DE1148721B - Ferngesteuerter Manipulator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen ferngesteuerten Manipulator mit einer Mehrzahl von motorisch angetriebenen Manipulatorelementen, die zumindest teilweise mit den Gliedern eines menschlichen Armes vergleichbar sind und jeweils miteinander dreh- und/oder schwenk- und/oder axial verschiebbar verbunden sind, wobei mindestens teilweise Differentialplanetengetriebe angebracht sind.

Es gibt bekannte Manipulatoren, die mit Zahnstangenantrieben oder Stirn- bzw. Schneckenradantrieben arbeiten. Diese Ausführungsformen sind relativ schwer und benötigen infolge der geringen möglichen Übersetzung relativ große Antriebsmotoren. Bei einem bekannten Manipulator erfolgt der Antrieb der Manipulatorelemente durch hydraulische Motoren, die durch ein kompliziertes hydraulisches System betätigbar sind. Die Differentialplanetengetriebe sind nicht untersetzt und dienen dazu, eine voneinander unabhängige Bewegung zweier miteinander verbundener Manipulatorelemente zu gewährleisten. Es sind auch elektromotorische Antriebe für Manipulatorelemente bekannt.

Zweck der Erfindung ist es, bei einem Manipulator, dessen einzelne Elemente jeweils durch einen ihnen zugeordneten Elektromotor angetrieben werden, eine besonders leichte Motorausbildung bei hoher Leistung zu ermöglichen. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an der Verbindungsstelle je zweier Manipulatorelemente mindestens ein koaxial zur Dreh- oder Schwenkachse der Elemente angeordnetes Differentialplanetengetriebe extrem hoher Untersetzung zur Bewegungsübertragung vorgesehen ist, und zwar mit einem zentralen Antrieb mit dazu koaxialen innenverzahnten Eingangs- und Ausgangszahnkränzen, die jeweils den entsprechenden, aneinander angrenzenden Elementen zugeordnet sind, ferner mit Eingangs- und Ausgangsplanetenzahnrädern, die jeweils mit den Eingangs- und Ausgangszahnkränzen kämmen und in einem Planetenzahnradkäfig angeordnet sind, und daß zum Antrieb der Differentialplanetengetriebeanordnung jeweils ein steuerbarer Motor hoher Umdrehungszahl vorgesehen ist.

Infolge der Übertragung der Bewegung auf die einzelnen Manipulatorelemente mittels extrem hoch untersetzter Getriebe können sehr hochtourige Antriebsmotoren verwendet werden. Solche Motoren geben bei geringem Gewicht eine hohe Leistung ab. Geringes Gewicht der Antriebsmotoren ist bei einem Manipulator der Bauart, auf die sich die Erfindung bezieht, besonders erwünscht, da die Motoren an den Manipulatorelementen befestigt sind und mit diesen Ferngesteuerter Manipulator

Anmelder:

General Mills, Inc.,
Minneapolis, Minn. (V. St. A.)

ίο Vertreter: Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 19. September 1958 (Nr. 762 116)

Thomas Reed James, St. Paul, Minn.,

Donald Franklin Melton und Robert Sprau Hedin,

Minneapolis, Minn. (V. St. Α.),

sind als Erfinder genannt worden

bewegt werden. Ferner bietet die Bewegungsübertragung durch Differentialplanetengetriebe eine einfache Möglichkeit Überlast-Rutschkupplungen einzubauen. Diese Kupplungen können direkt mit einem der sich langsam drehenden Zahnkränze zusammenarbeiten, so daß beim Rutschen ein Mindestmaß an Erwärmung auftritt und die Kupplungen klein dimensioniert werden können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Anordnungen dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ferngesteuerten Manipulators,

Fig. 2 einen Längsschnitt der Verbindung des Schulterträgers und des Schultergliedes des Manipulators nach der Fig. 1, wobei Einzelheiten eines Antriebsmechanismus für eine Drehung um eine Längsachse dargestellt sind,

Fig. 3 eine teilweise Schnittansicht längs der Linie 3-3 der Fig. 2,

Fig. 4 einen Längsschnitt der Verbindung des Handgelenk- und des Handgliedes des Manipulators nach der Fig. 1, wobei Einzelheiten eines weiteren Antriebsmechanismus für eine Drehung um eine Längsachse gezeigt sind,

Fig. 5 einen Längsschnitt der Verbindung des Unterarm- und des Oberarmgliedes des Manipulators nach der Fig. 1, wobei Einzelheiten eines Antriebs-

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mechanismus für eine Schwenkbewegung eines Mani- zur Drehung um eine vertikale Achse, d. h. koaxial

pulatorelements dargestellt sind, und zu der Längsrichtung des Teleskoprohres 34, ange-

Fig. 6 einen schematischen Schnitt einer Getriebe- ordnet.

einzelheit in verkleinertem Maßstab, entsprechend An dem unteren Ende der Antriebswelle 108 sind

der Schnittlinie 6-6 in Fig. 2. 5 Teile 112 und 114 eines Planetenradkäfigs drehbar

In Fig. 1 ist ein Manipulator 10 dargestellt, der angeordnet. Eine oder mehrere Planetenradachsen

Teile aufweist, die allgemein etwa einer menschlichen 116, die im Planetenradkäfig gelagert sind, tragen

Schulter, einem Arm und einer Hand entsprechen. Planetenräder 118. Vorzugsweise werden drei solcher

So ist ein Handglied 12 mit relativ bewegbaren Greif- Planetenräder im gleichen Winkelabstand rings um

gliedern 14 und 16 vorgesehen, welche betätigt wer- io die zentrale Antriebswelle 108 angeordnet, um eine

den können, um ein Objekt zu ergreifen oder anzu- selbstzentrierend ausgeglichene Antriebsanordnung

fassen. Das Handglied 12 ist zur koaxialen Drehung zu schaffen.

auf der Längsachse eines Handgelenkgliedes 18, 19 Jedes Planetenrad 118 weist zwei Zahnradteile auf,

angebracht. Die relative Drehung des Handgliedes 12 welche sich zusammen als Einheit um die Planeten-

kann analog zu einer Handgelenkdrehung betrachtet 15 radachsen 116 drehen. Ein Eingangszahnradteil 120

werden. steht in treibender Verbindung mit den inneren

Das Glied 19 ist seinerseits im Gelenk 20 an einem Zähnen eines koaxialen Eingangszahnkranzes 122,

Unterarmglied 22 angelenkt, so daß die Glieder 19 der in später geschilderter Weise am Schulterträger

und 22 relativ zueinander in der Art eines Hand- 32 angebracht ist. Ein Ausgangszahnradteil 124 greift

gelenkes geschwenkt werden können. Hiervon ist die 20 in die inneren Zähne eines Ausgangszahnkranzes 126

Handdrehbewegung zwischen den Gliedern 12 und ein, welcher bei 128 am drehbaren Schulterglied 30

18 zu unterscheiden. angeordnet ist. Der Ausgangszahnkranz 126 liegt

Das Unterarmglied 22 ist auf einer Querachse eines ebenfalls koaxial zur Antriebswelle 108, d. h. zur

Ellbogengelenks 24 an einem Oberarmglied 26 ange- Drehachse des Schultergliedes gegenüber dem

lenkt; das Unterarmglied 22 ist relativ zum Oberarm- 25 Schulterträger.

glied 26 mittels einer Art Ellbogengelenkverbindung Zwischen dem Ausgangszahnkranz 126 und dem schwenkbar. Gehäuse des Schulterträgers 32 ist eine Lagerung 130 Das Oberarmglied 26 ist seinerseits um eine Quer- vorgesehen. Eine Dichtung 132 schützt zwischen dem achse eines Gelenks 28 schwenkbar an einem sich drehenden Schulterglied und dem Schulterträger Schulterglied 30 befestigt. Das Schulterglied 30 ist 30 die inneren Teile. So dient in der dargestellten besonkoaxial gegenüber einem Schulterträger 32 drehbar, deren Ausführungsform der Ausgangszahnkranz des der an dem äußeren Ende eines sich längs (d. h. untersetzten Differentialplanetengetriebes ebenfalls vertikal) erstreckenden Trägers aus Teleskopgliedern als Teil der Lagerung für das Schulterglied selbst.
34 und 36 gehalten ist. Dieser teleskopartige vertikale Ein weiterer Lagerteil 134 ist zwischen dem Ein-Träger ist in einem Wagen 38 gelagert, der auf ent- 35 gangszahnkranz 122 und dem Gehäuse des Schultersprechenden Querschienen 40 seitlich verschiebbar trägers 32 vorgesehen, um eine begrenzte relative geführt ist. Die Schienen 40 können ihrerseits ein Drehung des Ausgangszahnradteiles unter den nach-Teil einer Laufkatze sein, um eine zu den Schienen stehend zu beschreibenden Umständen zu ermögrechtwinklige Bewegung zu ermöglichen. liehen:

Die verschiedenen Bewegungen eines ferngesteu- 40 Die Teile 112 und 114 des Planetenradkäfigs und erten Manipulators, wie soeben beschrieben, wurden ihre zugeordneten Planetenräder 118 werden um die bislang mittels elektrischer Motoren, welche durch Antriebswelle 108 durch ein sonnenradartiges, zenpassende Kabel 42 mit einem Fernsteuerpult oder trales Antriebsrad 136 gedreht, das mit den Eingangseiner Fernsteuereinheit 44 verbunden sind, erreicht. zahnradteilen 120 im Eingriff steht. Da diese Zahn-Geeignete Steuermittel, wie sie schematisch bei 46 45 radteile ebenso in die inneren Zähne des Eindargestellt sind, mit einem Handgriffteil 48 können gangszahnkranzes 122 eingreifen, der in dem Gedurch eine Betätigungsperson bewegt werden, um die häuse, d. h. dem Schulterträger 32 festgehalten gewünschten Bewegungen der Manipulatorteile aus- wird, werden die Teile 112 und 114 des Planetenradzulösen. käfigs veranlaßt, sich um die Antriebswelle 108 zu Erfindungsgemäß werden Differentialplaneten- 50 drehen. Die tatsächlichen Übersetzungsverhältnisse getriebe extrem hoher Untersetzung angewendet, um zwischen dem Eingangszahnradteil 120 und dem Einmaximale Kraft aus einer minimalen Masse zu er- gangszahnkranz 122 und zwischen dem Ausgangshalten. Wie in Fig. 1 gezeigt, handelt es sich um zwei zahnradteil 124 und dem Ausgangszahnkranz 126 Arten von Bewegungen, d. h, koaxiale Drehungen, wie sind etwas verschieden. Dieser Unterschied wird in z. B. Handgelenkdrehung, und hin- und hergehende 55 der bekannten Weise durch die Anwendung einer oder beugende Bewegungen, wie Ellbogendrehung. unterschiedlichen Anzahl von Zähnen oder durch Einzelheiten eines Ausführungsbeispieles, bei dem Unterschiede im Durchmesser der jeweiligen Zahn- relative koaxiale Drehbewegungen erzielt werden, ist radteile erreicht. Nach Fig. 2 haben die Ausgangsin den Fig. 2 und 3 an Hand der Verbindung zwi- zahnradteile etwas kleineren Durchmesser,
sehen dem Schulterglied 30 und dem Schulterträger 60 Wegen dieses Unterschiedes und weil der Aus-32 dargestellt. Hier wird die Antriebskraft durch gangszahnradteil 124 mit dem Ausgangszahnkranz einen hochtourigen Motor 100 erzeugt, der eine hohe 126 dauernd in Verbindung bleibt, werden der AusLeistung bei kleinstem Gewicht abgibt. Der Motor gangszahnkranz 126 und sein zugehöriges Schulter-100 ist bei 102 am Schulterträger oder dem dazu- glied 30 um die Antriebswelle 108 mit einer Drehzahl gehörigen Teleskoprohr 34 angebracht. Die Motor- 65 angetrieben, die erheblich niedriger als die Drehzahl welle trägt ein Antriebsritzel 104, welches in ein der Antriebswelle 108 ist. Mit dem Antrieb der dar-Zahnrad 106 der Schultergelenkantriebswelle 108 ein- gestellten Anordnung ist es möglich, wesentliche greift. Die Antriebswelle 108 ist in einem Lager 110 Untersetzungen zu erzielen, so daß ein Motor mit

einer Drehzahl in der Größenordnung von 6000 Umdrehungen pro Minute den Ausgangszahnkranz 126 und das Schulterglied 30 mit sehr niedrigen Drehzahlen bis zu einer Umdrehung pro Minute antreiben kann.

Wie oben erwähnt, ist der Lagerteil 134 deshalb vorgesehen, um eine begrenzte relative Drehung des Eingangszahnkranzes 122 innerhalb des Schulterträgers 32 zu ermöglichen. Diese relative Drehung ist vorgesehen, um die gedrängte Anordnung einer Schleifkupplung oder eines Überlastungsmechanismus zu ermöglichen. So weist der Eingangszahnkranz 122 auf seiner Oberfläche eine Kupplungsplatte 138 mit einem Kupplungsbelag 140 auf. Eine Kupplungsscheibe 142 wird zwischen der Kupplungsplatte 138 und einer weiteren Kupplungsplatte 146 mit einem Kupplungsbelag 144 eingeklemmt (s. auch Fig. 3). Die Kupplungsteile werden durch eine Schraube und eine Sicherungsmutter 148 sowie eine Kupplungsfeder 150 zum Einstellen des Kupplungsdruckes in axialer Verbindung gehalten. Der Eingangszahnkranz 122 ist mit der Kupplungsscheibe 142 derart verbunden, daß eine relative Drehung zwischen diesen Teilen um die Antriebswelle 108 erst bei Überschreiten eines bestimmten Drehmoments auftritt.

Die Kupplungsscheibe 142 ist innerhalb des Gehäuses des Schulterträgers 32 gelagert (Fig. 3). Um eine begrenzte axiale Bewegung der Kupplungsscheibe 142 für unterschiedliche Einstellungen des Kupplungsdruckes zu ermöglichen, ist eine Reihe von Umfangskerben oder -aussparungen 152 vorgesehen, in die feste Anschläge 154 des Schulterträgergehäuses zum Verhindern einer Relativdrehung zwischen der Kupplungsscheibe 142 und dem Schulterträger eingreifen. Dies wiederum verhindert eine relative Drehung des Eingangszahnkranzes 122 solange kein Hindernis auftritt, das der Drehung des Schultergliedes einen unvorhergesehen großen Widerstand entgegensetzt. Tritt ein solches Hindernis auf, dann schleift die Kupplung, und eine Beschädigung der Teile ist verhindert. Die durch Muttern 148 einstellbare Kupplungsfeder 150 erlaubt die relative Drehung zwischen der Kupplungsscheibe 142 und dem Eingangszahnkranz 122, so daß Beschädigungen dieser Teile verhindert werden, wenn ein vorbestimmter Sicherheitswiderstand überschritten wird.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, mit einem Differentialplanetengetriebe, das nicht durch ein zentrales Antriebsrad angetrieben wird, eine Drehbewegung zu übertragen. Hierdurch wird im Bereich der Welle Platz zum Unterbringen anderer Einrichtungen geschaffen. Eine solche Ausführung wird im folgenden für die Handgelenkdrehbewegung zwischen den Gliedern 12 und 18 des Manipulators der Fig. 1 beschrieben. Die Einrichtung, durch welche diese Drehung erreicht wird, ist in Fig. 4 im einzelnen dargestellt.

Das drehbare Handglied 12 ist in einem Lager 200 innerhalb des stationären Handgelenkglieds 18 gehalten. Das innere Ende des Handgliedes 12 stützt einen Ausgangszahnkranz 202 eines untersetzten Differentialplanetengetriebes ab. Der Ausgangszahnkranz 202 ist bei 204 unmittelbar an einem Flansch 206 des drehbaren Handgliedes 12 befestigt.

Ein Eingangszahnkranz 208 des Getriebes ist bei 210 unmittelbar am Handgelenkglied 18 befestigt. Beide Zahnkränze sind unmittelbar, d. h. ohne zwischenliegende Rutschkupplung oder Überlastungsverbindung mit den koaxialen drehbaren Gliedern verbunden.

Das Differentialplanetengetriebe weist Käfigteile 212 und 214 auf, die auf einer Buchse 216 drehbar gelagert sind, die in einer Versteifungswand 217 innerhalb des Handgelenkgliedes 18 ruht. Die Käfigteile 212 und 214 sind durch Planetenradachsen 218 verbunden, von denen eine in Fig. 4 zu sehen ist. Auf

ίο jeder Achse ist ein Planetenzahnrad 220 drehbar angeordnet. Dieses Zahnrad hat einen Eingangszahnradteil 222 und einen Ausgangszahnradteil 224. Die Teile greifen je in die Eingangs- und Ausgangszahnkränze 208 und 202 ein. Wie oben beschrieben, weichen die jeweiligen Übersetzungsverhältnisse etwas voneinander ab, so daß eine Drehung der Planetenzahnräder innerhalb des feststehenden Eingangszahnkranzes 208 eine erheblich langsamere Drehung des Ausgangszahnkranzes 202 und seines zugeordneten Handgliedes 12 zur Folge hat.

Die Differentialplanetengetriebeanordnung wird hier so angetrieben, daß die zentrale» Welle für den Durchgang anderer Teile frei ist. Der Antrieb erfolgt anstatt durch ein zentrales Antriebszahnrad über eine am Käfigteil 214 vorgesehene Verzahnung 226. In diese Verzahnung greift ein Ritzel 228 einer Welle 230 ein, die ihrerseits durch Zahnräder 232 und 234 von der Welle des Handgelenkgliedmotors 236 angetrieben wird. Somit kann ein hochtouriger Motor benutzt werden, um bei hoher Geschwindigkeit eine große Leistung zu erzeugen; durch das untersetzte Differentialplanetengetriebe wird das Handglied 12 mit einer erwünschten niedrigeren Drehzahl angetrieben.

Der Wegfall des sonnenradartigen, zentralen Antriebszahnrades erleichtert hier die Anordnung von Mitteln zum Betätigen der Handgreifglieder 14 und 16. Diese Greifglieder werden in bekannter Weise durch axiale Bewegung einer Hülse 238 betätigt. Die Hülse 238 ist innerhalb der Buchse 216 teleskopartig angeordnet. Ein Keil 240 auf der Hülse 238 greift in eine Aussparung 242 der Buchse 216 ein, um eine Drehung der Hülse 238 gegenüber der Buchse zu verhindern. Die Hülse 238 ist bei 244 mit einem Innengewinde versehen, in das eine Gewindespindel 246 eingeschraubt ist. Diese Spindel ist in Lagern 248 in der Versteifungswand 217 geführt. Die Gewindespindel 246 wird durch ein bei 252 aufgekeiltes Zahnrad 250 angetrieben. Die Gewindespindel ist begrenzt axial bewegbar, und zwar sowohl gegenüber dem Zahnrad 250 als auch dem Lager 248.

Eine Federeinheit 254 ist an dem Ende der Spindel zwischen einer Einstell- und Haltemutter 256 und dem Zahnrad 250 befestigt, um normalerweise die Gewindespindel 246 in der in der Zeichnung dargestellten Stellung zu halten. Wenn das Zahnrad 250 gedreht wird, zieht die Gewindespindel 246 die Hülse 238 (Fig. 4) nach links, um die Greifglieder 14 und 16 (Fig. 1) in bekannter Weise zu schließen. Die Spannung der Greifglieder wird, wenn sie einen speziellen Gegenstand ergreifen, durch die Ausdehnung bestimmt, die durch eine weitere Drehung des Zahnrades 250 zu einer weiteren axialen Zusammenpressung der Federn 254 führt, nachdem einmal die axiale Bewegung der Hülse 238 durch das Zugreifen der Greifglieder verhindert ist. Eine solche weitere Drehung des Zahnrades 250 und der Gewindespindel 246 zieht die Welle in Fig. 4 nach rechts, wodurch

die Federn 254 zusammengepreßt werden, um allmählich anwachsende Spannungen für die Greifglieder zu schaffen.

Das Zahnrad 250 wird durch das Zahnrad 258 sowie Zwischenzahnräder 260, 262, 264 und 266 angetrieben. Das Zahnrad 266 ist ein Ritzel auf der Welle eines Handgreifmotors 268.

Die Greiferbetätigungseinrichtung erstreckt sich auf diese Weise bequem durch die Teile des Diffe-

um ihre Achsen drehen. Der Eingriff der Eingangszahnradteile 312 a in den Eingangszahnkranz 313 bewirkt dann eine Drehung des Planetenradkäfigs 315 und der Planetenzahnräder 312 um die Welle 310. Ein Ausgangszahnkranz 317 ist drehbar koaxial zur Welle 310 in einem Lager 316 angeordnet und kämmt mit dem Ausgangszahnradteil 312 ib. Wenn sich das Planetenzahnrad 312 um seine eigene Achse und zusätzlich um die Welle 310 dreht, bewirkt das unter-

rentialplanetengetriebes hindurch, um die Betätigung io schiedliche Untersetzungsverhältnis eine Drehung des der Greifglieder durch einen in vorteilhafter Weise Ausgangszahnkranzes 317 mit einer relativ niedrigen

Drehgeschwindigkeit. \

Am Ausgangszahnkranz 317 ist mittels geeigneter

Bolzen eine Rutschkupplungsplatte 318 befestigt, die

nicht auf dem drehbaren Handglied 12, sondern auf dem stationären Handgelenkglied 18, 19 angeordneten Motor zu ermöglichen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können 15 zusammen mit diesem in den Lagern 319 am äußeren die Schwenkbewegungen um eine sich quer zu zwei Ende der Welle 310 drehbar ist. Einteilig mit der Manipulatorgliedern erstreckende Achse ebenfalls Kupplungsplatte 318 verbunden ist ein Wellenzapfen durch ein gedrängt gebautes, leistungsfähiges Diffe- 320, der als Dreh- und Tragachse für einen Lagerrentialplanetengetriebe erreicht werden. Eine solche flansch 321 des Unterarmgliedes 22 dient. Zwischen Anordnung ist beispielsweise in Fig. 5 dargestellt, die 30 der Kupplungsplatte 318 und dem Lagerflansch 321 einen Schnitt des Ellbogengelenks 24 der Fig. 1 zeigt. ist eine Kupplungsscheibe 322 angeordnet. Eine wei-Bei diesem Gelenk ist ein untersetztes Differential- tere Kupplungsscheibe 323 ist mit Reibschluß auf planetengetriebe 300 auf der Achse des Ellbogen- der oberen Fläche des Lagerflansches 321 angegelenks angeordnet, um die Schwenkbewegung des ordnet. Druck auf die Kupplungsscheibe 323 wird Unterarmgliedes 22 zu erzeugen. Ein zweites Diffe- 25 durch eine Druckplatte 324 und eine Feder 325 ausrentialplanetengetriebe 304 kann ebenso koaxial zur geübt, deren Kraft mittels einer auf das Ende der Gelenkachse gelagert und durch einen Kettenantrieb Welle 320 aufgeschraubten Mutter 326 einstellbar ist. mit dem Handgelenkglied verbunden sein, um dessen So wird durch eine Drehung des Ausgangszahn-Schwenkbewegung um die Achse des Gelenks 20 zu kranzes 317 unter Zwischenschaltung der Rutschsteuern. Die- Kette 335 des Kettentriebs treibt ein 30 kupplung eine Schwenkbewegung des Unterarm-Kettenzahnrad an, das an dem Handgelenkglied 19 gliedes 22 erzeugt. Wird die auf das Unterarmglied befestigt ist, so daß die Teile 19, 18 und 12 als Ein- 22 wirkende Last für den an den Rutschkupplungsheit um die Achse des Gelenks 20 schwenkbar sind. scheiben ausgeübten Druck zu groß, so gleitet der

Um diese Bewegungen auszuführen, sind zwei Lagerflansch 321 relativ zu den Teilen 318 und 322

untersetzte Differentialplanetengetriebe 300 und 304 35 und dreht sich mit seiner Lagerbuchse 327 soweit

innerhalb eines Gehäuses 305 des Oberarmgliedes 26 notwendig auf dem Wellenzapfen 320.

angeordnet und werden durch einen Unterarmglied- Fig. 5 stellt ebenfalls die koaxiale Anordnung eines

schwenkmotor 306 oder durch einen Handgelenk- zweiten Differentialplanetengetriebes 304 im EIl-

biegungsmotor 307 angetrieben. Beide Motoren sind bogengelenk 24 dar. Bei diesem Getriebe ist der An-

im Oberarmglied 26 angeordnet, um die Masse und 4° trieb des Sonnenrades, der Planetenzahnräder 312

das Gewicht der Unterarm- und Handglieder zu ver- und der Eingangs- und Ausgangszahnkränze 313 und

mindern. 317 genauso ausgebildet wie bei dem Differential-

Der Motor 306 treibt über ein Schneckengetriebe planetengetriebe 300. Indessen wird über eineRutsch-

308 und ein Zahnrad 309 die Welle 310 an. Auf kupplung 329, 330 ein Kettenrad 328 angetrieben,

dieser Welle sitzt ein Sonnenrad 311, das mit Pia- 45 das zwischen den Kupplungsplatten liegt. Der Kupp-

netenzahnrädern 312 kämmt. Vorzugsweise sind drei lungsdruck wird durch eine Feder 332 über eine

solcher Planetenzahnräder um das Sonnenrad angeordnet, um eine ausgeglichene, selbstzentrierende Anordnung zu schaffen, wie Fig. 6 zeigt. Deutlichkeitshalber wird in Fig. 5 nur ein solches Zahnrad gezeigt. Die Planetenzahnräder 312 weisen getrennte Eingangs- und Ausgangszahnradteile 312 a und 312 b auf, wobei der Eingangszahnradteil 312 a einen größeren Durchmesser als der Ausgangszahnradteil

Scheibe 333 erzeugt. Die Federkraft ist durch eine auf das Ende eines Wellenzapfens 334 aufgeschraubte Mutter 331 einstellbar. Durch Drehen des Kettenrades 328 wird die Kette 335 angetrieben, die ein auf der Handgelenkachse angeordnetes Kettenrad dreht, um das Handgelenkglied 19 zu verschwenken.

Die Schwenkbewegung des Oberarmgliedes gegenüber dem Schulterglied kann ebenfalls über ein

312 b aufweist, um die gewünschte Differentialunter- 55 untersetztes Differentialplanetengetriebe erfolgen. Gesetzung durch unterschiedliche Untersetzungsverhält- eignet hierfür ist beispielsweise ein Getriebe nach

Art des vorbeschriebenen Differentialplanetengetriebes 300. Wie in Fig. 1 dargestellt, weist diese Einreichung für das Schwenken des Oberarmgliedes

nisse zu erzeugen. Der Ausgangszahnradteil 3120
kann zu diesem Zweck auch eine etwas kleinere Anzahl von Zähnen als der Eingangszahnradteil 312a
haben. Die Planetenzahnräder 312 sind auf Planeten- 60 einen (nicht dargestellten) Motor auf, der innerhalb radachsen drehbar gelagert, die von einem drehbaren des Schultergliedes 30 befestigt ist, ferner eine Rutsch-Planetenradkäfig 315 getragen werden. Dieser Käfig
ist als eine Einheit relativ sowohl zum Gehäuse 305
als auch zur Welle 310 frei drehbar.
Am Gehäuse 305 ist ein mit dem Eingangszahn- 65

radteil 312 a kämmender innenverzahnter Eingangszahnkranz 313 befestigt. So bewirkt die Drehung des Sonnenrades 311, daß sich die Planetenzahnräder 312

kupplung 340, die koaxial an einem Ende der Schultergelenkachse angebracht ist, und ein Differentialplanetengetriebe 342, das koaxial auf dem anderen Ende der Schultergelenkachse befestigt ist. Der Ausgangszahnkranz des untersetzten Getriebes ist unmittelbar mit einer Ausgangswelle verbunden, die als Schwenk- und Tragachse des Oberarmgliedes

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dient. DerEingangszahnkranz des Getriebes ist relativ zum Schulterglied 30 ortsfest angebracht. Die Eingangsantriebswelle, die ein Sonnenrad trägt, um den Planetenradkäfig und Zahnräder des Untersetzungsgetriebes anzutreiben, erstreckt sich drehbar und koaxial durch die Ausgangswelle zu einer Rutschkupplung und wird durch die Kupplung von dem Schulterschwenkmotor angetrieben.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Ferngesteuerter Manipulator mit einer Mehrzahl von motorisch angetriebenen Manipulatorelementen, die zumindest teilweise mit den Gliedern eines menschlichen Armes vergleichbar sind und jeweils miteinander dreh- und/oder schwenk- und/oder axial verschiebbar verbunden sind, wobei mindestens teilweise Differentialplanetengetriebe angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Verbindungsstelle je zweier Manipulatorelemente mindestens ein koaxial zur Dreh- oder Schwenkachse der Elemente angeordnetes Differentialplanetengetriebe extrem hoher Untersetzung zur Bewegungsübertragung vorgesehen ist, und zwar mit einem zentralen Antrieb (136, 214, 309) mit dazu koaxialen innenverzahnten Eingangs- (122, 208, 313) und Ausgangszahnkränzen (126, 202, 317), die jeweils den entsprechenden aneinander angrenzenden Elementen (30, 26; 26, 22, 19; 19, 18) zugeordnet sind, ferner mit Eingangs- (120, 222, 312 a) und Ausgangsplanetenzahnrädern (124,224,312 b), welche jeweils mit den innenverzahnten Eingangs- und Ausgangszahnkränzen kämmen und in einem Planetenzahnradkäfig angeordnet sind, und daß zum Antrieb der Differentialplanetengetriebeanordnung jeweils ein steuerbarer Motor (100, 236, 306, 307) hoher Umdrehungszahl vorgesehen ist.

2. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Differentialplanetengetriebe eine durchgehende Zentralöffnung zur Aufnahme von Stromkabeln, weiteren Antrieben usw. besitzt.

3. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangs- (122, 208, 313) und der Ausgangszahnkranz (126, 202, 317) jedes Differentialplanetengetriebes eine nur wenig voneinander verschiedene Zähnezahl und/oder Durchmesser haben und die Eingangs- (120, 222, 312«) und Ausgangsplanetenzahnräder (124, 224, 312 b) entsprechend unterschiedliche Zähnezahlen und/oder Durchmesser haben.

4. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- (120, 222, 312 a) und Ausgangsplanetenzahnräder (124, 224, 312 b) starr miteinander verbunden sind oder aus einem Teil bestehen.

5. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für das Differentialplanetengetriebe ein zentrales, mit Eingangsplanetenzahnrädern (120) kämmendes, sonnenradartiges Antriebsrad (136) vorgesehen ist.

6. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb für das Differentialplanetengetriebe ein zu den Eingangs- (208) und Ausgangszahnkränzen (202) koaxialer, außenverzahnter Zahnkranz (214) vorgesehen ist, der mit dem Planetenzahnradkäfig (212) fest verbunden ist, und Antriebsmittel (Gewindespindel 246) für benachbarte Manipulatorelemente zentral durch das Getriebe hindurchführbar sind.

7. Ferngesteuerter Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Eingangs- (122) oder dem Ausgangszahnkranz (317) und dem ihm zugeordneten Manipulatorelement (30, 22) eine Uberlast-Rutschkupplung (138, 140, 142, 144, 146; 318, 322, 323, 324) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 882 782;
österreichische Patentschrift Nr. 174 407;
USA.-Patentschriften Nr. 2 679 940, 2 822 094.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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