 bestimmt sind, die zur Übertragung Die F i g. IQ zeigt die Seilführung für die Azimut-

der Bewegungen der Unterarmglieder 80, 82 dienen, 55 schwenkbewegung der Unterarmglieder 80 und 82 um

Die F i g. 9 zeigt eine Zugorgananordnung für die ihre eigene Achse. Ein Seil 115 für die Übertragung Bewegungen des Armgelenkes. Die Bewegung des dieser Bewegung ist a,uf einer starr mit dem Steuer-Steuer-Unterarmes 80 wird auf den Arbeits-Unter- Unterarm 80 verbundenen Scheibe 116 befestigt, läuft arm 82 über Seile ader Ketten übertragen, welche über eine Umlenkrolle 117, dann über eine Rolle 118, sowohl beim Steuerarm 77, 80 als auch beim Arbeits- 60 die der Triebscheibe 107 entspricht, und folgt dann arm 78, 82 über mehrere Räder oder Scheiben im Be- dem gleichen Weg wie das obere Trum des Seiles 108 reich des Schultergelenkes 88 laufen. Eine Trieb- nach der in F i g. 9 erläuterten Zugorgananordnung: scheibe 107, die auf der Achse des Steuer-Armgelenkes 79 eine Rolle 119 entspricht der Rolle 109, Rolle 120 der angeordnet ist, steht in starrer Verbindung mit dem Rolle 110 usw. Nach Übertragung der Bewegung auf Steuer-Unterarm 80. Auf diese Triebscheibe 107 läuft 6g den Arbeits-Unterarm 82 folgt das entgegengesetzt das Seil oder die Kette 108 für die Übertragung, das gerichtete Trum 121 dem umgekehrten Weg unter sodann über eine Rolle 110 und weiterhin über die einer Rolle 122, unter Rollen 123 und 124, schließlich Rollen 111 und 112 läuft, die auf den Gelenkaehsen 88 über eine Umlenkrolle 125.

Claims (1)

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Die Bewegungen der Handgelenke 83, 84 werden verstellung durchzuführen. Der Steuer-Oberarm 77 zwischen dem Steuer-Handgelenk 83 und dem Arbeits- endet in einer Gabel 138, die an die Achse 90 angelenkt Handgelenk 84 (F i g. 6) durch fünf Seile übertragen, ist. Diese Gabel 138 hat in einem Lager 139 eine der von denen eines für das Schließen der Arbeitszange 86 Achse 137 entsprechende Achse, die das andere Ende und die anderen vier jeweils paarweise mit einander 5 des Betätigungsorgans 89 aufnimmt,
entgegengesetzter Wirkung zusammen die Über- Bei einer Ausführung, bei der die gegenseitige Vertragung der Bewegungen in den zwei Freiheitsgraden Stellbewegung sehr einfach von Hand vorgenommen gewährleisten, die um senkrecht zum Unterarmglied 80, wird und die in Fig. 12 dargestellt ist, wird eine 82 liegende Achsen erfolgende Drehbewegungen sind. Gabel 140 verwendet, welche das Ende des Durch-Die Gesamtheit dieser Seile ist innerhalb eines Rohres io führungsrohres 74 bildet, ferner sind nötig: die untergebracht, das den Steuer-Unterarm 80 bildet, Gabel 138, die am Ende des Steuer-Oberarmes 77 und läuft über fünf gleiche Rollen, die der Rolle 107 sitzt, und die Scheibe 109. Eine lösbare Winkelverstell-(F i g. 9) gleichen, dann längs des gleichen Weges, wie kupplung 141 gestattet es, die Gabel 138 unmittelbar das obere Trum des Seiles 108 für die Übertragung mit der Scheibe 109 zu verbinden, in der ein Kreisder Bewegung des Armgelenkes 79, um dann über 15 bogenschlitz 142 vorgesehen ist; wenn man diese fünf gleiche Rollen 113ö (F i g. 11), die der Trieb- Winkelverstellkupplung 141 löst, wird die Scheibe 109 Scheibe 113 gleich sind, und schließlich innerhalb frei, und man entkuppelt auf diese Weise den geeines Rohres zu laufen, welches den Arbeits-Unter- samten Arbeitsarm 78, 82 vollständig von dem Steuerarm 82 bildet. Die Rollen haben gleiche Durchmesser, arm 77, 80.

oder ihre Durchmesser sind verhältnisgleich zu denen 20 Es ist ersichtlich, daß der Arbeitsarm 78, 82 sich

der entsprechenden Scheiben bzw. Rollen 107, 109, um das Schultergelenk 88 bewegen kann, und sämt-

110, 111, 112, 113, über welche das Seil 108 für die liehe Seilverbindungen, die vorher beschrieben wurden,

Übertragung der Armgelenkbewegung läuft (F i g. 9). sind derart ausgebildet, daß die Trume der Zugorgane

Unter diesen Bedingungen und da bei jeder Be- ihre Länge nicht ändern, wenn nur an dem einen wegung, die eine Verformung des Steuerarmes 77, 80 95 Schultergelenk 88 Relativschwenkbewegungen vormit sich bringt, das obere Trum des Seiles 108 für die genommen werden. Unter diesen Bedingungen erÜbertragung der Bewegungen des Armgelenkes 79 fahren die Trume 108 und 114 (F i g. 9) keine Relativeine konstante Spannung beibehält, gilt dies in gleicher bewegung in dem Arbeitsarm 78, 82, und das Arm-Weise auch für sämtliche Seile für die Übertragungen gelenk 81 bleibt ohne irgendeine relative Bewegung, der Bewegungen am Steuer-Unterarm 80, selbst wenn 30 Die Gesamtheit Oberarm 78, Unterarm 82, Handman eine Verstellbewegung zwischen den Unterarm- gelenk 84 und Arbeitszange 86 macht infolgedessen gliedern 80, 82 vornimmt. Außerdem helfen diese eine Drehung als einheitlicher Körper um das Schulter-Seile 114,115,121 noch mit bei einer Streckbewegung gelenk 88 des Arbeitsarmes.

des Armgelenkes 79, indem sich ihre Spannkräfte zu In dem Fall der F i g. 12 wird der Bauteil 135

denen des oberen Trums des Seiles 108 für die Über- 35 (F i g. 6) auf einen Schwenkhebel 97 reduziert, der das

tragung der Gelenkbewegungen hinzufügen. Gegengewicht 136 für den Gewichtsausgleich des

Die F i g. 11 zeigt die mechanische Ausbildung des Arbeits-Oberarmes 78 trägt.

Armgelenkes 81 für den Arbeits-Unterarm 82. Darin Die Gabel 138 des Steuer-Oberarmes 77 enthält

sind die Scheibe 113, das Trum 114 des Seiles für die andererseits, wie dies aus F i g. 13 ersichtlich ist, eine

Übertragung der Schwenkbewegung des Arbeits- 40 Verlängerung 143, die ein Gegengewicht 144 trägt,

Armgelenkes 81, Rollen 129 und 130, die den Rollen das das Gewicht des Steuer-Oberarmes 77 relativ zu

117 und 125 auf der Steuerarmseite entsprechen der Achse 90 ausgleicht. Um das Gewicht des Steuer-

(F i g. 10), und das Seil 115 für die Übertragung der Unterarmes 80 relativ zu dem Armgelenk 79 aus-

Azimutdrehbewegung, das in einem Lager 131 an zugleichen, wäre es notwendig, ein Gegengewicht auf

einer Scheibe 132 entsprechend der Scheibe 116 der 45 eine Verlängerung dieses Steuer-Unterarmes 80 in

Steuerarmseite (F i g. 10) befestigt ist. Diese Scheibe einem Punkt 145 aufzusetzen. Tatsächlich überträgt

132 hat eine schraubenlinienförmige Nut 133, und das eine Kuppelstange 146 die Winkelbewegungen des

Seil 115 ist in dieser Nut 133 an dem Lager 131 derart Steuer-Unterarmes 80 auf das Gegengewicht 144, und

festgelegt, daß es den Antrieb dieser Scheibe 132 und es genügt, dieses Gegengewicht 144 auf seiner Trag-

damit des Arbeits-Unterarmes 82 ohne Gleiten ge- 50 achse 147 so weit exzentrisch anzuordnen, daß ein

währleisten kann. Die Rollen 129 und 130 sind mit vollständiges Gleichgewicht des gesamten Steuer-

ihren Achsen schräg angeordnet und lenken die armes 77, 80 ohne ein zusätzliches Gegengewicht

Seile 115 und 120 auf zwei Rollen, die nebeneinander erzielt wird.

und entsprechend den Rollen 118 und 124 auf der Die Gesamtheit des Arbeitsarmes 78, 82, dessen

Steuerarmseite angeordnet sind (F i g. 10). Eine Lage- 55 Gewicht durch das an dem Bauteil 135 (F i g. 6) an-

rung auf nicht dargestellten Kugellagern gestattet die geordnete Gegengewicht 136 ausgeglichen ist, kann

Drehung des Arbeits-Unterarmes 82 gegenüber einer ebenfalls ganz genau gewichtsmäßig ausgeglichen

Halterung 134 des Arbeits-Armgelenkes 81. werden, einschließlich des Arbeits-Unterarmes 82,

Unter Rückbezug auf die F i g. 6 wird nunmehr der indem man die Seile 108 und/oder 114 benutzt, die

Mechanismus für das Schultergelenk des Steuerarmes 60 über die Rollen 110 (F i g. 9) laufen, um die notwendige

77, 80 mit seiner Anordnung für die gegenseitige Ausgleichbewegung an das Gegengewicht 136 für den

Winkelstellung beschrieben. Man sieht die Scheibe 109, gesamten Arbeitsarm 78, 82 zu übertragen. Diese

die auf der Achse 90 sitzt. Auf der Achse 90 ist ein mechanische Einzelheit ist nicht in den Figuren dar-

Bauteill35 befestigt, an dem ein Gegengewicht 136 gestellt.

festgelegt ist. An diesem Bauteil 135 sitzt in einem 65 Patentansorüche·
Lager 137 eine Achse, an der das Betätigungsorgan 89

mit elektrischem Motorantrieb angreift, das es ge- 1. Manipulator mit einer um ihre feste Längsstattet, die Bewegung der gegenseitigen Winkel- achse drehbaren Wanddurchführung, an deren

Enden zwei durch Gegengewichtsanordnungen gewichtsmäßig ausgeglichene, je ein »Oberarmglied« und zumindest je ein daran angelenktes »Unterarmglied« aufweisende, in einer gemeinsamen Ebene verschwenkbare »Gelenk«rArme angelenkt sind, von denen der eine ein Steuerarm mit einem Betätigungsorgan, der andere ein Arbeitsarm mit einem Arbeitsorgan ist und deren einander entsprechende Armglieder über biegsame, parallel zu der gemeinsamen Ebene der Arme über Umlenkrpllen geführte Zugorgane mechanisch gekuppelt sind, wobei zumindest eines der Armglieder des einen Armes relativ zu dem entsprechenden Armglied des anderen Armes in der gemeinsamen Ebene der Arme winkelmäßig verstellbar ist und wobei die beiden Oberarmglieder für gegensinnige, die beiden Unterarmglieder für gleichsinnige Schwenkbewegungen durch die biegsamen Zugorgane gekuppelt sind, welche über Umlenkrollen laufen oder an die Winkelschwenkungen der Armglieder in den Verbindungsgelenken bestimmenden Triebscheiben angreifen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem der Armglieder (z. B. 77) des einen Armes (77, 80) verbundenes Winkelverstellorgan (z. B. 89) ein um eine zur gemeinsamen Ebene der Arme senkrechte Gelenkachse (Achse 90) des gleichen Armes drehbares Element (z. B. Triebscheibe 91) um diese Achse (90) dreht, die außer» dem Umlenkrollen (z. B. 119, 123) für Zugorgane (115, 121) trägt und an die Gegengewichtsanordr mangen (z. B. 96, 97) angelenkt sind (F i g. 6, 7, 9 und 10).

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Winkelverstellorgan eines der Armglieder (Steuer-Oberarm 4) des einen Armes (Steuerarm 4, 7) dient, wobei das Verhältnis der Halbmesser (1?, r) der Zugorgan-Umlenkrollen (47) auf der Gelenkachse (26), an der die Winkelverstellung wirkt, und der Zugorgan-Umlenkrollen (46) auf der entsprechenden Gelenkachse des anderen Armes (5,9) von dem Verhältnis der gegenseitigen Winkelbewegungen der einander entsprechenden, um diese Achsen schwenkenden Armglieder (Oberarmglieder 4, 5) abweicht (Fig. 4, J).

3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Winkelverstellorgan einen Motorantrieb (Betätigungsorgan 89) aufweist (F i g. 6 und 7). so

4. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Winkelverstellorgan der Steuer-Oberarm (4) des Steuerarmes (4, 7) dient, wobei einerseits der Steuer-Oberarm (4) starr mit einer Schultergelenk-Triebscheibe (31, 31') verbunden ist, welche die Gelenkachse (26) der Schwenkbewegung des Steuerarmes (4,7) im Schultergelenk zur Achse hat, und andererseits der Arbeitsoberarm (5) starr mit einer Schultergelenk-Triebscheibe (32, 32') verbunden ist, welche die Achse der Schwenkbewegung des Arbeitsarmes (5, 9) im Schultergelenk zur Achse hat, wobei die beiden Triebscheiben (31,32 bzw. 31', 32') hinsichtlich ihrer Drehung durch zwei gekreuzte, gegensinnig wirkende Seile, Riemen oder Ketten (33, 34) gekuppelt sind und wobei die beiden Schultergelenk-Triebscheiben (31, 32) Durchmesser aufweisen, die im gleichen Verhältnis zueinander stehen wie das vorgesehene Sehwenkwinkelverhältnis der Oberarmglieder (4, 5) in den Schultergelenken (F i g. 4, α und d).

5. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer-Oberarm (77) starr mit einer Triebscheibe (91) am Steuerarm-Schultergelenk (Achse 90) verbindbar ist, an der ein Seil, ein Riemen oder eine Kette (92) angreift, die ebenfalls über eine Triebscheibe (93) des Arbeitsarm-Sehultergelenkes (88) läuft, die ihrerseits starr mit einem zu ihr gleiehachsigen Zahnrad (94) verbunden ist, das in einen starr mit dem Arbeitsarm verbundenen Zahnradsektor (95) eingreift, wobei die aufeinanderfolgenden Durchmesser der Triebscheiben (9I₃ 93), des Zahnrades (94) und des Zahnradsektors (95) das gewünschte Verhältnis der Schwenkwinkel der Oberarmglieder (77, 78) in den Schultergelenken (88, 90) ergeben (F i g. 7 und 8). ·

6. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Steuer-Unterarm (7) starr mit einer Triebseheibe (35) im Armgelenk (6) des Steuerarmes (4, 7) verbindbar ist, welche die Achse der Schwenkbewegung in diesem Armgelenk (6) des Steuerarmes (4, 7) zur Achse hat, und andererseits der Arbeits-Unterarm (9) des Arbeitsarmes (5,9) starr mit einer Triebscheibe (39) im Armgelenk (8) des Arbeitsarmes (5,9) verbunden ist, welche die Achse der Schwenkbewegung im Armgelenk (8) des Arbeitsarmes (5,9) zur Achse hat, und daß die Triebseheiben (35, 39) der Armgelenke (6, 8) in bezug auf ihre Drehung durch zwei einander entgegenwirkende Seile, Riemen oder Ketten (36) gekuppelt sind, die über zwei frei drehbar auf den Achsen der Schultergelenke des Steuer- und des Arbeitsarmes gelagerte Rollen (Kettenräder 37, 38 bzw. 46, 47) laufen und gegebenenfalls über Umlenkrollen (40, 41, 42, 43 in F i g. 4, b und d).

7. Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Durchmesser (21?—r bzw. r) der frei drehbaren Rollen (Kettenräder 37, 38 bzw. 46, 47) gleich der Summe der Durchmesser (R) der Triebscheiben (35, 39) an den Armgelenken (6, 8) ist (F i g. 4, b und d).

8. Mam^lator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Durchmesser der Triebscheiben (35,39) in den Armgelenken (6, 8) und die Summe der Durchmesser der Rollen (37, 38 bzw. 46, 47) in den Schultergelenken unterschiedlich sind und das Verhältnis zwischen diesen beiden Summen gleich dem Verhältnis zwischen dem Schwenkwinkel im Schultergelenk des Steuerarmes und der Änderung seines Verstellwinkels ist, die funktionell mit den Schwenkbewegungen der anderen Elemente gekoppelt ist.

9. Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Triebscheiben (35, 39) an den Armgelenken (6, 8) gleiche Durchmesser aufweisen.

10. Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Armgelenken (6, 8) angeordneten Triebscheiben (35, 39) Durehmesser aufweisen, die im gleichen Verhältnis zueinander stehen, wie das vorgesehene Sehwenkwinkelverhältnis in den Armgelenken (6, 8).

11. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits der Steuer-Unterarm

(80) starr mit einer Triebscheibe (107) im Armgelenk (79) des Steuerarmes (77,80) verbunden ist, welche die Achse der Schwenkbewegung im Armgelenk (79) des Steuerarmes (77, 80) zur Achse hat, und andererseits der Arbeits-Unterarm (82) des Arbeitsarmes (78, 82) starr mit einer Triebscheibe (113) im Arbeits-Armgelenk (81) verbunden ist, welche die Achse der Schwenkbewegung in diesem Arbeits-Armgelenk (81) zur Achse hat, und daß die Triebscheiben (107,113) in den Armgelenken (79, 81) in bezug auf ihre Drehung durch zwei einander entgegenwirkende Seile, Riemen oder Ketten (108,114) gekuppelt sind, die über eine auf der Achse der Schulter des Steuerarmes (77, 80) frei drehbar gelagerte Rolle (109) laufen, gegebenenfalls über eine Umlenkrolle (110), und dann in einander entgegengesetztem Sinn über zwei gleiche Rollen (111,112), von denen die eine auf der Gelenkachse (98) des Arbeits-Oberarmes (78) gelagert ist, wobei die Achsen (88,98) der gleichen Rollen (111,112) über eine Kuppelschwinge (99) verbunden sind, die gezwungen ist, um einen Winkel zu schwenken, der gleich der Hälfte des Schwenkwinkels des Arbeits-Oberarmes (78) ist (F i g. 8 und 9).

12. Manipulator nach Anspruch 4 oder 5 und 6 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer-Oberarm (4 bzw. 138) von der Triebscheibe (31 bzw. 109) im Schultergelenk des Steuerarmes (4, 7) lösbar und um einen konstanten Winkel relativ zu dieser Triebscheibe (31 bzw. 109) verstellbar ist, welche Winkelverstellung eine entsprechende Winkelverstellung zwischen den Bewegungen in den Armgelenken (6,8) ergibt, die wiederum eine Schwenkung des gesamten Arbeitsarmes (5, 9) um das Schultergelenk dieses Arbeitsarmes (5, 9) bewirkt (F i g. 4, α und 12),

13. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsausgleich des gesamten Arbeitsarmes (78,82) in der Höhe des Schultergelenkes (Achse 90) des Steuerarmes (77,80) durch ein Gegengewicht (136) erfolgt, das an einem Schwenkhebel (135) sitzt, der in der gleichen Richtung und um den gleichen Winkel schwenkt, wie der Arbeitsarm (78, 82), und das — infolge Ausnutzung eines der Seile, Riemen oder einer der Ketten (108 bzw. 114) für die Übertragung der Schwenkbewegungen im Armgelenk (81) als Bewegungsmittel — relativ zu dem Schwenkhebel (135) um einen Winkel schwenkt, der gleich dem relativen Schwenkwinkel des Arbeits-Unterarmes (82) gegenüber dem Arbeits-Oberarm (78) ist (Fig. 6 und 7).

14. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsausgleich des gesamten Steuerarmes (77,80) auf der Höhe des Schultergelenkes (Achse 90) des Steuerarmes (77, 80) durch ein Gegengewicht (144) erfolgt, das an einer Verlängerung (143) des Steuer-Oberarmes (77) sitzt und — infolge Ausnutzung eines der Seile, Riemen oder einer der Ketten für die Übertragung der Schwenkbewegungen in den Armgelenken (79) als Bewegungsmittel —■ um diese Verlängerung (143) um einen Winkel schwenkbar ist, der gleich der Schwenkbewegung des Steuer-Unterarmes (80) relativ an dem Steuer-Oberarm (77) ist.

15. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtsausgleich des gesamten Steuerarmes (77, 80) auf der Höhe des Steuerarm-Schultergelenkes (Achse 90) durch ein Gegengewicht (144) erfolgt, das an einer Verlängerung (143) des Steuer-Oberarmes (77) über die Achse (90) hinaus sitzt und das relativ zu dieser Verlängerung (143) mittels einer Kuppelstange (146) schwenkbar ist, die einerseits an dem Gegengewicht (144) an einem von dessen Zentrum abweichenden Punkt angreift und andererseits an einer über das Steuerarm-Armgelenk (79) hinausragenden Verlängerung des Steuer-Unterarmes (80) befestigt (im Punkt 145) ist (F i g. 13).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 1129 670, 1154 249; französische Patentschrift Nr. 1 285 335;
USA.-Patentschrift Nr. 2 846 084.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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