DE2330393A1

DE2330393A1 - Manipulator fuer unterwasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE2330393A1
Application number: DE19732330393
Authority: DE
Inventors: Juerg Dipl Ing Haas
Original assignee: Bruker Biospin GmbH
Current assignee: Bruker Biospin GmbH
Priority date: 1973-06-15
Filing date: 1973-06-15
Publication date: 1975-01-02
Also published as: DE2330393B2; DE2330393C3

Description

Anmelderin: Stuttgart, den 24. Mai 1973

Bruker-Physik AG P 2727 X/kg

7501 Karlsruhe-Porchheim

Silberstreifen _A

Manipulator für Unterwasserfahrzeuge

Die Erfindung betrifft einen Manipulator, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, mit einem Gehäuse (Schulter), mindestens einem Arm und mindestens einer an dem Ende eines Armes angebrachten Hand, wobei im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Gliedern Schwenkachsen vorgesehen sind, um die die beiden Glieder relativ zueinander verschwenkbar sind, sowie mit Antriebselementen zur Erzeugung der einzelnen Bewegungen.

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Derartige Manipulatoren sind bekannt, beispielsweise au3 der Reaktortechnik und aus der Technik von Beschickungsgeräten. Außerdem stellen die arbeitenden Teile vieler Baumaschinen, beispielsweise von Baggern, derartige Manipulatoren dar.

Bei den bekannten Manipulatoren werden, soweit es auf das Erzeugen größerer Kräfte ankommt, hydraulische Antriebe vorgesehen· Zum Schwenken der Glieder -dienen insbesondere hydraulische Arbeitszylinder, die im Abstand von dem Gelenk an den beiden Gliedern angelenkt sind. Es sind auch Drehkolbenantriebe in diesem Zusammenhang bekannt, die in den Gelenken vorgesehen sind. Ebenso ist es auch bekannt, Schwenkbewegungen bei Manipulatoren durch Elektromotoren zu erzeugen.

Nachteilig ist bei den bekannten Manipulatoren, daß sie für den Unterwassereinsatz nicht geeignet sind. Be'i Verwendung elektrischer Antriebe ergeben sich stets Probleme durch die Abdichtung gegenüber dem Seewasser. Außerdem sind dabei kostspielige und aufwendige Untersetzungsgetriebe (auch bei Uberwasseranwendungsfallen) nötig· Darüber hinaus weisen elektrische Antriebe eine geringe Energiedichte und, damit verbunden, großes Volumen und großes Gewicht auf.

Hydraulische Antriebe mit Arbeitszylindern sind für den Unterwasserbetrieb nicht geeignet, weil die außerhalb der.Glieder vorgesehenen Arbeitskolben nicht gegen den

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Seewassereinfluß, also gegen Korrosion, Kalkablagerungen, Muschelbesatz u.dgl. ausreichend .geschützt werden können· Die Verwendung von Drehkolbenantrieben in den Gelenken ist aufwendig und erhöht das Gewicht der von der Schulter als Basis des Manipulators entfernten Teile. Diese Massen müssen zusätzlich von der Schulter und den Armen getragen und bewegt werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Manipulator zu schaffen, der sich zum Anbau an ein Unterwasserfahrzeug eignet und vom Inneren des Fahrzeuges aus betätigt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Manipulator der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch, daß als Antriebselemente in an sich bekannter Weise hydraulische Arbeitskolben vorgesehen sind, daß die Arbeitskolben in einem geschlossenen, nach außen abgedichteten Gehäuse untergebracht sind, und daß sämtliche Vorrichtungen zur Bewegungsübertragung und Schwenkbewegungserzeugung innerhalb der als geschlossene Gehäuse ausgebildeten Glieder angeordnet sind.

Ein besonderer Vorteil eines derartigen Manipulators liegt darin, daß nach außen hin nur Drehbewegungen, jedoch keine Schiebebewegungen auftreten. Es kann also der gesamte I-ianipulator zum. Seewasser hin durch rotierende Dichtungen (Drehdichtungen) abgedichtet werden. Derartige Dichtungen lassen sich mit wenig Aufwand bei hoher Betriebssicherheit zum Einsatz bringen. Es sind keine dem Seewasser ausgesetzten Schieber oder Kolbenstangen vorhanden. Dadurch ist der

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■erfindungsgemäße Manipulator weitgehend gegenüber Korrosion, Kalkablagerungen, Muschel- und Algenbewuchs und dergl. unempfindlich. Dabei sind alle Arbeitskolben in einem einzigen geschlossenen Gehäuse untergebracht, vorzugsweise in der Schulter des Manipulators. Dadurch werden die von der Schulter entfernten Glieder leicht und kleinvolumig· Es ergibt sich eine gedrungene, stabile Bauweise.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Vorrichtungen zum Umsetzen der Hubbewegung der Arbeitskolben in Drehbewegungen vorgesehen und es erfolgt die Erzeugung der Schwenkbewegungen der einzelnen Glieder unmittelbar an den Gelenken. Obwohl also zur Bewegungserzeugung Arbeitskolben verwendet sind, erfolgt die Erzeugung der Schwenkbewegungen unmittelbar in den Gelenken. Von Vorteil ist, daß die als Gehäuse ausgebildeten Glieder relativ kleinvolumig sein können, da sie nur die übertragungsmittel zur Übertragung der Bewegungen aufzunehmen brauchen. Es treten daher auch nur geringe Druckbeanspruchungen bei inneren oder äußeren Überdrücken auf.

Das Umsetzen der Hubbewegung der Arbeitskolben in eine Drehbewegung kann unterschiedlich vorgenommen sein. Beispielsweise kann an dem Arbeitskolben eine Zahnstange befestigt sein, die mit einem Zahnrad kämmt. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist dagegen zum Umsetzen der Hubbewegung in eine Drehbewegung je ein an dem Kolben befestigtes und über Rollen geführtes Zugelement verwendet. Bei diesen Zugelementen kann es sich

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um endliche oder endlose Ketten-, Bänder- oder Riementriebe handeln·

Die Übertragung der Bewegungen von Glied zu Glied erfolgt bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung durch die Schwenkachse hindurch. Das hat den Vorteil, daß der gesamte Manipulator als in sich druckdichte Einheit ausgebildet sein kann und daß keine äußeren Kraftübertragungsglieder vorgesehen sein müssen. Es ist dadurch das Abdichten des Innenraumes gegenüber dem äußeren V/aaser vereinfacht. Dabei sind bevorzugt die Schwenkachsen als koaxiale, gegeneinander drehbar gelagerte und abgestützte Hohlwellengruppen ausgebildet. Jede dieser Hohlwellen überträgt eine Bewegung.

Die Übertragung der durch die Hohlwellen eingeleiteten Bewegungen von einem Ende eines Gliedes zum anderen Ende eines Gliedes kann beispielsweise durch Zahnradverbindungen od.dgl. hergestellt sein. Bevorzugt sind jedoch hierfür Zugelemente, insbesondere Endlostriebe, verwendet. Dabei kann es sich wieder um Band-, Riemen- oder Kettentriebe handeln. Derartige Triebe sind sehr klein und gestatten ein weitgehend spielarmes Übertragen der gewünschten Bewegungen bei geringem Eigengewicht.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Manipulators besteht darin, daß er sehr einfach abgedichtet und gegen die zerstörerischen Einflüsse insbesondere von Seewasser geschützt werden kann· Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Abdichtungen nach außen als Drehdichtungen ausgebildet.

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Die geschlossenen Gehäuse, als die die Glieder ausgebildet sind, sind bevorzugt abgedichtet und mit Flüssigkeit gefüllt. Die Flüssigkeitsfüllung sorgt wegen der Inkompressibilität der Flüssigkeit für eine Abstützung des Gehäuses gegenüber dem Außendruck und verhindert, wenn für einen inneren Überdruck gesorgt wird, auch bei Leckagen das Eindringen von V/asser· Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist mindestens eines der Gehäuse mit einem außendruck-gesteuerten Druckangleicher versehen, der im Gehäuse bzw. in den Gehäusen stets einen über dem Außendruck liegenden Druck aufrechterhält. Ein derartiger Druckangleicher besteht im einfachsten Fall aus einem bewegbaren Glied, das einerseits vom Außendruck und andererseits vom Innendruck beaufschlagt ist. Sind die dem Außendruck ausgesetzte Fläche und die dem Innendruck ausgesetzte Fläche gleich groß., dann ist z.um Erzeugen eines inneren Überdruckes eine den Außendruck unterstützende Feder vorgesehen·· Auf diese denkbar einfache und dabei sehr betriebssichere Weise ist erreicht, daß sich selbsttätig stets ein innerer Überdruck aufrechterhält, wobei die Druckdifferenz durch die Feder oder das Druckverhältnis durch das Verhältnis der dem Außendruck bzw. der dem Innendruck ausgesetzten Flächen gegeben ist. Wegen der Inkompressibilität der Flüssigkeit braucht der Druckangleicher nur sehr geringe Wege zurückzulegen. Als Druckangleicher kann beispielsweise ein verschiebbarer Kolben,?%le bevorzugt vorgesehen, eine von einer Rollmembran gehaltene Platte verwendet sein.

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Die Innenräume der einzelnen Gehäuse können voneinander getrennt sein. Bevorzugt sind jedoch die Innenräume der Gehäuse, die die Glieder bilden, über die Schwenkachaen miteinander verbunden. Es genügt dann auch ein einziger Druckangleicher, um in sämtlichen Gehäusen den gleichen Überdruck aufrechtzuerhalten· Dabei ist der Überdruck gegenüber dem Außendruck so gewählt, daß er größer ist als die maximal mögliche Differenz des statischen Druckes zwischen Druckangleicher und am weitesten von dem Druckangleicher entfernten Ende eines Gliedes bei gestrecktem Manipulator. Dadurch wird erreicht, daß auch bei vertikal nach unten gestrecktem Manipulator das unterste Ende eines Gliedes gegenüber dem umgebenden Wasser noch einen Restüberdruck aufweist, so daß das Eindringen von Wasser unter allen Betriebsumständen sicher verhindert ist·

Das die Schulter bildende Gehäuse kann fest an dem Unterwasserfahrzeug angebracht sein« Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung jedoch ist das die Schulter bildende Gehäuse um eine Achse schwenkbar, die senkrecht steht zu den Schwenkachsen, um die die Arme schwenkbar sind· Es läßt sich dadurch mit dem Manipulator ein relativ großer Bereich bestreichen, ohne daß das Unterwasserfahrzeug seine Position verändern muß· Die Hand oder das Werkzeug des Manipulators kann einen Raum bestreichen, der nach außen und innen von Kugelabschnitten begrenzt wird, deren Krümmungsmittelpunkte in den Gelenkmittelpunkten der Arme liegen,

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und die durch die Schwenkwinkel der Arme und den Schwenk-Winkel der Schulter nach oben und." nach der Seite begrenzt-v/erden.

Bei jedem Manipulator kann es vorkommen, daß sich das Werkzeug oder die Hand an dem zu bearbeitenden Objekt verfängt. Ein Bagger, der über große Kraftreserven verfügt, kann das Werkzeug wieder losreißen. Außerdem kann ohne weiteres eine Hilfsperson beim Lösen des Werkzeuges behilflich sein. Schließlich spielt es, abgesehen von dem Zeitbedarf und damit von wirtschaftlichen Gesichtspunkten, keine Rolle, ob sich das Werkzeug schneller oder langsamer wieder befreien läßt. Ist dagegen der Manipulator an einem Unterwasserfahrzeug befestigt, so kann das Hängenbleiben nicht nur relativ leicht mftreten, weil die Kraft zum Losreißen nicht sehr groß sein kann, weil sich das Fahrzeug nirgends abstützen kann, sondern es kann auch eine gefährliche Lage dadurch auftreten, wenn der Manipulator sich nicht vom Fahrzeuginneren aus und nicht relativ rasch lösen läßt. Eine Hilfe von außen ist normalerweise nicht zu erwarten und es ist die Tauchzeit des Unterwasserfahrzeuges wegen des begrenzten Luft- und Energievorrates sehr beschränkt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher der Manipulator an dem Unterwasserfahrzeug vom Fahrzeuginneren aus rasch lösbar befestigt; es ist insbesondere als leicht lösbarer Verschluß eine Anschlußplatte· vorgesehen, an der eine Abwurfvorrichtung angebracht ist, die vom Fahrzeuginneren aus betätigbar ist. Dadurch ist es im Ernstfalle möglich, das Fahrzeug vom Manipulator zu trennen und mit dem Fahrzeug aufzusteigen.

ORIGINAL INrP

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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben'sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. '"■ Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, schematische Außenansicht eines erfindungsgemäßen Manipulators, der fünf Freiheitsgrade (fünf verschiedene Schwenkachsen) aufweist,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Schulter des Manipulators nach Fig. 1 in der durch die Schwenkachse der Schulter und die Schwenkachse des Oberarmes definierten Ebene in stark schematisierter Darstellung,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch Oberarm, Unterarm und Hand, ebenfalls in stark schematisierter Darstellung, die

Fig. 4 und 5 in schematisierter Darstellung die Seitenansicht und die Draufsicht eines vereinfachten Manipulators mit drei Freiheitsgraden und

Fig. 6 einen Schnitt durch einen Druckangleicher.

An einem Druckkörper 1 eines im übrigen nicht dargestellten Unterwasserfahrzeuges ist eine Anschlußplatte 2 so angebracht, daß sie vom Inneren des Fahrzeuges aus abgestoßen werden kann· Durch die Anschlußplatte 2 verlaufen

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nicht dargestellte Energieleitungen, die zu einer als Gehäuse ausgebildeten Schulter 3 geführt sind. Die Schulter 3 ist an zwei an der Anschlußplatte 2 befestigten Lagerstreben 4- und 5 um eine Achse 6 schwenkbar gelagert. Die Schulter 3 weist eine etwa quadep?- förmige Gestalt auf. Im Bereich ihres einen Endes ist ein Oberarm 7 angelenkt, der um eine zur Achse 6 senkrechten Schwenkachse 8 verschwenkbar ist. Der Oberarm umfaßt zwei Gehäuse -9 und 10, die durch eine Querplatte miteinander verbunden sind. Die Querplatte 11 ergibt eine Versteifung des Oberarmes 7· Die Gehäuse 9 und 10 weisen die Gestalt eines langgestreckten, im Querschnitt rechteckigen Prismas auf, dessen Enden zylindermantelformig gerundet sind. Dabei fällt die Achse des Zylindermantels etwa mit der Schwenkachse 8 bzw. einer am entgegenge- , setzten Ende vorgesehenen Schwenkachse 12 zusammen.

An den Oberarm 7 ist um die Schwenkachse 12 schwenkbar ein Unterarm 13 angebracht, der zwischen die Enden der Gehäuse 9 und 10 eingreift. Der Unterarm 13 weist die Gestalt eines an den Enden zylindermantelformig abgerundeten Quaders auf, dessen der Schwenkachse 12 abgewandtes Ende gabelförmig ausgebildet ist. Im Bereich dieser Gabel ist eine weitere Schwenkachse 14 vorgesehen, um die eine Hand 15 oder ein Werkzeug schwenkbar ist. Das freie Ende der Hand 15 ist als Gabel 16 ausgebildet, die um eine zur Schwenkachse 14- senkrechte Achse 17 drehbar ist.Die Schwenkachsen 8, 12 und 14 sind bevorzugt zueinander parallel angeordnet.

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Der in Fig. 1 dargestellte Manipulator weist also fünf Achsen oder Freiheitsgrade auf. Er gestattet die Vornahme auch relativ komplexer Bewegungen und bestreicht einen Bereich, der durch den Schwenkwinkel der Schulter 3 und die Kreisfläche begrenzt ist, deren Radius gleich der gestreckten Länge von Oberarm, Unterarm und Hand ist. Von außerhalb betrachtet führt dieser Manipulator nur Schwenkbewegungen aus, jedoch keinerlei Schiebebewegungen. Es können daher sämtliche Abdichtungen nach außen hin als Drehdichtungen ausgeführt sein.

In dem Gehäuse der Schulter 3 ist für jede Schwenkachse ein Hydraulikarbeitszylinder 18 bis 22 untergebracht. Der Arbeitszylinder 18 ist zusammen mit seinem Kolben 23 der Schwenkachse 8 zugeordnet. Der Arbeitszylinder 19-ist mit seinem Kolben 2A- der Schwenkachse 12 zugeordnet. Der Arbeitszylinder 20 ist mit seinem Kolben 25 der Achse 1? zugeordnet. Der Arbeitszylinder 21 ist mit seinem Kolben 26 der Schwenkbewegung der Schulter 3 um die Achse 6 zugeordnet. Schließlich ist der Arbeitszylinder 22 mit seinem Kolben 27 der Schwenkachse 14-zum Schwenken der Hand 15 zugeordnet. An den Enden der Kolben 23 bis 27 sind Spannbänder 28 bis 32 fest angebracht, die bei der Hin- und Herbewegung der Kolben entsprechend mitgenommen werden. Die Spannbänder können auch als Riemen oder Kettentriebe ausgebildet sein. Es können endlose oder eine bestimmte Länge aufweisende Triebe hierfür verwendet sein. In dem einen Endbereich der Schulter 3 ist in dem Gehäuse eine feststehende Achse 33 vorgesehen, auf der fünf Umlenkrollen 34- bis 38

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drehbar gelagert sind, um die die Spannbänder 28 bis herumgeführt sind. An dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses der Schulter 3 ist ein Bolzen 39 vorgesehen, der nach außen übersteht und dessen Längsachse die Schwenkachse 8 ist. Der Bolzen 39 ist in den Gehäusen 9 und 10 des Oberarmes 7 befestigt. Um den Bolzen 39 schwenkbar gelagert sind Umlenkrollen 40 bis 44 vorgesehen, über die die Spannbänder 28 bis 32 geführt sind· Die Bewegung der Kolben 23 bis 27 wird durch die Spannbänder 28 bis 32 in eine Drehbewegung der Umlenkrollen 40 bis 44 umgesetzt. Die Umlenkrolle 40 ist mit einem Lagerzapfen des Gehäuses 9 des Oberarmes 7 starr verbunden, der in dem Gehäuse der Schulter 3 drehbar und abgedichtet gelagert ist. Dieser Lagerzapfen des Gehäuses 9 ist hohl. Auf der anderen Seite der Schulter ist das Gehäuse 10 über einen entsprechenden Lagerzapfen drehbar und abgedichtet in der Schulter 3 gelagert.

Die der Umlenkrolle 40 benachbarte Umlenkrolle 41 ist auf einer Hohlwelle 45 drehfest befestigt, die durch die Umlenkrolle 40 und den Lagerzapfen des Gehäuses 9 hindurchgeführt ist und an ihrem im Gehäuse 9 befindlichen Ende eine Rolle 46 trägt.

Die der Umlenkrolle 41 benachbarte Umlenkrolle 42 ist auf dem einen Ende einer Hohlwelle 47 drehfest angebracht, die sich durch die Hohlwelle 45 hindurch erstreckt und an ihrem äußeren, im Gehäuse 9 befindlichen Ende eine Rolle 48 trägt, die ebenfalls drehfest an der Hohlwelle befestigt ist. Die Hohlwelle 47 ist auf dem Bolzen 39 gelagert; die Hohlwelle 45 ist auf der Hohlwelle 47 und/oder in dem Lagerzapfen des Gehäuses 9 drehbar gelagert.

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Die Umlenkrolle 43 ist auf dem Bolzen 39 frei drehbar gelagert. Die Umlenkrolle 44 schließlich ist auf einer Hohlwelle 49 aufgekeilt, die sich durch den Lagerzapfen des Gehäuses 10 hindurch erstreckt und auf dem Bolzen 39 drehbar gelagert ist. An dem äußeren Ende der Hohlwelle 49 ist eine Rolle 50 innerhalb des Gehäuses 10 angebracht.

Zum Schwenken der Schulter 3 um die Achse 6 ist das die Schulter 3 umschließende Gehäuse an dem der Schwenkachse benachbarten Ende mit einem feststehenden Zapfen 51 versehen, der in der Lagerstrebe 4 drehbar gelagert ist. Am entgegengesetzten Ende ist an der Lagerstrebe 5 ein Zapfen 52 starr befestigt, der in der Stirnwand des Gehäuses der Schulter 3 drehbar gelagert ist und an dessen innerhalb der Schulter 3 befindlichen Ende ein Kegelrad 53 aufgekeilt ist. Dieses Kegelrad 53 kämmt mit einem weiteren Kegelrad 5^» das an der Umlenkrolle 37 starr angebracht ist, die ihrerseits um die Achse 33 drehbar ist. Bei einem Arbeitshub des Kolbens 26 wird das Spannband 31 bewegt und dreht die Umlenkrolle 37 und damit das Kegelrad 54·· Das Kegelrad 5^- wälzt sich auf dem feststehenden Kegelrad 53 ab und verschwenkt dadurch die Schulter 3 um die Achse 6.

Mit der Schwenkachse 12 zusammen fällt die Achse eines Bolzens 55» der mit seinen Enden an der jeweils nach außen gekehrten Wand der Gehäuse 9 und 10 befestigt ist. Um den Bolzen 55 ist eine Hohlwelle 56 drehbar, an deren einem Ende eine Rolle 57 innerhalb des Gehäuses 9 und an deren anderem Ende eine Rolle 58 innerhalb des Unterarmes 13 drehfest befestigt sind. An dem Gehäuse des Unterarmes ist an der dem Gehäuse 9 zugewandten Seite ein hohler Lager-

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zapfen 59 vorgesehen, der einerseits in dem Gehäuse 9 abgedichtet drehbar gelagert ist und der andererseits auf der Hohlwelle 56 drehbar gelagert sein kann· An diesen starr mit dem Gehäuse des Unterarmes 13 verbundenen Lagerzapfen 59 ist innerhalb des Gehäuses 9 eine Rolle 60 drehfest befestigt. Die Rollen 57 und 60 stehen über Endlostriebe, beispielsweise Riemen oder Ketten 61 bzw. 62 mit den Rollen 48 bzw. 46 in Wirkverbindung. Durch die Endlostriebe 61 und 62 wird die Drehbewegung der Rollen 46 und 48 auf die Rollen 60 und 57 übertragen,. Die Drehbewegung der Rolle 60 ist gleichzeitig eine Schwenkbewegung des Unterarmes 13 um die Schwenkachse 12.

Auf dem Bolzen 55 ist außerdem eine Hohlwelle 63 drehbar gelagert, die innerhalb des Gehäuses 10 eine Rolle 64 und innerhalb des Unterarmes 13 eine Rolle 65 trägt, die beide mit der Hohlwelle 63 drehfest verbunden sind. Über einen Endlostrieb 66 sind die Rollen 64 und 65 mit der Rolle 50 in Wirkverbindung. Das Gehäuse des Unterarmes 13 ist im Gehäuse 10 über einen entsprechenden Lagerzapfen drehbar und abgedichtet gelagert.

Die Schwenkachse 14 ist durch einen Bolzen 67 verkörpert, der in dem gabelförmigen Ende des Gehäuses des Unterarmes 13 befestigt ist.* Um diesen Bolzen 67 ist eine Hohlwelle drehbar gelagert, die an ihrem in dem Unterarm 13 befindlichen Ende eine Rolle 69 und an ihrem in einem zylinderförmigen Teil der Hand 15 befindlichen Ende ein Kegelrad trägt. Über einen Endlostrieb 71 innerhalb des Unterarmes wird die Drehbewegung der Rolle 58 auf die Rolle 69 und damit auf das Kegelrad 70 übertragen.

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Über einen Endlostrieb 72 innerhalb des Unterarmes steht die Rolle 65 in Wirkverbindung mit einer Rolle 73» die an einem Lagerzapfen 74- drehfest befestigt ist, der seinerseits mit einem oberen Handgehäuse 75 starr verbunden ist. Durch Drehung der Rolle 73 wird somit die Hand 15 um die Schwenkachse 14 geschwenkt.

In dem oberen Handgehäuse 75 ist koaxial zur Achse ein mit dem Kegelrad 70 kämmendes Kegelrad 76 drehbar gelagert. Das Kegelrad 76 ist mit einem unteren Handgehäuse 77 starr verbunden, das gegenüber dem oberen Handgehäuse 75 um die Achse 17 schwenkbar ist. Diese Schwenkbewegung wird durch die über den Endlostrieb übertragene Drehbewegung des Kegelrades 70 und damit des Kegelrades 76 erzeugt.

Es versteht sich, daß beispielsweise statt der Drehbewegung um die Achse 17 über den Endlostrieb 71 und die mit ihm in Wirkverbindung stehenden Glieder auch eine öffnungs- und Schließbewegung der Gabel 16 oder andere Bewegungen von Werkzeugen erzeugt werden können. Ebenso könnte hierfür auch ein sechstes inneres Antriebssystem in gleicher Weise verwendet werden, wenn auf die Schwenkbewegung um die Achse 17 nicht verzichtet werden kann.

Durch das Betätigen der Arbeitszylinder 18 bis 22 lassen sich also in der beschriebenen Weise sämtliche Schwenkbewegungen um die Achsen 6, 8, 12, 14 und 17 jeweils unabhängig voneinander erzeugen. Dabei ist die Schulter

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nicht durch das Gewicht von Kraftgliedern belastet, die in den Armen oder der Hand vorgesehen sind, sondern es sind sämtliche Kraftglieder, nämlich die hydraulischen Arbeitszylinder 18 bis 22 mit den Kolben 23 bis 27 innerhalb der Schulter 3 untergebracht·

Ein in gleicher Weise aufgebauter und wirkender, jedoch vereinfachter Manipulator ist in den Pig. 4· und 5 schematisch dargestellt· Es handelt sich hierbei um einen Manipulator mit drei Freiheitsgraden· Die einzelnen Glieder sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie bei der in den Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsform. Es ist also an dem Druckkörper 1 die Anschlußplatte 2 angebracht, die über die Lagerstreben 4- und die Schulter 3 trägt. Dabei ist die Schulter 3 wieder um die Achse 6 schwenkbar. An der Schulter 3 ist um die zur Achse 6 senkrechte Schwenkachse 8 ein Arm 81 schwenkbar, der nicht in Ober- und Unterarm unterteilt ist.und an dessen Ende die Schwenkachse 14-vorgesehen ist. Die Schwenkachse 12, die gelenkige Verbindung zwischen Ober- und Unterarm, ist weggefallen; der Arm 81 ist über seine ganze Länge hinweg starr. An Stelle der Hand 15 ist um die Schwenkachse 14 ein Greifbügel 82 schwenkbar, der mit einem Gegenbügel 83 zangenartig zusammenwirkt, der ebenfalls um die Achse 14-schwenkbar ist, der jedoch über eine Parallelführung aus einem langen Arm 84- und einem kurzen Arm 85 in seiner Winkellage zur Schulter 3 festgehalten ist. Der lange Arm 84- ist einerseits an der Schulter 3 schwenkbar gelagert, wobei der Abstand dieses Schwenklagers von

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dem Schwenklager des Armes 81 gleich der wirksamen Länge des kurzen Armes 85 ist, mit dem der lange Arm 84 gelenkig verbunden ist· Der kurze Arm 85 ist außerdem um die Achse 14 schwenkbar· An dem Gegenbügel 83 ist ein Netz oder ein Korb 86 befestigt· Beim Verschwenken des Armes 81 um die Schwenkachse wird gleichzeitig der Greifbügel 82 durch Betätigen eines Kolbens in der vorher beschriebenen Art mitverschwenkt, so daß der öffnungswinkel zwischen den beiden Bügeln 82 und 83 konstant bleibt. Um diesen öffnungswinkel zu verändern, wird der die Schwenkbewegung des Greifbügels 82 um die Schwenkachse 14 erzeugende Arbeitskolben zusätzlich bewegt· Im übrigen entspricht dieser Manipulator in seinen wesentlichen Eigenschaften und Ausführungsmerkmalen dem zuvor beschriebenen Manipulator mit fünf Schwenkachsen· Er eignet sich insbesondere zur Entnahme von Proben nicht zu festen Materials, zum Bergen von kleineren Teilen, die nicht oder nicht zu fest haften, sowie zum Bergen von Pflanzen oder nicht schnell beweglichen Tieren, wie Muscheln, Schnecken, Korallen und dgl·.

Um die mit zunehmender Tauchtiefe stark ansteigende Druckbelastung und dadurch möglicherweise bedingte Verformungen zu vermeiden sind die Gehäuse mit einer geeigneten Flüssigkeit, beispielsweise mit öl, gefüllt. Um die Inkompressibilität des Öles zusätzlich auszunutzen und um ein Eindringen von Wasser mit Sicherheit zu vermeiden, ist mindestens ein Druckangleicher 90 vorgesehen.

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Sind die Gehäuse, wie bevorzugt vorgesehen, untereinander verbunden, dann genügt es, wenn für sämtliche Gehäuse ein gemeinsamer Druckangleicher in irgendeinem der Gehäuse vorgesehen ist. Der Druckangleicher 90 umfaßt ein hohlzylinderförmiges Gehäuse 91 _f das an einer Stirnseite durch einen Deckel 92 abgeschlossen ist. Der Deckel 92 dient gleichzeitig der Befestigung einer Rollmembran 93, die zwischen das Gehäuse 91 und den Deckel 92 eingeklemmt ist und außerdem eine Abdichtung zwischen diesen beiden Teilen ergibt. Die Rollmembran 93 ist in ihrem zentralen Bereich mit einem Feder.teller 9^ versehen, an dem sich eine Schraubendruckfeder 95 abstützt. Die Schraubendruckfeder 95 stützt sich andererseits an einem Federteller und einer an diesen Federteller anschließenden Flachdichtung 97 ab, die zwischen das Gehäuse 91 und eine Außenwand 98 eines der Glieder des Manipulators eingelegt ist, an der das Gehäuse 91 durch Schrauben 99 befestigt ist. Der Federteller 96 ist in seinem Zentrum mit einer Bohrung 1(X) versehen, die auch durch die Außenwand 98 hindurchge'führt ist, wodurch der von der Dichtung 97» dem Federteller 96, dem Gehäuse 91 und der Rollmembran 93 mit dem Federteller 94- begrenzte Raum mit dem Außenwasser in Verbindung steht. Die zwischen der Rollmembran 93 und dem Deckel 92 befindliche Kammer steht über nicht dargestellte Bohrungen mit dem Innenraum des. Manipulatorgliedes in Verbindung, in das der Druckangleicher 90 eingebaut ist. Der Druck im Innenraum dieses Gliedes ist stets um den Druck größer als der Druck außerhalb, der sich durch die Kraft der Feder 95 geteilt' durch die Querschnittsfläche der Rollmembran 93 ergibt. Es.ist dadurch sichergestellt, daß unabhängig von der Tauchtiefe stets ein fest

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eingehaltener Überdruck gegenüber dem Außendruck besteht. Dadurch ist, auch wenn kleine Lecks auftreten sollten, verhindert, daß Wasser in das Innere des Manipulators eindringt. Die ausströmenden Leckmengen werden durch den Flüssigkeitsvorrat ersetzt, der zwischen der Rollmembran 93 und dem Deckel 92 eingeschlossen ist. Derartige Druckangleicher sind an sich bekannt.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf das dargestellte Äusführungsbeispie1 beschränkt ist, sondern Abweichungen davon möglich sind, ohne den Rahmen d^r Erfindung zu verlassen. Insbesondere ist es möglich, einzelne der Erfindungsmerkmale für sich oder zu mehreren kombiniert anzuwenden.

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Claims

Patentansprüche

hj. Manipulator, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, mit einem Gehäuse (Schulter), mindestens einem Arm und mindestens einer an dem Ende eines Armes angebrachten Hand, wobei im Bereich der Verbindungsstellen zwischen den einzelnen Gliedern Schwenkachsen vorgesehen sind, um die die beiden Glieder relativ zueinander verschwenkbar sind, sowie mit Antriebselementen zur Erzeugung der einzelnen Bewegungen, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebselemente in an sich bekannter Weise hydraulische Arbeitszylinder (18_ bis 22) mit Kolben (23 bis 27) vorgesehen sind, daß die Antriebselemente in einem geschlossenen, nach außen abgedichteten Gehäuse (3) untergebracht sind, ■ und daß sämtliche Vorrichtungen zur Bewegungsübertragung und Schwenkbewegungserzeugung innerhalb der als geschlossene Gehäuse ausgebildeten Glieder (3, 9» 10, 13 > 15) angeordnet sind.

.2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Umsetzen der Hubbewegung der Arbeitskolben (23 bis 27) in Drehbewegungen vorgesehen sind und daß die Erzeugung der Schwenkbewegung der einzelnen Glieder unmittelbar an den Gelenken erfolgt .

3. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umsetzen der Hubbewegung in eine Drehbewegung an den Kolben (23 bis 27) befestigte und über Rollen

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(34 bis 38 und 40 bis 44) geführte Zugelemente (28 bis 32) verwendet sind.

4. Manipulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die übertragung der Bewegung von Glied zu Glied durch die Schwenkachsen (8; 12; 14) hindurch erfolgt.

5· Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachsen als koaxiale, gegeneinander drehbar gelagerte und abgestützte Hohlwellengruppen ausgebildet sind.

6. Manipulator nach einem der Ansprüche 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung der Bewegung von einem Ende eines Gliedes zum anderen Ende dieses Gliedes Zugelemente, insbesondere Bndlostriebe (61, 62, 66, 71, 72), verwendet sind.

7i_Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Abdichtungen nach außen als Drehdichtungen ausgebildet sind.

ö. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder bildenden Gehäuse abgedichtet und mit Flüssigkeit gefüllt sind.

9· Manipulator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, - daß mindestens eines der Gehäuse mit einem außendruckgesteuerten Druckangleicher (90) versehen ist, der im Gehäuse bzw. in den Gehäusen stets einen über dem Außendruck liegenden Druck aufrechterhält. 409881/0686

10t Manipulator nach einem der Ansprüche 5 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Innenräume der Gehäuse über die Schwenkachsen, miteinander verbunden sind.

11. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das die Schulter (3)

. bildende Gehäuse um eine Achse (6) schwenkbar ist, die senkrecht steht zu den Schwenkachsen (8, 12, 14·) um die die Arme (7» 12» 81) schwenkbar sind.

12. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er an dem Unterwasserfahrzeug (1) von dem Fahrzeuginnern aus rasch lösbar befestigt ist und daß insbesondere als leicht lösbarer Anschluß eine Anschlußplatte (2) vorgesehen ist, an der eine Abwurfvorrichtung angebracht ist, die vom Fahrzeuginnern aus betätigbar ist.

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