DE2330393C3 - Manipulator, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge - Google Patents

Description

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 die einzelnen Glieder miteinander gelenkig oder drehbar verbunden sind, mit Antriebselementen in Form von hydraulischen Arbeilszylindern mit Kolben, die sämtlich in der Schulter untergebracht sind und von denen die bewegungsübertragenden Vorrichtungen beiätigt werden, die sich vollständig innerhalb des Umrisses der Glieder befinden und die Hubbewegungen in Rotationsbewegungen und umgekehrt umwandelnde Elemente umfassen.

Ein derartiger Manipulator ist bekannt (DT-OS 2112 066). Dieser Manipulator weist jeweils Doppelgelenke, also Gelenke mit zwei zueinander parallelen Achsen auf, wobei die beiden Gelenkachsen durch einen festen Bügel miteinander verbunden sind und die Glieder, die einander tangential berühren, bei der Schwenkbewegung aufeinander im Kreisbogen abrollen. Dabei erfolgt die Betätigung der Glieder von der Schulter aus durch Zugelemente, die über koaxial zu den Gelenkachsen vorgesehene Rollen umgelenkt sind, so daß keine Längenänderung der Zugelemente, die ein entferntes Glied betätigen, dann auftritt, wenn ein zur Schulter näheres Glied geschwenkt wird. Diese Anordnung hat jedoch zur Folge, daß die Glieder nicht dicht abgeschlossen werden können, so daß die ganze Mechanik den Einflüssen der Umgebung ausgesetzt ist. Bei Manipulatoren, die in staubreicher Umgebung eingesetzt werden führt dies ebenso wie beim Manipulatoren, die an Unterwasserfahrzeugen verwendet werden sollen, zu einem sehr hohen Wartungsaufwand oder zu einem baldigen Versagen wegen der unvermeidlichen Korrosionen und Ablagerungen, die insbesondere im Meerwasser auftreten. Eine Abdichtung könnte bei diesem bekannten Manipulator nur in der Weise erfolgen, daß er insgesamt mit einem Gummibalg umgeben wird. Das würde jedoch ebenfalls zu keiner praktisch brauchbaren Lösung führen, weil ein derartiger Gummibalg mechanisch empfindlich ist und nur eine kurze Lebensdauer erreichen würde. Da die mechanischen Zugelemente insbesondere durch Seewasser besonders gefährdet sind, ist bei dieser bekannten Vorrichtung im Regelfall auch eine hydraulische Betätigung vorgesehen Auch dabei sind jedoch die Gelenke und weitere empfindliche Teile den schädlichen Einflüssen des Seewassers ausgesetzt.

Es ist auch ein Manipulator bekannt (GB-PS 11 48 365), der aus vielen, untereinander gleichen Einzelelementen besteht, die jeweils an einem Ende einen sphärischen gekrümmten Zapfen und am anderen Ende eine sphärisch gekrümmte Bohrung aufweisen. Zapfen und Bohrungen werden ineinandergesteckt und sind durch eine Reihe von parallel zur Längsachse entlang dem Umfang angeordneter Betätigungselemente um Achsen kippbar, die in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Längsachse des jeweiligen Einzelelements steht. Ein derartiger Manipulatorarm ist zwar sehr vielseitig krümmbar und schwenkbar, er eignet sich jedoch keinesfalls für Anwendungen in aggressiver oder staubreicher Atmosphäre oder für Unterwasseranwendungen, wenn er nicht mit einem entsprechenden Gummibalg umgeben ist. Der Gummibalg ist jedoch mechanisch wenig widerstandsfähig und begrenzt die Einsatzfähigkeit eines derartigen Manipulators unter Wasser. Darüber hinaus ist dieser Manipulator sehr aufwendig aufgebaut. Bei vereinfachten Ausführungsformen sind die Betätigungselemente nicht alle im Bereich der Schulter vorgesehen, sondern über die ganze Länge des Armes hinweg verteilt. Dadurch ergibt sich ein sehr ungünstiges Verhältnis zwischen Hubkraft und durch die

Lage des Schwerpunktes des Armes bedingten Belastungsmoment Angestrebt wird dagegen, die Betätigungselemente, die die Bewegungen erzeugen, im Bereich der Schulter vorzusehen.

Es ist ferner ein Manipula'or bekannt (US-PS 33 81485), bei dem ebenfalls die die Bewegungen erzeugenden, Betätigungselemente sich nicht nur im Bereich der Schulter, sondern über den gesamten Manipulator hinweg verteilt befinden. Die Antriebselemente sind teils innerhalb der Glieder vorgesehen, teils unmittelbar an den Gelenken angeordnet Der Aufwand für die Abdichtung ist relativ groß, um die Hydraulikleitungen zur Speisung der die Bewegungen erzeugenden Antriebselemente, um die Gelenke herumzuführen, da auf Schlauchleitungen wegen deren Anfälligkeit verziehtet werden soll. Auch bei diesem Manipulator muß das an dem Drehgelenk, an dem der Arm mit der Schulter schwenkbar verbunden ist, ei zeugte Drehmoment zusätzlich zu der Belastung durch die durchzuführende Arbeit noch das Drehmoment aufnehmen; das durch das Gewicht des Manipulatorarmes und dessen relativ weit vom Drehgelenk entfernten Schwerpunkt gegeben ist. Wegen der weit vom Schultergelenk entfernten Hydraulikmotoren ist der Schwerpunkt ungünstig weit von der Schulter entfernt. Außerdem stehen die Hydraulikmotoren über den Umriß der Glieder nach außen vor, was insbesondere bei Unterwasseranwendungen zu erheblichen Schwierigkeiten führen kann, wenn sich diese Vorsprünge in Leinen, Trossen, Netzen od. dgl. verfangen.

Schließlich ist auch ein Manipulator bekannt (DT-OS 17 03 844), der mit Arbeitselementen in Form hydraulischer Arbeitszylinder versehen ist, die jeweils im Bereich der Gelenke angeordnet sind, die sie betätigen sollen. Dadurch ist auch bei diesem bekannten Manipulator eine ungünstige Schwerpunktlage relativ zum Schultergelenk unvermeidlich und es bestehen bei Unterwassereinsatz oder Einsatz in aggressiven Medien Nachteile, die durch die Einflüsse auf die längsverschieblichcn, feinbearbeiteten Kolbenstangen durch aggressive Atmosphäre oder durch Kalkablagerungen, Muschelbesatz u. dgl. bedingt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Manipulator zu schaffen, der sich für längeren, wartungsfreien Finsatz unter Wasser oder in aggressiven Atmosphären eignet und dessen Schwerpunkt nahe an dem Schulter und Arm verbindenden Gelenk liegt.

Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von einem Manipulator der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch, daß sämtliche Glieder einschließlich Schulter steifwandig ummantelt und hermetisch nach außen abgeschlossen sind, daß die Glieder durch einachsige, allein durch Drehdichtungen nach außen abgedichtete Gelenke miteinander verbunden sind, die als koaxiale, gegeneinander drehbar gelagerte und abge- 5.-, stützte Hohlwellen ausgebildet sind, und daß zur Bewegungsübertragung von den in der Schulter untergebrachten Antriebselementen zu den von der Schulter entfernteren Gliedern innerhalb der Glieder die beiden Gelenke aim Ende jedes dieser Zwischenglieder miteinander verbindenden Zugelemente, insbesondere Endlostriebe, vorgesehen sind und zur Bewegungsübertragung von Glied zu Glied durch die Gelenke hindurch jeweils eine der Hohlwellen verwendet ist.

Vorteile eines erfindungsgemäßen Manipulators liegen darin, daß sowohl eine günstige Schwerpunktslage auf Grundi der Unterbringung aller Antriebselemente in der Schulter als auch eine steifwandige Ummantelung und ein hermetischer Verschluß aller Glieder nacri außen hin gleichzeitig verwirklicht sind. Dadurch ist auch ein langzeitiger, wartungsfreier Einsatz uniei Wasser oder in aggressiven Atmosphären möglich. Von Vorteil ist ferner, daß auf diese Weise ein sehr glattflächiges Äußeres des Manipulators erreicht wird, wodurch die Gefahr des Verhängens in Leinen, Trosser oder Netzen vermindert ist. Auch die Beeinträchtigungen durch Ansetzen von Muscheln, durch Ablagerungen oder durch Korrosionserscheinungen sind gering da keine längsverschieblichen Elemente derartigen Einflüssen ausgesetzt sind. Die Übertragung der Bewegungen erfolgt rein mechanisch und daher sehr zuverlässig und mit gutem Wirkungsgrad. Der Aufwand ist dabei denkbar gering. Die gefundene Lösung der Kraftübertragung zu von der Schulter entfernteren Gliedern isi verblüffend einfach und betriebssicher.

Das Umsetzen der Hubbewegung der Arbeitskolben in eine Drehbewegung kann unterschiedlich vorgenommen sein. Beispielsweise kann an den 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 um endlich oder endlose Ketten-, Bänder- oder Riementriebe handeln.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Manipulators besteht darin, daß er sehr einfach abgedichtet und gegen die zerstörerischen Einflüsse aggressiver Medien, insbesondere von Seewasser, geschützt werden kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform de: Erfindung sind daher alle Abdichtungen nach außen al< Drehdichtung ausgebildet, was konstruktiv einfach isi und zu hoher Betriebssicherheit wegen zuverlässig eingehaltener Abdichtung führt.

Die geschlossenen Gehäuse, als die die Glieder aus gebildet sind, sind bevorzugt abgedichtet und mit Flüs sigkeit gefüllt. Die Flüssigkeitsfullung sorgt wegen dei Inkompressibilität der Flüssigkeit für eine Abstützung des Gehäuses gegenüber dem Außendruck und verhin dert, wenn für einen inneren Überdruck gesorgt wird auch bei Leckagen das Eindringen von aggressiven Me dien, beispielsweise von Wasser oder Seewasser. Be einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Er findung ist daher eines der Gehäuse mit einem außen druckgesteuerten Druckangleicher versehen, der in Gehäuse stets einen über dem Außendruck liegender Druck aufrechterhält, und es sind die Innenräume de Gehäuse über die Gelenke miteinander verbunden. E genügt daher ein einziger Druckangleicher, um in samt liehen Gehäusen den gleichen Überdruck aufrechtzuer halten. Dabei ist der Überdruck gegenüber den Außendruck so gewählt, daß er größer ist als die maxi mal mögliche Differenz des statischen Druckes zwi sehen Druckangleicher und am weitesten von den Druckangleicher entfernten Ende eines Gliedes bei ge strecktem Manipulator. Dadurch wird erreicht, dal auch bei vertikal nach unten gestrecktem Manipulato das unterste Ende eines Gliedes gegenüber dem umge benden Wasser noch einen Restüberdruck aufweist, si daß das Eindringen von Wasser unter allen Betriebs umständen sicher verhindert ist. Der Druckangleiche besteht im einfachsten Fall aus einem bewegbarei Glied, das einerseits vom Außendruck und andererseit vom Innendruck beaufschlagt ist. Sind die dem Außen druck ausgesetzte Fläche und die dem Innendruck aus gesetzte Fläche gleich groß, dann ist zum Erzeugei

;ines inneren Überdrucks 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 festgelegt werden kann. Wegen der Inkompressibilität der Flüssigkeit braucht der Druckangleicher nur sehr geringe Wege zurückzulegen. Als Druckangleicher kann beispielsweise ein verschiebbarer Kolben, oder, wie bevorzugt vorgesehen, eine von einer Rollmembran gehaltene Platte verwendet sein.

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 auftreten, 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 Energievorrats 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 Ernstfall möglich, das Fahrzeug vom Manipulator zu trennen und mit dem Fahrzeug aufzusteigen.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt

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

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

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

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

F i g. 6 einen Schnitt durch einen Druckangleicher.

An einem Druckkörper 1 eines im übrigen nicht dargestellten Unterwasserfahrzeugs ist eine Anschlußplatte 2 so angebracht daß sie vom Inneren des Fahrzeugs aus abgestoßen werden kann. Durch die Anschlußplatte 2 verlaufen nicht dargestellte Energieleitungen, die zu einer als Gehäuse ausgebildeten Schulter 3 geführt sind. Die Schulter 3 isil an zwei an der Anschlußplatte 2 befestigten Lagerstreben 4 und 5 um eine Achse 6 schwenkbar gelagert. Die Schulter 3 weist eine etwa quaderförmige 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 7 umfaßt zwei Gehäuse 9 und 10, die durch eine Querplatte 11 miteinander verbunden sind. Die Querplatte 11 ergibt eine Versteifung des Oberarmes 7. Die Gehäuse 9 und 10 weisen die Gestalt eines langge-ίο streckten, im Querschnitt rechteckigen Prismas auf, dessen Enden zylindermantelförmig gerundet sind. Dabei fällt die Achse des Zylindermantels etwa mit der Schwenkachse 8 bzw. einer am entgegengesetzten Ende vorgesehenen Schwenkachse 12 zusammen.
An dem 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 zylindermantelförmig 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.

Der in F i g. 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 vom 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 ais 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 24 der Schwenkachse 12 zugeordnet Der Arbeitszylinder 20 ist mit seinem Kolben 25 der Achse 17 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 so 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 kön nen auch als Riemen oder Kettentriebe ausgebildet sein. Es können endlose oder eine bestimmte Länge aufweisende Triebe hierfür verwendet sein. In den einen Endbereich der Schulter 3 ist in dem Gehäusf eine feststehende Achse 33 vorgesehen, auf der fün Umlenkrollen 34 bis 38 drehbar gelagert sind, um dii die Spannbänder 28 bis 32 herumgeführt sind. An den entgegengesetzten Ende des Gehäuses der Schulter : ist ein Bolzen 39 vorgesehen, der nach außen übersteh und dessen Längsachse die Schwenkachse 8 ist De Bolzen 39 ist in den Gehäusen 9 und 10 des Oberarme 6s 7 befestigt. Um den Bolzen 39 schwenkbar gelagei sind Umlenkroller. 40 bis 44 vorgesehen, über die di Spannbänder 28 bis 32 geführt sind. Die Bewegung de Kolben 23 bis 27 wird durch die Spannbänder 28 bis 3

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 3 ist das Gehäuse IO 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 e:ine Rolle 48 trägt, die ebenfalls drehfest an der Hohlwelle 47 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.

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 Beizen 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 8 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 54, 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 54 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 13 ist an der dem Gehäuse 9 zugewandten Seite ein hohler Lagerzapfen

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.

ίο 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 68 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 70 trägt. Über einen Endlostrieb 71 innerhalb des Unterarmes 13 wird die Drehbewegung der Rolle 58 auf die Rolle 69 und damit auf das Kegelrad 70 übertragen.

Über einen Endlostrieb 72 innerhalb des Unterarmes 13 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 17 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 71 übertragene Drehbewegung des Kegelrades 70 und damit des Kegelrades 76 erzeugt.

Statt der Drehbewegung um die Achse 17 über den Endlostrieb 71 und die mit ihm in Wirkverbindung stehenden Glieder kann beispielsweise auch eine öffnungs- und Schließbewegung der Gabel 16 oder andere Bewegungen von Werkzeugen erzeugt werden. 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 3 nicht durch das Gewicht von Kraftgliedern belastet, die in den Armen oder der Hand vorgeseher sind, sondern es sind sämtliche Kraftglieder, nämlicl· die hydraulischen Arbeitszylinder 18 bis 22 mit dei Kolben 23 bis 27 innerhalb der Schulter 3 unterge bracht.

Ein in gleicher Weise aufgebauter und wirkender, je

doch vereinfachter Manipulator ist in den F i g. 4 und schematisch dargestellt. Es handelt sich hierbei ui einen Manipulator mit drei Freiheitsgraden. Die einze nen Glieder sind mit denselben Bezugszeichen vers< hen wie bei der in den F i g. 1 bis 3 beschriebenen Au führungsform. Es ist also an dem Druckkörper 1 d Anschlußplatte 2 angebracht, die über die Lagerstrebe 4 und 5 die Schulter 3 trägt. Dabei ist die Schulter wieder um die Achse 6 schwenkbar. An der Schulter ist um die zur Achse 6 senkrechte Schwenkachse 8 e Arm 81 schwenkbar, der nicht in Ober- und Unterer unterteilt ist und an dessen Ende die Schwenkachse vorgesehen ist. Die Schwenkachse 12, die gelenki Verbindung zwischen Ober- und Unterarm, ist wegg

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Vfr;

fallen; 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 dem 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 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 8 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, !m 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 u. 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 Öls zusätzlich auszunutzen und um ein Eindringen von Wasser mit Sicherheit zu vermeiden, ist mindestens ein Druckangleicher 90 vorgesehen.

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, 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 Federteller 94 versehen, an dem sich eine Schraubendruckfeder 95 abstützt. Die Schraubendruckfeder 95 stützt sich andererseits an einem Federteller 96 und einer an diesen Federteller anschließenden Flachdichtung 97 ab, die zwischen das Gehäuse 91 und eine Außenwand 9B 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 100 versehen, die auch durch die Außenwand 98 hindurchgeführt 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 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

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Manipulator, insbesondere für Unterwasserfahrzeuge, mit einem Gehäuse (Schulter), mindestens einem Arm und mindestens einer an dem Ende eines Armes angebrachten Hand, wobei die einzelnen Glieder miteinander gelenkig oder drehbar verbunden sind, mit Antriebselementen in Form von hydraulischen Arbeitszylindern mit Kolben, die sämtlich in der Schulter untergebracht sind und von denen die bewegungsübertragenden Vorrichtungen betätigt werden, die sich vollständig innerhalb des Umrisses der Glieder befinden und die Hubbewegungen in Rotationsbewegungen und umgekehrt umwandelnde Elemente umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Glieder (3, 7, 13, 15) einschließlich Schulter (3) steifwandig ummantelt und hermetisch nach außen abgeschlossen sind, daß die Glieder durch einachsige, allein durch Drehdichtungen nach außen abgedichtete Gelenke miteinander verbunden sind, die als koaxiale, gegeneinander drehbar gelagerte und abgestützte Hohlwellen ausgebildet sind, und daß zur Bewegungsübertragung von den in der Schulter untergebrachten Antriebselementen (18 bis 27) zu den von der Schulter (3) entfernteren Gliedern innerhalb der Glieder die beiden Gelenke am Ende jedes dieser Zwischenglieder miteinander verbindende Zugelemen-. te, insbesondere Endlostriebe (61,62,66,71,72), vorgesehen sind und zur Bewegungsübertragung von Glied zu Glied durch die Gelenke hindurch jeweils eine der Hohlwellen verwendet ist.

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Umsetzen der Bewegung in eine Drehbewegung an den Kolben (23 bis 27) befestigte und über Rollen (34 bis 38 und 40 bis 44) geführte Zugelemente (28 bis 32) verwendet sind.

3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß alle Abdichtungen nach außen als Drehdichtungen ausgebildet sind.

4. Manipulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Glieder bildenden Gehäuse abgedichtet und mit Flüssigkeit gefüllt sind.

5. Manipulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Gehäuse mit einem außendruckgesteuerten Druckangleicher (90) versehen ist, der im Gehäuse stets einen über dem Außendruck liegenden Druck aufrechterhält, und daß die Innenräume der Gehäuse über die Gelenke miteinander verbunden sind.

6. 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 Fahrzeiginneren aus betätigbar ist.