DE2228598A1

DE2228598A1 - Anthropomorpher manipulator

Info

Publication number: DE2228598A1
Application number: DE19722228598
Authority: DE
Inventors: Jens Dr Rer Nat Geerk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-06-12
Filing date: 1972-06-12
Publication date: 1974-01-03

Description

Anthropomorpher Atanipulator Die Erfindung betrifft einen anthropomorphen Manipulator, der aus Rumpf, Armen mit | Händen und Beinen mit Füssen oder lediglich aus zwei Armen mit Händen und einem Schulterpaar oder nur aus einer Schulter, einem Arm rait einer Hand besteht, mit Gelenken, die eine veränderbare Winkelstellung der einzelnen Gliedmassen zueinander und/ oder deren Orehung gegeneinander erlauben und mit Motoran, die die gewünschten Bewegungen der Gliedmassen bewirken.
Jedes dar besagten Gelenke ist erfindungsgemäss zusammengesetzt aus zwei gegeneinander drehbaren Teilen, die gemeinsam eine zylindrische, mit vorzugsweise ebenen Boden versehenen Kapsel, hier Gelenkkapsel genannt, bilden, an denen die beiden zu dem Gelenk gehörenden Gliedmassen befestigt sind. Fernar gehört zur Erfindung, dass der Motor und ein Getriebe, das zur Untersetzung der schnellen Drehung der Motor welle dient, im Innenraum der Gelenkkapsel untergebracht sind und dass eine Vorrichtung zur Messung des Winkels, den die beiden Gliedmassen miteinander bilden, vorgesehen ist. Zur Erfindung gehört auch, dass die Motorwelle, die An- und Abtriebswelle des Getriebes sowie eine Welle der Vorrichtung zur Winkelmessung und die Zylinderachse der Gelenkkapsel koaxial angeordnet sind, und dass Mittel vorgesehen sind, die den Innenraum der Kapsel gegen den Aussenraum gas- und flüssigkeitsdicht abschliessen.
Es sind bereits Systeme von anthropomorphen Manipulatoren bekannt geworden, deren Gelenke jedoch nicht gas- und flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind, sodass die in den Gelenken untergebrachten Teile zerstörenden äusseren Einwirkungen ausgesetzt sind. Bei den erfindungsgemässen Manipulatorgelenken sind Motor und Gebriebe in der schützenden, gas- und flüssigkeitsdichtsn Gelenkkapsel untergebracht; das bedeutet einen wesentlichen technischen Fortschritt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein anthropomorpher Manipulator, bei dem als Antriebsrnotor zur Bewegung der Gliedmassen ein elektrischer Scheibenläufermotor vorgesehen und die Ab triebswelle des Getriebes als ein hohles Rohr ausgebildet ist. Ferner sind der Scheibenläufermotor und das Getriebe mit einem koxialen zylindrischen Hohlraum versehen, durch dan die besagte als Rohr ausgebildete Abtriebswelle hindurchgeführt ist. Die hohle Abtriebsachse ist in den beiden Kapselböden gelagert und mündet getriebeseitig ausserhalb des Kapselbodens in einen Abtriebsflansch oder dgl., der gegen den Kapselboden abgedichtet ist. Als Vorrichtung zur Messung des Winkels, den die beiden am Abtrlebsflansch bzw. am motorseitigen Kapselboden befestigten Gliedmassen miteinander bilden, ist ein elektrisches Potentiometer vorgesehen, das in einem raumgebenden Abstand vom motorseltigen Kapselboden mittels eines Bügels oder dgl. fest mit da hohlen Rohr verbunden ist, wahrend die Potentiometerspindel mittels eines 8u'gels oder dgl.
fest mit dem Kapselboden verbunden ist. Bei einem Betrieb des Manipulators ist der elektrische Widerstand des Potentiometers ein Mass für den Winkel, den die an der Gelenkkapsel befestigten Gliedmassen miteinander bilden. Ferner ist erfindugnsgemäss vorgesehen, die hohle Abtriebswelle als Kanal nur elektrische, hydraullsche, pneumatische Leitungen oder dgl. zu verwenden und/oder einen Druckausgleich zwischen den Innenräumen der einzelnen Gliedmassen herzustellen.
Es sind bereits Systeme von anthropomorphen Manipulatoren bekannt geworden, deren Gelenke jedoch nicht gas- oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen sind, sodass die im Innern der Gelenke und Gliedmassen untergebrachten, oft empfindlichen Teile wie Kabel, Rohrleitungen, Schlauche, Motoren, Steuermechanismen und elektrische Bauteile einer Korrosion, starken Wasserdrucken oder auch Ätzungen ausgesetzt sind und die Gefahr einer sehr schnellen Abnutzung besteht. Die Gefahr besteht bei den erfindungsgemässen Manipulatoren nicht, da alle die erwähnten, im Innern dar Gelenkkapseln oder der Gliedmassen sich befindlichen elektrischen und mechanischen Teile vollkommen gegen den Aussenraum also auch gegen Einwirkungen von aussen abgeschlossen und geschützt sind. Die Erfindung bedeutet daher einen wesentlichen technischen Fortschritt.
Ferner gehört zur Erfindung ein anthopomorpher Manipulator, der für Arbeiten in Gewässern, beispielsweise in der Tiefsee, bestimmt ist, bei dem zur Entlastung des Materials, insbesondere der Abdichtungen,vorgesehen ist, die durch die hohlen Abtriebswellen miteinander in Verbindung stehenden Innenräume der hintereinander geschalteten Gliedmassan, z.B. Schulter - 'Oberarm - Unterarm, mit einem Gas oder einer Flüssigkeit zu füllen. Der Druck des Gases oder der Flüssigkeit ist durch eine Automatik so regelbar, dass er mit dem Druck der umgebenden Flüssigkeit übareinstimmt oder einen zu diesem einstellbaren Druckunterschied aufweist. Es kann vorteilhaft sein, dass der Druck im Innern stets etwas grösser ist als der Druck dar umgebenden Flüssigkeit, damit bei einer etwa auftretenden, geringfügigen Undichtlgkelt eher das im Innern der Gliedmassen befindliche Gas nach ausss dringt, wobei es automatisch nachgefüllt wird, als dass etwas von der umgebenden Flüssigkeit ins Innere eindrIngt.
Die bisher bekannten Manipulatoren besitzen keine miteinander in Verbindung stehenden Innenräume der Gliedmassen, die mit einem für die dort untergebrachten, empfindlichen Teile unschädlichem Gas zum Zwecke der Druckentlastung des Materials aufgefüllt werden können, wie das bei dem erfindungsgemässen Manipulator vorgesehen ist. Dieser bedeutet daher einen wesentlichen technischen Fortschritt.
Ausserdem gehört zur Erfindung, dass als Mittel, das den Innenraum der Gelenkkapsel gegen den Aussenraum gas- und flüssigkeitsdicht abschliesst, eine gas- und flüssigkeitsdichte, elastische und/oder faltbare Membran oder dgl. vorgesehen ist. Die erfindungsgemässe Membran oder dgl. überbrückt den Raum zwischen den beiden, um einen endlichen Winkel gegeneinander drehbarer, die Gelenkkapsel bildender Teile und ist an dan besagten Teilen gas- und flüssigkeitsdicht befestigt. Eine derartige erfindungsgemässe Dichtung vermeidet die Nachteile der üblichen Abdichtungen zwischen zwei gegeneinander drehbaren Teilen nlttels Kolbenringen oder dgl., bei denen stets ein enger Spalt mit einer Flüssigkeit ausgefüllt wird, die gleichzeitig zur Schmierung und DichLung dient. Bei der Erfindung ist eine solche Flu"ssigkeit nicht erforderlich; sie bedeutet darum einen grossen technischen Fortschritt.
In den Figuren 1,2,3 sind beispielhafte erlauternde Skizzen zu der oben beschriebenen Erfindung gezeichnet. Im einzelnen werden gezeigt in: Fig. 1 schematisch nach der Erfindung eine Gelenkkapsel (i) mit einem motorseitigen Kapselbogen (2) und einem getriebeseitigem Kapselboden (3), einem Motor (4) und einem Getriebe (5), mit einer Antriebswelle (6) und einer Abtriebswelle (7), ferner die Gliedmassen (8) und (9) sowie die Abdichtung (10).
Fig. 2 schematisch nach der Erfindung eine Gelenkkapsel (1) mit einem elektrischen Scheibenläufermotor, bestehend aus einem Scheibenläufer (11) und Permanentmagneten (12) und der durchbohrten Motorachse (13), das Getriebe (5) mit der Antriebswelle (6), der hohlen Abtriebswelle (14) und dem Abtrlebsflansch (15), eine Abdichtung (10) sowie ein elektrisches Potentiometer (16) und einem Bügel (17), die Potentiometerspindel (18) mit einem Bugel (19), die Gliedmassen (a) und (9), ein Kabelbaum (20), das Kabel (21) zur Spaisung des Scheibenläufermotors, das Kabel (22) zur Speisung des Potentiometers (16), eine Schelle (23) zur Befestigung des Kalbelbaumes am Abtriebsflansch (15), eine Schelle (24) zur Befestigung des Kabelbaumes am motorseitigen Kapselboden (2), ein zum folgenden Gelenk weiterführendes Kabel (25), die Achs (26), zu der die Motorwelle, die An- und Abtriebsachse das Getriebes, die Gelenkkapsel und das Potentiometer koaxial sind.
Fig. 3 schematisch nach der Erfindung ein anthropomorpher Manipulatorarm, bei dem die Motoren, Getriebe und Stromkabel gsschutzt im Innern der Gelenkkapseln und Gliedmassen angebracht sind. Dargestellt sind: eine Schultergelenkkapsel (27), drehbar um die Achse A-A/Pfeil a, eIne Schultergelenkkapsel (28), drehbar um die Achse 6-6/Pfeil b, eIne Oberarm gelenkkapsel (29), drehbar um die Achse C-C/Pfeil c, eine Ellenbogengelenkkapsel (30), drehbar um die Achse D-D/Pfeil d, eine Unterarmgelenkkapsel (31), drahbar um die Achse E-E/Pfeil ei eine Handzange (32).
Obwohl in der obigen Beschreibung die in einer abgeschlossenen Kapsel eingebetteten Motor und Übersetzungsgetriebe insbesondere als Gelenke von Manipulatoren vorgesehen sind, können dieselben auch als Triebwerke für vielerlei andere Zwecke verwendet werden.

Claims

Patentansprüche

1. Anthropomorpher Manipulator, der aus Rumpf, Armen mit Händen und Beinen mit Füssen oder ledIglich aus zai Armen mit Händen und einem Schulterpaar oder nur aus einer Schulter, einem Arm mit einer Hand besteht, mit Gelenken, die eine veränderbare Winkelstellung der einzelnen Gliedmassen zueinander und/oder deren Drehung gegeneinander erlauben, und mit Rotoren, die die gewünschten Bewegungen der Gliedmassen bewirken, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, dass jedes der besagten Gelenke aus zwei gegeneinander drehbaren, gemeinsam eine hohle vorzugsweise zylindrische, mit vorzugsweIse ebenen Böden versehene Kapsel, hier Gelenkkapsel genannt, bildenden Teilen zusammengesetzt ist, an denen die beiden zu dem Gelenk gehörenden Gliedmassen befestigt sind, und dass sowohl der Motor als auch ein Getriebe zur Untersetzung dar schnellen Drehung der Motorwelle im Innenraum der Gelenkkapsel untergebracht sind, (dazu) ferner eine Vorrichtung zur Messung des Winkels, dan die beiden Gliedmessen miteinander bilden, vorgesehen ist, und dass die Motorwelle, die An- und Abtriebswollen des Getriebes sowie die Welle der Vorrichtung zur Winkelmessung und die Zylinderachse der Gelenkkapsel koaxial angeordnet sind, und dass Mittel vorgesehen sind, die' den Innenraum der Gelenkkapsel gegen den Aussenraum gas- und flüssigkeitsdicht abschliessen.

2. Anthropomorpher Manipulator nach Anspruch S, d a d u r c h g e k e n n z a i c h n e t, dass als Motor ein elektrischer Scheibenläufermotor vorgesehen ist, dass ferner die Abtriebswelle des Getriebes als ein hohles Rohr ausgebildet ist, welches einerseits in einen Abtriebsflansch oder dgl., der gegen den Boden der Gelenkkapsel abgedichtet ist, einmündet, und dass besagtes hohles Rohr andererseIts zur Motorseite hin durch das Getriebe und durch den Scheibenläufermotor, dessen Welle, eine entsprechende Bohrung aufweist, und durch den motorseitigen Boden der Gelenkkapsel hindurchgefuhrt ist, und dass als Vorrichtung zur Winkelmessung ein elektrisches Potentiometer vorgesehen ist, das in einem raumgebenden Abstand vom motorseitigen Kapselboden mittels eines Bügels odar dgl. fest mit einem hohlen Rohr verbunden ist, während die Potentiometerspindel mittels eines Bügels oder dgl.

fest mit dem Kapselboden verbunden ist, wodurch beim Betrieb des Manipulators die Änderung des Winkels, den die beiden am Abtriebsflansch und an der Kapsel befestigten Gliedmassen miteinander bildan, durch Messung der änderung des elektrischen Widerstandes des Potentiometers bastimmbar ist, und dass vorgesehen ist, die hohle Abtrlebswelle als Kanal für elektrische, hydraulische, pneumatIsche Leitungen oder dergleichen zu verwenden und/odar einen Druckausgleich zwischen den Innenräumen der einzelnen Gliedmassen herzustellen.

3. Anthropomorpher Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h ge k e n n z e i c h n e t, dass für Arbeiten in Gewässern, beispielsweise in der Tiefsee, zur Entlastung des Materials, insbesondere der Abdichtungen, vorgesehen ist, die durch die hohlen Abtriebswellen miteinander in Verbindung stehenden Innenräume der hintereinander geschalteten Glisdmassan, z.B. Schulter - Oberarm - Unterarm, mit einem Gas oder einer Flüssigkeit zu füllen, deren Druck durch eine Automatik so regulierbar ist, dass er mit dem Druck dar umgebenden Flüssigkeit übereinstimmt odar einen zu diesem einstellbaren Druckunterschied aufweist.

4, Anthropomorpher Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Mittel, das den Innenraum der Gelenkkapsel gegen den Aussenraum gas-und flüssigkeitsdicht abschliesst, eine gas- und flüssigkeitsdichte, elastische und/odar faltbare Membran oder dgl. vorgesehen ist, die den Raum zwischen den beiden, um einen endlichen Winkel gegeneinander drehbaren, die Gelenkkapsel bildenden Teilen überbrückt und an den besagten Teilen gas- und flüssigkeitsdicht befestigt ist.

Verwendete Druckschriften: Offenlegungsschrift 1531 181, Offsnlegungsschrift 2112 066.

L e e r s e i t e