DE3643796A1 - Dreidimensionale manipulator-anordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine dreidimensionale Manipulator-Anordnung, das heißt eine Anordnung, die zur Kraftübertragung in den drei Richtungen geeignet ist und dabei die von einer Bedienungsperson ausgeübten Kräfte derart verstärkt, daß auf günstigste Weise Arbeitsvorgänge, wie Schleifen, Trennen usw., ausgeführt werden können.

Es sind bereits als Förderarme ausgebildete Manipulator­ arme bekannt, deren Aufgabe einfach darin besteht, Werkstücke zu versetzen. Diese Manipulatoren erlauben nicht die Ein­ wirkung einer Kraft in einer (vertikalen) Richtung und ermöglichen lediglich sehr begrenzte und vollständig aufge­ gliederte Versetzungsbewegungen (Aufwärts-, Abwärtsbewegun­ gen und Verstellbewegungen in einer horizontalen Ebene durch Rotation des Arms um eine vertikale Achse).

Es sind gleichfalls ferngesteuerte, extrem perfektionierte und programmierbare Manipulatoren mit den Handelsbezeich­ nungen wie "Andromat", "Manumat" bekannt. Diese ferngesteuerten Manipulatoren sind dafür konzipiert, um große Kräfte bis zu 2 Tonnen bei einem Aktionsradius bis zu 6 m auszuüben. Sie weisen einen Förderarm ("Sklave") auf, der an seinem Ende mit einer das Handgelenk des mechanischen Arms bilden­ den "Ausgangsschwenkvorrichtung" in der Weise versehen ist, daß ein an diesem Ende des Arms gehaltenenes Werk­ zeug sechs Freiheitsgrade aufweist. Sie weisen auch einen als "Herrn" bezeichneten Arm auf, der eine verkleinerte Nachbildung des Sklavenarms darstellt und wobei jede Verstell­ bewebung desselben eine identische Verstellbewegung des mechanischen Arms bewirkt. Ein Kraftrückkopplungssystem ermöglicht es der Bedienungsperson, über den Steuerhandgriff die an die Vorrichtung weitergegebenen Kräfte mitzuempfinden. Diese ferngesteuerten Manipulatoren enthalten im übrigen zwingend eine Vielzahl von Verstellbewegungsgebern, einen Rechner zur Umsetzung von Gebersignalen in Steuersignale sowie ein hydraulisches Proportionalsteuersystem wegen der Reproduktion der Verstellbewegungen des Herrenarms durch den Sklavenarm.

Derartige ferngesteuerte Manipulatoren sind extrem teuer und daher im wesentlichen zur Durchführung sehr schwieriger und verwickelter Arbeitsvorgänge bei einer Versetzung großer Lasten bestimmt. Sie sind ganz besonders für Schmiedearbeiten und in der Gießtechnik vorgesehen.

Im Gegensatz hierzu liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Manipulator-Anordnung mit Kraft­ verstärkung bei direkter Steuerung zu schaffen, deren Aufbau sehr einfach und billig ist und die eine Übertragung und eine Handhabung von Kräften in der Größenordnung einiger hundert Kilogramm in einem Bereich von etwa 1 m³ erlaubt, der dem Aktionsradius einer Hand entspricht.

Diese Manipulator-Anordnung benötigt insbesondere keine Rechnersysteme oder hydraulische Proportionalsteuersysteme.

Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung gelöst, bei der wenigstens ein an einem Ende gelagerter und an seinem anderen Ende ein Bearbeitungswerkzeug tragender Arm vorgesehen ist, dessen Länge so bemessen ist, daß bei einer Schwenk­ bewegung um sein Gelenk sein freies Ende eine Verstell­ bewegung ausführt, die bei geringer Winkelauslenkung im wesentlichen eine Gerade darstellt, und bei der wenigstens ein erster, eine Verstellbewegung des Arms in seiner Längs­ richtung gewährleistender Zylinder, wenigstens zwei eine Verstellbewegung des freien Endes des Arms in einer senk­ recht zu diesem verlaufenden Ebene gewährleistende Zylinder sowie eine Steuervorrichtung vorgesehen sind, die am freien Ende des Arms angeordnet und mit einer Steuerstange od.dgl. versehen ist, wobei die Steuervorrichtung zur Steuerung der Verstellbewegung der Zylinder entsprechend einer vorge­ wählten Richtung bei Einwirkung einer Kraft oder einer Verschiebung in dieser Richtung auf die Steuerstange ausge­ bildet ist.

Auf diese Weise steuert ein einziger Zylinder bzw. eine einzige zylinderförmige Steuervorrichtung jede Verstell­ bewegung was bereits eine wesentliche Vereinfachung gegen­ über den bekannten Anordnungen darstellt. Außerdem gestattet die direkte Anbringung der Steuervorrichtung am freien Ende des Arms und daher am Bearbeitungswerkzeug der Bedie­ nungsperson die auf dieses Werkzeug ausgeübte Kraft nach­ zuempfinden, ohne daß sehr teure Kraftrückkopplungssysteme wie bei den bekannten Anordnungen nötig wären. Schließlich ist die erzielte Annäherung der vom freien Ende des Arms beschriebenen Bahn völlig ausreichend für die Art von Arbeits­ vorgängen (Schleifen, Trennen usw.), für die diese Anordnung bestimmt ist, und wegen des geringen vorgesehenen Aktions­ radius′. (Dieser entspricht dem Aktionsradius einer Hand.)

In vorteilhafter Weise sind die beiden, die Verstellbewegung des freien Arms in einer senkrecht zu diesem Arm verlaufen­ den Ebene ausführenden Zylinder zur Verstellung entlang zweier senkrecht zueinander angeordneter Achsen ausgebildet.

Gleichfalls vorteilhaft erweist es sich, daß der vertikal verlaufende Arm an seinem oberen Ende an einer horizontalen Ebene gelagert ist, wobei der erste Zylinder zur vertikalen Verstellung dieser horizontalen Ebene ausgebildet ist.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform weist die Anordnung drei Arme auf, von denen jeder mit seinem oberen Ende an der horizontalen Ebene und mit seinem unteren Ende an derselben Montageplatte gelagert ist, an der das Bearbei­ tungswerkzeug befestigt ist. Diese Anordnung erlaubt eine in sich immer parallel verlaufende Verstellbewegung des Werkzeugs nach Art eines dreifachen verformbaren Parallelo­ gramms.

Die die verschiedenen Verstellbewegungen des oder der Arme steuernden Zylinder können als pneumatische oder hydrauli­ sche Zylinder ausgebildet sein. Die die Verstellbewegungen in der horizontalen Ebene steuernden Zylinder sind indessen vorzugsweise als hydraulische Zylinder ausgebildet, die durch pneumatische Steuervorrichtungen gesteuert werden, um Schwingungen der Anordnung zu verhindern (Öl-Druckluft- System). Zum Verständnis der Erfindung und zur Verdeutlichung weiterer Merkmale soll in jeder Weise die folgende Beschrei­ bung unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen dienen, die anhand von nicht beschränkenden Ausführungsbeispielen mehrere erfindungsgemäße Ausgestaltun­ gen der Erfindung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte perspek­ tivische Ansicht der Anordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Anordnung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Detailansicht der Befestigung des Bearbeitungswerkzeugs,

Fig. 4 eine schematische Darstellung des Steuersystems für die Zylinder zur Verstellung in der horizon­ talen Ebene und

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Funktionsprinzips der erfindungsßemäßen Anordnung.

Fig. 5 verdeutlicht das Grundprinzip der erfindungsgemäßen Anordnung. Ein Arm 1 einer bestimmten Länge (wenigstens 3 m) ist mit einem 1 a seiner Enden an einer ebenen Fläche A befestigt und ist an diesem Ende 1 a mit einem Kugelgelenk versehen. Durch die Anordnung eines Zylinders 5, der einer­ seits mit seinem Zylinderkörper 5 a über ein Kugelgelenk mit der ebenen Fläche A und andererseits mit seiner Kolben­ stange 5 b mit Hilfe einer Winkelstrebe 4 mit dem Arm 1 verbunden ist, kann man gut erkennen, daß eine Verschiebung der Kolbenstange 5 b eine Verschiebung des freien Endes 1 c des Arms 1 entlang einem Kreisbogen 3 zur Folge hat. Durch die Vorgabe des großen Krümmungsradius′ dieses Kreis­ bogens 3 (der Radius ist effektiv durch den Teil des Arms 1 vorgegeben, der sich zwischen seinem Kugelgelenk am Ende 1 a und seinem freien Ende 1 c erstreckt) könnte dieser eine Angleichung an eine Gerade bei einer geringen Auslenkung vom Punkt 1 c aus nach beiden Richtungen bewirken.

Auf gleiche Weise bewirkt ein dem Zylinder 5 ähnlicher Zylinder 6, der über eine Winkelstrebe 7 mit dem Arm 1 verbunden ist, eine Verschiebung des äußeren Endes 1 c des Arms 1 auf einem Kreisbogen 8, wobei eine Gerade für einen geringen Abstand von der vertikalen Position des Punktes 1 c nach beiden Seiten angenähert werden kann.

Durch eine Anordnung der beiden Zylinder 5, 6 in der Weise, daß die beiden Winkelstreben 4, 7 rechtwinklig zueinander verlaufen, erfolgen die Verstellbewegungen des äußeren Endes 1 c des Armes 1 entlang der beiden senkrecht zuein­ ander verlaufenden Kreisbogen 3 und 8 unter Einwirkung jeweils der Zylinder 5, 6. Die kombinierte Verstellung der beiden Zylinder 5, 6 gewährleistet eine Verstellbewegung entlang eines Kugelabschnittes mit großem Krümmungsradius, der innerhalb des durch den Kreis 9 begrenzten Radius′, das heißt innerhalb eines Radius′ von ungefähr 0,5 m, ange­ nähert als Ebene betrachtet werden könnte.

Die erfindungsgemäße Anordnung wird daher durch wenigstens einen mit dem Arm 1 vergleichbaren Arm ausgebildet sein, der zur Ausführung von Verstellbewegungen in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen in einem sphärischen, einer Ebene angenäherten Kugelbereich innerhalb eines Radius′ von ungefähr 0,5 m geeignet ist, das heißt einen Arm, der zur Ausführung von Verstellbewegungen in einer genauen horizontalen Ebene geeignet ist, wobei die erreichte An­ näherung wegen der Art von Arbeitsvorgängen, für die die vorliegende Erfindung bestimmt ist (Schleifvorgänge, Bohren mit einem Drucklufthammer usw.), die keine besondere Präzi­ sion erfordern, und wegen des geringen erforderlichen Aktions­ radius′ völlig ausreichend ist.

Die dritte Verstellbewegung des Arms betrifft eine verti­ kale Verstellung und wird mit Hilfe eines Zylinders reali­ siert, der zur Verstellung der ebenen Fläche A in der verti­ kalen Richtung geeignet ist, so daß die gewünschte drei­ dimensionale Verstellung der Vorrichtung in einem Raum von ungefähr 1 m³ erreicht wird, der dem Aktionsradius der Hand entspricht.

Fig. 1 zeigt eine bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Diese besteht im wesentlichen aus drei parallelen Armen 10, 20, 30, die an ihren oberen Enden einerseits an einer durch den Boden 41 eines quaderförmigen und nach oben geöff­ neten Kastens 40 gebildeten ebenen Fläche und an ihren unteren Enden an einer Platte 45 jeweils über zwei Kugel­ gelenke 11, 21, 31 und 12, 22, 32 gelagert sind.

An der Platte 45 ist ein Bearbeitungswerkzeug, nämlich ein Schleifdorn 50 und dessen Antriebsmotor 51 befestigt.

Jeder der beiden Arme 10, 20 ist jeweils mit einem pneuma­ tischen Zylinder 15, 25 verbunden. Jeder Zylinder 15, 25 ist vertikal angeordnet und am Boden 41 des Kastens 40 jeweils mittels eines Kugelgelenks 16, 26 sowie jeweils am Arm 10, 20 über jeweils eine Verbindungsstange 17, 27 und jeweils ein Gabelgelenk 18, 28 befestigt. Die Zylinder 15, 25 sind so angeordnet, daß Verstellbewegungen jeweils der Arme 10, 20 senkrecht zueinander ausgeführt werden können, wie dies bereits vorstehend erläutert wurde.

So wie die Enden der Arme 10, 20, 30 eine Ebene definieren, verlaufen ferner ihre Verstellbewegungen in zueinander parallelen Ebenen, gemäß dem Prinzip eines verformbaren Parallelogramms.

Der Kasten 40 ist verschiebbar in an sich bekannter Weise und beispielsweise durch Rollen gelagert in einem Gehäuse 60 gelagert, das eine entsprechende quaderförmige Gestalt aufweist und an seiner Unterseite geöffnet ist. Der Kasten 40 ist hinsichtlich des Gehäuses 60 mittels eines Zylinders 65 verschiebbar, der einerseits am Boden 61 des Gehäuses und andererseits am Boden 41 des Kastens jeweils über Gabel­ gelenke 66, 67 befestigt ist.

Das Steuersystem der Anordnung, dessen Funktion später noch beschrieben wird, zeigt sich äußerlich in der Form eines Zylinders 70, der an der Platte 45 befestigt und mit einem doppelten Steuergriff 71 versehen ist.

Die gesamte Anordnung ist an der Decke 80 od.dgl. des Be­ triebs oder der Werkstatt über in der Zeichnung schematisch als Federn dargestellte elastische Verbindungen 81 oder über Schall- und Schwingungsdämpfer befestigt, wie sie unter der Handelsbezeichnung "Silent-Block" bekannt sind.

Die Wirkungsweise der Anordnung und insbesondere ihre Be­ dienung werden unter Bezugnahme auf Fig. 2 erläutert, die in sehr detaillierter Weise eine entsprechende Anordnung zeigt, die hinsichtlich der Anordnung gemäß Fig. 1 nur geringe Modifikationen aufweist und bei der identische Bauteile mit denselben Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß Fig. 2 besteht daher die Anordnung wie gemäß Fig. 1 aus drei parallelen Armen 10, 20, 30, wobei der Arm 20 in dieser Figur durch den Arm 10 verdeckt ist. Diese Arme sind einerseits am Boden 41 des Kastens 40 und andererseits an der Platte 45 gelagert, an der das Bearbeitungswerkzeug befestigt ist, das hier als Schleifdorn 50 mit seinem An­ triebsmotor 51 ausgebildet ist.

Ein Zylinder 15, 25 ist jeweils mit den Armen 10, 20 in der Weise verbunden, daß eine genaue horizontale Verstell­ bewegung der Platte 45 parallel zu sich selbst ausgeführt werden kann.

Die vertikale Verstellung der gesamten Anordnung wird immer mittels des Zylinders 65 durchgeführt, der zwischen dem Boden 61 des Gehäuses und dem Boden 41 des Kastens 40 mon­ tiert ist.

Im vorliegenden Falle sind zwei zusätzliche Zylinder 85 entsprechend zwischen dem Boden 41 des Kastens und dem Boden 61 des Gehäuses vorgesehen. Diese Zylinder 85 dienen zur Kompensation des Gewichts der gesamten Anordnung in der Weise, daß der Zylinder 65 ausschließlich die vertikale Verstellbewegung der Anordnung gewährleistet und daher präziser ausgebildet ist.

Selbstverständlich könnte auch eine gegenüber der Zahl zwei größere Zahl von Zylindern 85 vorgesehen sein, z.B. vier oder sechs.

Wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, wird die Verschiebung des Kastens 40 im Inneren des Gehäuses 60 durch Rollen 42 gewährleistet, die an den Seitenwänden des Kastens 40 angebracht sind und entlang den Seitenwänden des Gehäuses 60 abrollen.

Eine am unteren Ende der Öffnung des Gehäuses 60 vorgesehene Umbiegung 62 dient als unterer Anschlag für die Vertikal­ bewegung des Kastens 40.

Selbstverständlich könnten auch andere Mittel zur Führung des Kastens 40 im Inneren des Gehäuses 60 vorgesehen werden, wie z. B. ein Schienensystem, ein Gleitbahnsystem usw.

Gemäß Fig. 2 sind der Schleifdorn 50 und sein Motor 51 nicht direkt gemäß Fig. 1 an der Platte 45, sondern an einer anderen Platte 46 befestigt, die ihrerseits mit der Platte 45 über elastische Mittel oder Dämpfer wie Federn 47, "Silent-Blocks" usw. in der Weise verbunden ist, daß ein Auslenken des Schleifdorns 50 (oder generell eines Bearbeitungswerkzeugs) im Falle einer Überbeanspruchung möglich ist.

Im vorliegenden Falle ist die Steuervorrichtung 70 in glei­ cher Weise direkt an der Platte 46 befestigt.

Gemäß Fig. 2 ist diese Steuervorrichtung als röhrenförmiger Zylinder 70 ausgebildet, in dessen Innerem eine Steuerstange 72 gleitend geführt ist, die an ihrem Ende mit einem ein­ fachen oder doppelten Steuergriff 71 versehen ist, wie dies gemäß Fig. 2 der Fall ist.

Am anderen Ende dieser Steuerstange 72 sowie in einem be­ stimmten Abstand davon sind zwei scheibenförmige Kragen 73, 74 vorgesehen, deren Funktion später noch erläutert wird. Jeder dieser Kragen 73, 74 ist über eine Feder 75 mit einem Vorsprung 86 verbunden, der sich im Inneren des rohrförmigen Zylinders 70 in radialer Richtung erstreckt und beispielsweise als Ringflansch ausgebildet ist. Die beiden Federn 75 gleicher Stärke sind gegenüberliegend und in Längsrichtung des Zylinders 70 montiert.

Mit jedem der Kragen 73, 74 ist jeweils ein Mikrokontakt 83, 84 verbunden. Diese beiden Mikrokontakte 83, 84 sind gegeneinander gerichtet in der Längsrichtung des rohrförmi­ gen Zylinders 70 angeordnet und an dem bereits erwähnten Ringflansch 86 diametral gegenüber den Federn 75 befestigt.

Jeder der Mikrokontakte 83, 84 ist im übrigen in an sich bekannter Weise mit einem Steuersignalgeber des Zylinders 15 in der Weise verbunden, daß jeweils das Ein- oder Aus­ fahren der Kolbenstange des Zylinders 15 bewirkt werden kann.

Der Abstand zwischen den beiden Kragen 73, 74 ist gering­ fügig größer als der Abstand zwischen den sich gegenüber­ liegenden Enden der beiden Mikrokontakte 83, 84.

Auf diese Weise wird der Mikrokontakt 84 durch den zugeord­ neten Kragen 74 betätigt, wenn ein Druck auf die Steuer­ stange 72 ausgeübt wird. Dieser Mikrokontakt 84 steuert dann die horizontale Verstellbewegung der Arme 10, 20, 30 nach links im Sinne von Fig. 2, das heißt, die Verschie­ bung des Bearbeitungswerkzeugs 50 in Vorwärtsrichtung.

Umgekehrt wird der Mikrokontakt 83 durch den zugeordneten Kragen 73 betätigt, wenn eine Zugkraft auf die Steuerstange 72 ausgeübt wird, und dieser Mikrokontakt 83 steuert dann die horizontale Verstellbewegung der Arme 10, 20, 30 nach rechts im Sinne von Fig. 2, das heißt die Verschiebung des Bearbeitungswerkzeugs 50 nach rückwärts.

Die dieselbe Federkraft aufweisenden und gegenüberliegend befestigten Federn 75 dienen zur Rückstellung der Steuer­ stange 72 in eine neutrale Position, wenn keine Kraft darauf ausgeübt wird, das heißt zur Aufrechterhaltung einer Posi­ tion, in der sie keinen der beiden Mikrokontakte 83, 84 betätigt.

An der Innenwandung des rohrförmigen Zylinders 70 in der Nähe von seinem offenen Ende sind zwei Mikrokontakte 77, 78 angeordnet. Diese beiden Mikrokontakte liegen einander diametral gegenüber und sind in entsprechender Weise wie die Mikrokontakte 83, 84 mit Steuersignalgebern zur Steue­ rung des Zylinders 65 für die vertikale Verstellung verbun­ den.

Der Mikrokontakt 77 wird auf die gleiche, vorstehend be­ schriebene Weise betätigt, wodurch der Zylinder 65 das Anheben der Anordnung durch Einfahren seiner Kolbenstange bewirkt, wenn ein Schub nach oben mittels der Steuergriffe 71 auf die Steuerstange 72 ausgeübt wird. Im umgekehrten Fall wird der Mikrokontakt 78 betätigt, und die Steuerung des Zylinders 85 erfolgt in der Weise, daß dieser die Anord­ nung absenkt, wenn ein Schub nach unten auf die Steuerstange 72 ausgeübt wird.

Auch hier wird die Steuerstange 72 in eine neutrale Position durch zwei entgegenwirkende Rückstellfedern 76 rückgestellt, die zwischen dieser Steuerstange und der Innenwandung des rohrförmigen Zylinders 70 befestigt und über den Durch­ messer dieses Zylinders an der gleichen Stelle befestigt sind.

Zwei weitere, zur besseren Übersichtlichkeit nicht in der Zeichnung dargestellte Mikrokontakte sind ebenfalls zur Steuerung des anderen Zylinders 25 vorgesehen, wenn die Steuerstange 72 seitlich hinsichtlich der Längsrichtung des rohrförmigen Zylinders 70 ausgelenkt wird.

Diese beiden weiteren Mikrokontakte sind in der gleichen Weise wie die Mikrokontakte 79, 78 angeordnet, jedoch senk­ recht zu diesen.

Wie bei den anderen Mikrokontakten 77, 78 und 83, 84, sind nicht dargestellte Rückstellfedern diesen Mikrokontakten zugeordnet, um die Steuerstange in die neutrale Position zu bringen, wenn keine Kraft darauf ausgeübt wird.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist wie folgt:

Wenn die Steuerstange 72 beispielsweise in die Vorwärts­ richtung betätigt wird, steuert der entsprechende Mikro­ kontakt für diese Verstellbewegung, hier der Mikrokontakt 74, die Verstellbewegung des Zylinders entsprechend (hier zu den zugeordneten Zylinder 15). Diese Verstellbewegung des Zylinders und damit des Bearbeitungswerkzeugs 50 erfolgt entsprechend dem auf die Steuerstange ausgeübten Druck. Man sieht daher, daß sich bei diesem System ein Rückgriff auf eine hydraulische Proportionalsteuerung erübrigt, wie sie bisher in den bekannten, ferngesteuerten Manipulatoren verwendet wurde, da die Verstellbewegung des Zylinders 15 oder der anderen Zylinder nicht proportional zur Verstell­ bewegung der Steuerstange 72 ist, sondern so lange bewirkt wird, wie ein Druck auf diese Steuerstange ausgeübt wird.

Dieses System ist daher besonders ökonomisch, weil nur die Verwendung zweier Mikrokontakte für jede Verstellbewe­ gung erforderlich ist und die Anwendung einer hydraulischen Proportionalsteuerung und eines Rechners vermieden werden kann.

Jedesmal, wenn die Krafteinwirkung auf die Steuerstange 72 aufhört, führt der eben gesteuerte Zylinder (hier der Zylinder 15) noch seine Bewegung während einer geringen Zeitspanne aus, weil es sich um einen pneumatischen Zylinder handelt, wodurch eine Art Schlupfbeweßung der Steuerstange 72 hinsichtlich des rohrförmigen Zylinders und dadurch eine Betätigung des der gerade ablaufenden Verstellbewegung entgegengesetzten Verstellbewegung zugeordneten Mikrokontakts erfolgt, hier des Mikrokontakts 83. Dieser Mikrokontakt 83 bewirkt dann die endgültige Beendigung der Verstell­ bewegung, die durch Hemmung der Kammer des damit verbundenen Steuersignalgebers zur Ausführung gelangt.

Man erkennt daher, daß jeder Mikrokontakt 77, 78 bzw. 83, 84 gleichzeitig als Endanschlag für die Verstellbewegung dient, die dem jeweils gegenüberliegenden Mikrokontakt 78, 77 bzw. 84, 83 zugeordnet ist.

Man erkennt gleichfalls, daß die verschiedenen Rückstell­ federn 75, 76 die Einstellung der Empfindlichkeit der Anord­ nung erlauben, weil sie es sind, die die Kraft bestimmen, ab der eine Verstellbewegung der Anordnung stattfindet.

Selbstverständlich können verschiedene einstellbare Empfind­ lichkeiten für die verschiedenen horizontalen und vertikalen Richtungen vorgesehen werden.

Wie vorstehend ausgeführt, sind die verschiedenen Zylinder 15, 25, 65 als pneumatische Zylinder ausgebildet. Um jedoch die Schwingungen der Anordnung infolge der Verwendung von pneumatischen Zylindern zu reduzieren, kann man auch hydrau­ lische Zylinder mit einer pneumatischen Steuerung hierfür kombinieren.

Eine solche Möglichkeit ist in Fig. 4 dargestellt. Gemäß dieser Figur sind die beiden Zylinder 15, 25 hier als hydrau­ lische Zylinder ausgebildet und werden mit einem Fluid über zwei jeweils damit verbundene hydraulische Steuer­ vorrichtungen 90, 91 versorgt. Der übliche Steuerkreis weist in üblicher Weise mit jeder Steuervorrichtung 90, 91 verbundene Durchflußregler 100 auf, um die Geschwindigkeit der Verstellbewegung der Zylinder 15, 25 zu steuern.

Jede hydraulische Steuervorrichtung 90, 91 ist im übrigen jeweils mit einer pneumatischen Steuervorrichtung 92, 93 verbunden. Der Kolben 92 a, 93 a jeder dieser Steuervorrich­ tungen 92, 93 ist jeweils mit dem Kolben 90 a, 91 a der zugeord­ neten hydraulischen Steuervorrichtung in der Weise verbun­ den, daß die Steuerung der hydraulischen Zylinder 15, 25 mit Hilfe der pneumatischen Steuervorrichtungen durchgeführt werden kann, wodurch ein Rückgriff auf eine hydraulische Proportionalsteuerung vermieden werden kann, wie dies be­ reits vorstehend erläutert wurde.

Andererseits kann der die vertikalen Verstellbewegungen der Anordnung steuernde Zylinder 65 als pneumatischer Zylin­ der ausgebildet sein, weil dieser wegen der Masse der gesam­ ten Anordnung nicht zu Schwingungen neigt.

In Fig. 3 ist ein weiteres Beispiel einer gelenkigen An­ bringung des Bearbeitungswerkzeugs 50 an der Platte 45 dargestellt. Hier sind das Werkzeug und sein Antriebsmotor 51 mittels eines Kugel- bzw. Drehgelenks 95 an der Montage­ platte 45 und an einem Zylinder 96 befestigt, der einerseits mit dem Gehäuse des Motors 51 und andererseits mit der Platte 45 verbunden ist, den Motor im Sinne von Fig. 3 nach rechts zieht und daher zur Ausführung einer Schwenk­ bewegung des Bearbeitungswerkzeugs 50 nach unten dient, um dieses gegen das zu bearbeitende Werkstück anzudrücken.

Der Druck im Inneren der Kammer 96 a dieses Zylinders wird entsprechend der maximal auf das Bearbeitungswerkzeug 50 einzuwirkenden Kraft gesteuert (Einstellkraft im Falle eines Schleifkörpers).

Im Falle einer Überschreitung dieser maximalen Kraft wird die Wirkung des Zylinders 96 aufgehoben, und das Bearbeitungs­ werkzeug 50 richtet sich wieder auf.

Selbstverständlich können auch andere elastische (Dämpfer, Federn) oder halbstarre Systeme zur Montage des Bearbeitungs­ werkzeugs auf der Platte 45 vorgesehen sein, insbesondere wenn dieses Werkzeug als Schleifdorn ausgebildet ist.

Ebenfalls ist es selbstverständlich, daß die Zylinder 15, 25, 65 auch alle als doppelt wirkende Zylinder in dem Sinne ausgebildet sein können, daß Verstellbewegungen in beiden Richtungen möglich sind. Es versteht sich auch von selbst, daß der Zylinder 65 - wie die anderen Zylinder 15, 25 - auch ein hydraulischer Zylinder sein kann.

Es ist noch anzumerken, daß durch die direkte Verbindung der Steuervorrichtung 70 mit der Montageplatte 45 des Werk­ zeugs 50 die Bedienungsperson alle auf das Werkzeug bei dessen Anwendung ausgeübten Kräfte mitempfinden kann, wo­ durch die Verwendung eines Systems mit Kraftrückkopplung vermieden werden kann, die sehr kompliziert und teuer ist.

Selbstverständlich kann die Steuervorrichtung mit der Montage­ platte in der Weise verbunden sein, daß eine gewisse Distanz zum Bearbeitungswerkzeug 50 vorliegt, wodurch eine Steuerung in einem Abstand davon möglich ist, da die starre Verbindung mit dieser Montageplatte 45 erhalten bleibt. Selbstverständ­ lich ist die vorliegende Erfindung nicht allein auf die Arten der Ausführung beschränkt, die vorstehend anhand von nicht einschränkenden Ausführungsbeispielen dargestellt wurden. Sie umfaßt dagegen alle Ausführungsvarianten unter Verwendung ähnlicher oder äquivalenter Mittel.

Claims (12)

1. Dreidimensionale Manipulator-Anordnung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein an einem Ende (11, 21, 31) gelagerter und an seinem anderen Ende (12, 22, 32) ein Bearbeitungswerkzeug (50) tragender Arm (10, 20, 30) vorge­ sehen ist, dessen Länge so bemessen ist, daß bei einer Schwenkbewegung um sein Gelenk (11, 21, 31) sein freies Ende (12, 22, 32) eine Verstellbewegung ausführt, die bei geringer Winkelauslenkung im wesentlichen eine Gerade dar­ stellt, und daß wenigstens ein erster, eine Verstellbewegung des Arms in seiner Längsrichtung gewährleistender erster Zylinder (65), wenigstens zwei eine Verstellbewegung des freien Endes des Arms (10, 20, 30) in einer senkrecht zu diesem verlaufenden Ebene gewährleistende Zylinder (15, 25) sowie eine Steuervorrichtung (70) vorgesehen sind, die am freien Ende des Arms angeordnet und mit einer Steuer­ stange (72) od.dgl. versehen ist, wobei die Steuervorrich­ tung (70) zur Steuerung der Verstellbewegung der Zylinder (15, 25, 65) entsprechend einer vorgewählten Richtung bei Einwirkung einer Kraft oder einer Verschiebung in dieser Richtung auf die Steuerstange (72) ausgebildet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Verstellbewegung des freien Endes (12, 22, 32) des Arms in einer senkrecht zu diesem Arm verlaufen­ den Ebene ausführenden Zylinder (15, 25) zur Verstellung entlang zweier senkrecht zueinander angeordneter Achsen ausgebildet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der vertikal verlaufende Arm (10, 20, 30) an seinem oberen Ende (11, 21, 31) an einer horizontalen Ebene (41) gelagert ist, wobei der erste Zylinder (65) zur Verstellung dieser horizontalen Ebene (41) in der vertikalen Richtung ausgebildet ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß drei Arme (10, 20, 30) vorgesehen sind, die jeweils mit ihrem oberen Ende (11, 21, 31) an der horizontalen Ebene (41) und mit ihrem unteren Ende (12, 22, 32) an der­ selben Montageplatte (45) gelagert sind, an der das Bearbei­ tungswerkzeug (50) befestigt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Steuervorrichtung jeweils ein Paar von Mikrokontakten (77, 78; 83, 84) jedem Zylinder (65, 25) zugeordnet ist, der für jeweils eine Verstellbewegung in eine vorbestimmte Richtung vorgesehen ist, wobei jeder der beiden Mikrokontakte jedes Paars einer Verstellung in einem vorgegebenen Richtungssinn zugeordnet ist, daß jeder Mikrokontakt (77, 78; 83, 84) durch eine Steuerstange (72) betätigbar ist, wenn auf diese durch eine Bedienungs­ person eine Kraft in der Richtung und in dem Sinn ausgeübt wird, denen dieser Mikrokontakt zugeordnet ist und daß die Betätigung jeweils jedes dieser Mikrokontakte (77, 78; 83, 84) ein Steuersignal erzeugt, durch das eine ent­ sprechende Verstellbewegung des jeweils zugeordneten Zylin­ ders (65, 25) auslösbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei die Steuerstange (72) in einer neutralen Position haltende Rückstellfedern (75, 76) für jede Verstellrichtung vorgesehen sind.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellfedern (75, 76) in Abhängigkeit der ge­ wünschten Empfindlichkeit der Vorrichtung ausgelegt sind.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinder (15, 25) als hydraulische Zylinder ausgebildet sind, von denen jeder jeweils durch eine pneumatische Steuervorrichtung (92, 93) steuerbar ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (65) als pneumatischer Zylinder ausgebildet ist, der durch eine pneumatische Steuer­ vorrichtung steuerbar ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mikrokontakt (77, 78; 83, 84) jeweils als Endanschlag für die Verstellbewegung in eine Richtung ausgebildet ist, jedoch im entgegengesetzten Sinn des jeweils zugeordneten Zylinders (65, 15).

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungswerkzeug (50) elastisch an der Montageplatte (45) befestigt ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (50) über ein Kugel- oder Schwenkgelenk (95) an der Montageplatte (45) befestigt ist, daß ein Zylin­ der (96) einerseits am Werkzeug (50) und andererseits an der Montageplatte (45) gelagert ist und daß dieser das Werkzeug (50) absenkt, wobei dieser Zylinder so ausgebildet oder gesteuert ist, daß er das Werkzeug freigibt, wenn die auf das Werkzeug ausgeübte Kraft einen dem Werkzeug (50) zugeordneten Schwellwert überschreitet.