DE1456443C - Manipulator. A^m: Commissariat a l'Energie Atomique, Paris - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Manipulator mit je einem in sich gelenkigen Steuerarm und Arbeitsarm, die durch eine Gegengewichtsanordnung gewichtsmäßig ausgeglichen sind, mit einer im wesentlichen horizontalen Wanddurchführung, an deren

3 4

einem Ende in einem ersten Schultergelenk ein Steuer- Die Fig. 1 zeigt eine Schutzwand 71 eines Behäl-Oberarm angelenkt ist, der an seinem freien Ende ters oder einer »heißen Zelle«, in die ein waagerech über ein Ellbogengelenk mit einem Steuer-Unterarm tes Durchführungselement 74 eingesetzt ist, das die

verbunden ist, und an deren anderem Ende in einem Wand durchquert und innerhalb eines ringförmigen zweiten Schultergelenk ein Arbeits-Oberarm ange- 5 Baugliedes oder »Rollenrohrs« 75 gelagert ist, oder

lenkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbo- mit anderen Mitteln für eine Drehung um seine horigengelenk mit einem Arbeits-Unterarm verbunden zontale Achse versehen ist. Ein Steuer-Oberarm 77

ist, wobei die beiden Oberarme für gegensinnige ist an einem Ende des Durchführungselements oder

Schwenkbewegungen um die Schultergelenke und die -rohres 74 über einen Schulterdrehzapfen 90 ange-

beiden Unterarme für gleichsinnige Schwenkbewe- io lenkt und an das andere Ende des Durchführungsele-

gungen um die Ellbogengelenke miteinander gekup- ments oder -rohres 74 ist ein Arbeits-Oberarm 78

pelt sind und wobei am Ende des Steuer-Unterarms über einen weiteren Drehzapfen 88 angelenkt. Der

ein Handgriff und am Ende des Arbeits-Unterarms Steuer-Oberarm und der Arbeits-Oberarm 78 sind

ein Greifer angebracht ist, die zur Übertragung der hinsichtlich ihrer Schwenkbewegungen in der Weise

Bewegungen des Handgriffs auf den Greifer mitein- 15 miteinander gekuppelt, daß sie einander proportio-

ander gekuppelt sind. nale Winkelbewegungen, aber in einander entgegen-

Ein Manipulator dieser Art ist bereits vorgeschla- gesetzten Richtungen durchführen. Diese Winkelbegen worden (deutsche Patentschrift 1281653). Auch wegungen können jeweils gleiche Absolutwerte hadieser Manipulator besitzt eine Gegengewichtsanord- ben; in diesem Falle sind die Winkelbewegungen des nung, die in allen Stellungen des Steuerarms wirksam 20 Steuer-Oberarms 77 und des Arbeits-Oberarms 78 wird. In der Praxis hat es sich jedoch gezeigt, daß symmetrisch zueinander; die Schwenkwinkel können komplexe Bewegungen auftreten können, die sich aber auch proportional, also ungleich sein, entweder insbesondere bei zusätzlichen Winkelverstellungen um unterschiedliche Oberarmlängen auszugleichen zwischen Arbeitsarm und Steuerarm nicht mehr unter oder um den Arbeitsbereich des Arbeitsarms gegenvölliger Gewichtskompensation für den Arbeitsarm 25 über dem Betätigungsbereich des Steuerarms zu verbewältigen lassen. ändern.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,. Ein Steuer-Unterarm 80 ist schwenkbar in dem

einen Manipulator der eingangs erwähnten Art so Ellbogengelenk 79 des Steuer-Oberarms 77 ange-

auszubilden, daß er für jede mögliche Bewegung sei- lenkt; in entsprechender Weise ist bei dem Arbeits-

ner Arme einen vollkommenen Gewichtsausgleich 30 arm mit dem Ellbogengelenk 81 des Oberarms 78 ein

für seinen Arbeitsarm gewährleistet. Arbeits-Unterarm 82 gekuppelt. Diese beiden Steuer-

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß ge- und Arbeits-Unterarme sind hinsichtlich ihrer löst durch Differentialgetriebe zum Antrieb der Ge- Schwenkbewegungen um die entsprechenden Ellbogengewichtsanordnung für den Gewichtsausgleich gengelenke in einer solchen Weise gekuppelt, daß sie des Arbeits-Oberarms und Arbeits-Unterarms so- 35 einander proportionale Winkelbewegungen in dem wohl bei deren symmetrischer als auch unsymmetri- gleichen Dreh- oder Schwenksinn ausführen. Diese scher Lage relativ zu Steuer-Oberarm und Steuer- Winkelbewegungen können gleich sein, sie können Unterarm. aber auch proportional ungleich sein, um entweder

Das Grundprinzip der Erfindung besteht also in unterschiedliche Armlängen auszugleichen oder den

der Verwendung zweier Differentialmechanismen, 40 Arbeitsbereich des Arbeits-Unterarms gegenüber

die zusammen gegensinnige und zusätzliche Bewe- dem Betätigungsbereich des Steuerarms zu verändern

gungen addieren, um den Arbeitsarm in jeder belie- oder zu verlagern.

bigen Stellung relativ zum Steuerarm in praktisch Der Steuer-Unterarm 80 und der Arbeits-Untervollkommenem Gleichgewicht zu halten. arm 82 können auch je eine Drehbewegung um ihre

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines 45 Längsachsen ausführen, die »Azimut-Bewegung« ge-

Ausführungsbeispiels veranschaulicht; dabei zeigt nannt wird. Sie sind mit Handgelenken versehen, die

Fig. 1 eine Seitenansicht eines teilweise auf ge- mit 83 bzw. 84 bezeichnet sind. An das Handgelenk

brachen dargestellten Gelenkarm-Manipulators, der 83 des Steuerarms ist ein Steuerhandgriff 85 und an

in eine Trennwand eingebaut ist, das Handgelenk 84 des Arbeitsarms ist ein Greifer

F i g. 2 eine schematische Systemdarstellung, aus 50 oder eine Zangenvorrichtung 86 angebaut. Die drei

der die Übertragung der Bewegung des Steuer-Ober- Drehbewegungen des Handgriffes werden auf den

arms auf den Arbeits-Oberarm und die Möglichkeit Greifer oder die Zangeneinheit durch längsbeweg-

einer gegenseitigen Winkelverstellung der Arme er- bare Seile, Riemen, Ketten oder andere geeignete

sichtlich ist, biegsame Zugorgane in an sich bekannter Weise

F i g. 3 eine Aufsicht auf die Anordnung des 55 übertragen.

Steuer-Oberarms und des Schultergelenks des Mani- Ein Winkelhebel 135 ist auf dem Zapfen 90 pulators, teils aufgebrochen und teils im Schnitt dar- (Fig. 4, 6) gelagert, der den Drehzapfen des Schultergestellt, gelenks im Steuerarm bildet. Eine hinsichtlich ihrer

Fig.4 eine Seitenansicht des Steuer-Oberarms Länge veränderliche Kuppelstange 89, die als elek-

gemäß Fig.3, wobei einige äußere Teile abgebaut 60 trisch verstellbare Winde ausgebildet ist, ist mit

sind, um die dahinterliegenden Elemente zu zeigen, einem Ende auf einem Zapfen 137 an einem Ende

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung von Tei- des Winkelhebels 135 schwenkbar angelenkt und mit

len des Differential-Gegengewichtsantriebs für den dem anderen Ende an einem Zapfen 139, der im

Arbeitsarm in auseinandergezogener Stellung der mittleren Bereich des Steuer-Oberarms 77 an diesem

Teile und 65 festgelegt ist. Mit dem Winkelhebel 135 ist eine

Fig.6 eine schematische Übersichtsdarstellung Triebtrommel oder -scheibe 91 fest verbunden, die

zur Erläuterung der Wirkungsweise des Ausgleichs- sich um den Zapfen 90 des Schultergelenks drehen

systems. kann. Der Steuer-Oberarm 77 ist mit einem gabelar-

5 6

tig ausgebildeten Endteil 138 auf dem Schulterge- im allgemeinen parallel zur Längsachse des Steuerlenkdrehzapfen 90 gelagert. oberarms 77 und hat einen Abstand von dieser

Die längenveränderliche Kuppelstange 89 arbeitet Achse.

als ein Verbindungsorgan, durch das eine Schwenk- Ein Sonnenradsektor 161 eines ersten Differentialbewegung des Steuer-Oberarms 77 um den Zapfen 5 getriebesystems ist an dem Zapfen 90 für gemein-90 des Schultergelenks über den Winkelhebel 135 die same Drehung mit diesem Zapfen festgelegt. Den Triebscheibe 91 um den Zapfen 90 dreht und so eine Winkel des Steuerellbogengelenks, der über das Parentsprechende Winkelbewegung auf den Arbeits- allelogramm an dem Zapfen 90 angezeigt wird, überOberarm 78 überträgt. Diese Übertragung erfolgt trägt der Antriebsradsektor 161 über eine Gruppe — wie man am besten aus F i g. 2 in Verbindung mit io von ersten Differential-Planetenrädern 162, 163 und Fig. 1 erkennt— über ein Seil oder eine Kette 92, 164 auf einen kastenförmigen Planetenräderträger 165, die an der Triebscheibe 91 festgelegt ist und sich der seinerseits an einer flachen Winkelhalterung durch das horizontale Rohr 74 des Wanddurchfüh- 140 A des Gabelgliedes 140 sitzt, das den Endteil des rungselementes bis zur Schulter des Arbeitsarms er- Durchführungsrohrelements 74 an der Steuerarmstreckt, wo es über eine kleinere Triebscheibe 93 15 seite bildet. Das Planetenrad 162 steht im Eingriff läuft, die auf dem Zapfen des Arbeitsarms-Schulter- mit dem Sonnenradsektor 161 und dreht sich um die gelenks 88 gelagert ist; die Scheibe 93 ist starr mit Achse 166, das Planetenrad 162 steht ferner im Eineinem Zahnrad 94 verbunden, das mit einem Zahn- griff mit dem Rad 163. Die Planetenräder 163 und kranzsektor 95 kämmt, der wiederum starr mit dem 164 sind fest miteinander verbunden und drehen sich Arbeits-Oberarm 78 verbunden ist. 20 zusammen auf der Achse 167, die parallel zu der

Der Zahnkranzsektor 95 dreht sich um eine Gelenk- Achse 166 ist. Eine Platte 168 dient zur Lagerung

achse 98 an dem Schulterende des Arbeits-Ober- der Enden der Achsen 166, 167 und zum Festhalten

arms 78. Schultergelenkzapfen 88 und Gelenkachse der Räder. Das Planetenrad 164 seinerseits steht im

98 liegen parallel zueinander und sind miteinander Eingriff mit einem Sonnenrad 169, das auf dem Zap-

über zumindest eine Verbindungslasche 99 gekup- 25 fen 90 des Steuerarm-Schultergelenks gelagert, aber

pelt, die stets in einer Lage bleibt, in der sie den unabhängig von der Drehbewegung dieses Zapfens

Winkel zwischen der Achse des Durchführungs- sich auf ihm drehen kann.

Rohrelements 74 und der Achse des Arbeits-Ober- Ein Gegengewicht 96 für den Gewichtsausgleich

arms 78 halbiert. Die notwendige Kupplung zwischen des Arbeitsarms sitzt auf einem Stift 170, der in

dem Durchführungsrohrelement 74 und dem Arbeits- 30 einem radialen kastenförmigen Arm 171 angebracht

Oberarm 78 ist durch zwei gleiche Zahnsektoren 100 ist, der seinerseits um die Achse 172 drehbar ist, die

und 101 gewährleistet, von denen der eine (100) fest von dem Winkelhebel 135 getragen wird. Der Arm

mit dem Durchführungsrohrelement 74 und der an- 171 trägt Planetenräder 173, 174 und 175 eines

dere (101) fest mit dem Arm 78 verbunden ist. Unter zweiten Differentialgetriebesystems. Die Planetenrä-

diesen Bedingungen, und für den besonderen Fall ge- 35 der 173 und 174 werden von der Welle 176 getragen

gensinniger Schwenkbewegungen von Steuer- und und das Planetenrad 175 von der Welle 177. Die

Arbeits-Oberarm 77 bzw. 78, hat die Triebscheibe 91 freien Enden dieser Wellen werden in einer fest mit

einen Durchmesser, der doppelt so groß ist wie der dem Arm 171 verbundenen Deckplatte 178 gehalten,

der Scheibe 93; das Zahnrad 94 kann einen Durch- Der Arm 171 schwenkt in Abhängigkeit von einer

messer haben, der fünfmal kleiner ist als der Durch- 40 Drehung der Sonnenräder 179 und 180, die auf der

messer des Zahnsektors 95, so daß das Verhältnis Welle 172 frei drehbar um die gleiche Achse wie der

der Differential-Übertragung nach Eingreifen der Gegengewichts arm 171 gelagert sind. Die Sonnenrä-

einander gleichen Sektoren 100 und 101 einen Wert der werden von dem Ausgang des ersten Differential-

von 1:2 hat, wobei eine Übertragung eine gleiche getriebesystems angetrieben und dem Zahnkranzsek-

und entgegengesetzte Winkelschwenkung zwischen 45 tor 155, der zusammen mit dem Steueroberarm um

der Triebscheibe 91 und dem Arbeits-Oberarm 78 den Schultergelenkzapfen 90 gedreht wird,

ergibt. Der Antrieb von dem ersten Differentialgetriebe-

Das Differentialsystem zum Steuern des Gewichts- zug entsprechend der Bewegung des Steuer-Unterausgleichs des Arbeitsarmes ist am klarsten aus den arms um den Ellbogengelenkzapfen 79, die Drehung F i g. 3 bis 6 ersichtlich. Ein um den Schultergelenk- 50 des Zapfens 90 und des Zahnradsektors 161 erfolgt zapfen 90 drehbarer Zahnradsektor 155 ist durch durch die Räder 162, 163, 164 und 169 auf das frei einen Bolzen 156 an einem Gabelarm des gegabelten drehbare Zahnrad 181. Das Zahnrad 181 ist auf der Endes 138 des Steuer-Oberarms 77 festgelegt. Der Achse 182 drehbar gelagert, die ihrerseits von einer Zahnradsektor 155 kann also um den Schulterge- vorspringenden Abstandsbuchse 183 des Arms 135 lenkzapfen 90 zusammen mit dem Steuer-Oberarm 55 getragen wird. Das Zahnrad 181 steht im Eingriff mit frei geschwenkt werden. Der Zahnradsektor 155 rea- dem Sonnenrad 180, das seinerseits mit dem Planegiert auf eine Winkelverstellung des Arbeitsarmes re- tenrad 175 kämmt. Das Planetenrad 175 kämmt mit lativ zu dem Steuerarm als Folge einer Streckung dem Planetenrad 174, das mit dem Planetenrad 173 oder Zusammenziehung der Kuppelstange 89. Am starr verbunden ist und sich mit ihm dreht; dieses Zapfen 90 wird der Winkel zwischen Steuer-Unter- ,60 Planetenrad 173 steht nun seinerseits im Eingriff mit arm 80 und Steuer-Oberarm 77 in dem Eilbogenge- dem Sonnenrad 179. Das Sonnenrad 179 des zweiten lenk 79 des Steuerarms mittels eines Gelenkparalle- Differentialgetriebezuges wird durch den Zahnkranzlogramms angezeigt, das eine Verbindungsstange 157 sektor 155 über ein auf der Achse 165 drehbar gelaenthält, die mit einem Ende bei 158 an den Steuer- gertes Zwischenrad 184 und ein mit diesem im EinUnterarm 80 und mit dem anderen Ende im Punkt 65 griff stehendes, frei drehbares Zwischenrad 186 auf 159 an einen Arm oder Hebel 160 schwenkbar ange- der Achse 187 angetrieben.

lenkt ist, der seinerseits fest auf dem Schultergelenk- Aus der Darstellung in F i g. 5 ist ersichtlich, daß

zapfen 90 verkeilt ist. Die Verbindungsstange 157 ist der das Gegengewicht 96 tragende Arm 171 mit dem

Winkelhebel 135 in Abhängigkeit von einer Schwenkbewegung des Arbeitsarms 78 drehbar ist, die durch eine Bewegung des Steuer-Oberarms 77 um den Schulterdrehzapfen 90 ausgelöst und über die Betätigungskuppelstange 89 übertragen wird; außerdem ist der Arm 171 in Abhängigkeit von der Einstellung des Arbeits-Oberarms relativ zu dem Steuer-Oberarm infolge einer Veränderung der Länge der Kuppelstange 89 schwenkbar oder drehbar. Gleichzeitig ist der Gegengewichtsarm relativ zu dem Winkelhebel in Abhängigkeit von einer Bewegung des Arbeits-Unterarms um das Ellbogengelenk des Arbeitsarms drehbar, die durch eine Bewegung des Steuer-Unterarms um das Steuerarm-Ellbogengelenk bedingt und auf den Gegengewichtsarm über die Verbindungsstange 157, den Gelenkzapfen 90 und das Differential-Getrieberad 161 übertragen wird; schließlich in Abhängigkeit von einer Bewegung des Arbeits-Oberarms, die durch eine Bewegung des Steuer-Oberarms bedingt und auf den Gegengewichtsarm über den Differentialgetriebeteil 155 übertragen wird. Auf diese Weise wird das Gegengewicht derart bewegt, daß es Änderungen in der Lage der Glieder des gesamten Arbeitsarms ausgleicht und den gesamten Arbeitsarm stets im ausgewogenen Gleichgewicht hält.

Wie aus der Betrachtung der F i g. 6 unter Berücksichtigung der F i g. 3 und 4 ersichtlich ist, sitzt das Steuerarm-Gegengewicht 144 auf einem Stab 188, der innerhalb seiner beiden Enden mit dem freien Ende eine Verlängerung 143 des gabelartigen Endteils 138 des Steuer-Oberarms 77 gelenkig verbunden ist. Das untere Ende des Stabes 188 ist an dem Punkt 191 schwenkbar an eine Verbindungsstange 190 angelenkt, deren anderes Ende schwenkbar am Punkt 159 mit dem Arm 160 verbunden ist. Die Verbindungsstange 190 stellt eine Verlängerung der Verbindungsstange 157 dar. Der Gegengewichtsstab 188 bildet eine Erweiterung des Parallelogramms, das den Steuerarm-Schulterdrehzapfen 90 und Ellbogendrehzapfen 79 einschließt; dieser Stab wird über dieses Parallelogramm derart bewegt, daß das an ihm befestigte Gegengewicht 144 sowohl den Steuer-Oberarm 77 als auch den Unterarm 80 ausgleicht.

Ein Gewichtsausgleich um die horizontale Achse des Durchführungsrohrelementes 74 wird dadurch erreicht, daß man eines der Gegengewichte 96 oder 144 auf dem Arm 171 bzw. dem Stab 188 in Richtung der Achse des das Gegengewicht tragenden Stiftes bzw. der entsprechenden Stange verschiebt.

Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise des Gegengewichtssystems für den Arbeitsarm sind derart, daß das Gegengewicht 96 für den Arbeitsann an einer radialen Halterung bzw. einem Arm 171 angeordnet ist, der um eine Achse 172 schwenken kann, die ihrerseits in dem Winkelhebel 135 festgelegt ist. Der Winkelhebel 135 ist um den Zapfen 90 des Steuerarm-Schultergelenks drehbar und wird durch eine Kuppelstange 89 mit in sich veränderbarer Länge geschwenkt, zwecks Verstellung, deren anderes Ende an dem Steuer-Oberarm 77 schwenkbar festgelegt ist.

Weiterhin ist der Winkelhebel 135 starr mit einer großen Seilscheibe 91 verbunden, die sich frei um den Schultergelenkzapfen 90 des Steuerarms drehen kann und zum Antrieb des Arbeits-Oberarms 78 zwecks Drehung um den Schultergelenkzapfen 88 des Arbeitsarms mit einer kleineren Seilscheibe 93 im Schultergelenk des Arbeitsarms über Antriebsseile 92 gekuppelt ist. Die kleinere Seilscheibe 93 ihrerseits treibt ein fest mit ihr verbundenes Ritzel oder Zahnrad 94 an, das mit einem Zahnkranzsektor 95 kämmt, der an dem Arbeits-Oberarm 78 befestigt ist. Die Durchmesser der Seilscheiben und der Zahnradteilkreise sind derart gewählt, daß der Arbeits-Oberarm 78 um seinen Schultergelenkzapfen 88 um den absolut gleichen Winkel geschwenkt wird, um den

ίο die Seilscheibe 91 und der Winkelhebelteil 135 schwenkt, aber im entgegengesetzten Schwenksinn. Weiterhin sind die Elemente des soeben beschriebenen Antriebs für die Winkelbewegungen im Schultergelenk derart miteinander gekuppelt, daß bei einer

is Lage des Arbeits-Oberarms 78 in einer gestreckten horizontalen Stellung, d, h. gleichachsig mit dem Durchführungsrohrelement 74, die gedachte Linie in dem Winkelhebelteil 35, welche die Achse 172 (um welche der Gegengewichtsarm 171 dreht) und die zu dieser parallele Achse des Schultergelenkzapfens 90 verbindet, ebenfalls in einer horizontalen Richtung parallel zu der Achse des Durchführungsrohrelementes liegt. Wenn nun die Masse des Gegengewichts 96 richtig bemessen ist, dient die soeben beschriebene gleichwinkelige, aber richtungsmäßig entgegengesetzte Schwenkbewegung dazu, das Arbeitsarmsystem so lange auszugleichen, wie der Ellbogenwinkel zwischen dem Arbeits-Unterarm 82 und dem Arbeits-Oberarm 78 der gleiche bleibt.

Wenn der Ellbogenwinkel zwischen dem Arbeits-Unterarm 82 und dem Arbeits-Oberarm 78 jedoch geändert wird, verlagert sich auch der Gewichtsschwerpunkt des Arbeitsarmsystems (das sich aus dem Arbeits-Oberarm 78, dem Unterarm 82, dem Handgelenk 84 und der Greiferzange 68 zusammensetzt), und der soeben erwähnte Ausgleich stimmt nicht mehr. Der Ausgleich kann jedoch wieder hergestellt werden, wenn die Verstellung des Arbeits-Unterarms 82 relativ zu dem Oberarm 78 durch eine entsprechende gleiche und entgegengesetzte Schwenkbewegung des Gegengewichts 96 um die Achse 172 ausgeglichen wird, vorausgesetzt, daß das Gegengewicht in einem geeigneten Abstand von der Achse 172 angebracht ist. Es ist nun die Aufgabe bzw. die Wirkung des Differentialgetriebes, die notwendige zusätzliche Schwenkbewegung um die Achse 172 durchzuführen, um das Arbeitsarmsystem in sämtlichen Stellungen der Arbeitsarmgelenke und in beliebigem Drehwinkel bei Drehbewegungen um die Achse des Durchführungsrohres auszugleichen. Da keine Komponente des Systems an dem Steuerende unmittelbar die gewünschte Information geben bzw. den Ellbogenwinkel zwischen Ober- und Unterarm des Arbeitsarmes anzeigen kann, muß das Antriebssystem derart gestaltet sein, daß es die erforderliche Winkeländerung durch geeignetes Kombinieren der erfaßbaren komplexen Bewegungen am Steuerarmende »ermittelt« und dann diese Winkeländerung auf den Träger des Gegengewichts überträgt, der seinerseits mit dem Winkelhebel 135 um die Achse 90 des Steuer-Schultergelenks drehbar ist.

Die Bedingung, die zum Aufrechterhalten des Gewichtsausgleichs des Arbeitsarms in seiner Gänze eingehalten werden muß, lautet: Der Winkel des Gegengewichtsarms 171 gegenüber einer Linie zwischen den Achsen 172 und 90 in dem Winkelhebel 135 ist gleich dem Winkel des Arbeits-Unterarms im Arbeitsarm-Ellbogen relativ zu dem Arbeits-Ober-

209553/121

arm. Der Winkel des Gegengewichtsarms 171 gegenüber der erwähnten Linie zwischen den Achsen 172 und 90 in dem Winkelhebel 135 muß aus den am Steuerarm erfaßbaren Winkeln abgeleitet werden, entsprechend aus diesen Winkeln »hergestellt« und über das Getriebe auf den Gegengewichtsarm an dem Winkelhebel 135 übertragen werden. Der Winkelhebel 135 schwenkt um die Achse 90 des Steuerarm-Schultergelenks, und die Linie zwischen den Achsen und 172 bildet den Winkel des Winkelhebels mit der horizontalen Achse des Wanddurchführungselementes.

Die Winkelinformation wird von dem Manipulator auf den Winkelhebel 135 über drei Kuppelelemente wie folgt übertragen:

1. Ein Planetenradträger 165, der auf einem flachen Haltewinkelteil 140^4 sitzt, der seinerseits fest mit dem Gabelteil 140 an dem Steuerannende des horizontalen Wanddurchführungsrohrelements 74 befestigt ist, dreht sich um die Achse 90 im Schultergelenk relativ zu dem Winkelhebel 135 um einen Winkel, der gleich dem Winkel zwischen dem Winkelhebel und der Horizontalen ist; die Drehung erfolgt aber in entgegengesetztem Sinn.

2. Das Sonnenrad 161, das über das Kuppelstück 160 von dem Steuer-Unterann 80 gedreht wird, dreht sich um die Achse 90 im Schultergelenk relativ zu dem Winkelhebel 135 um einen Winkel, der die Differenz zwischen der Summe der Winkel im Steuerarm-Ellbogen plus dem Hubwinkel des Steuer-Oberarms über die Horizontale, und dem Winkel zwischen dem Gegengewicht-Winkelhebelteil und der Horizontalen darstellt.

3. Der Zahnradsektor 155, der über einen Bolzen an dem Steuer-Oberarm 77 festgelegt ist, dreht sich um die Achse 90 im Steuerarm-Schultergelenk relativ zu dem Winkelhebel 135 um einen Winkel, der gleich der Winkelverstellung des Arbeits-Oberarms relativ zu dem Steuer-Oberarm ist, aber in entgegengesetztem Drehsinn.

Die Eingabe in das erste Differentialgetriebe, das die Sonnenräder 161 sowie 169 und die Planetenrä-

35

40

der 162, 163 und 164 umfaßt, die drehbar auf Achsen in dem Planetenradträger 165 gelagert sind, erfolgt an dem Sonnenrad 161 und dem Planetenradträger. Die resultierende Drehung des Ausgangsrades 169 wird auf das Sonnenrad 180 des zweiten Differentialgetriebes über ein frei drehendes Zwischenoder Kuppelrad 181 als eine Drehung um die Achse 172 übertragen. Das andere Sonnenrad 179 des zweiten Differentialgetriebes wird durch den Zahnradsektor 155 über die beiden Zwischenräder 184 und 186 als eine Drehung um die Achse 172 angetrieben. Der Ausgang des zweiten Differentials ist der Planetenradträger, der die Planetenräder 173, 174 und 175 trägt und einen festen Teil des Gegengewichtsarms 171 bildet, um den Winkel dieses Gegengewichtsarms relativ zu der Verbindungslinie zwischen den Achsen 172 und 90 gleich im Winkel des Arbeits-Unterarms im Ellbogengelenk relativ zu dem Arbeits-Oberarm zu halten und den Gewichtsausgleich des gesamten Arbeitsarms zu gewährleisten.

Wenn die Übersetzungsverhältnisse der Winkelbewegungen in den Schulter- und/oder Ellbogengelenken beim Steuer- und Arbeitsarm nicht gleich 1:1 sind, wird der Winkelhebel 135 nicht mehr unmittelbar mit der Treibscheibe 91 verbunden; er kann dann über geeignete Zahnräder mit dieser Scheibe gekuppelt werden, um den Winkel zwischen diesem Winkelhebel und der Horizontalen stets gleich dem Winkel zwischen dem Arbeits-Oberarm und der Horizontalen zu halten. Weitere geeignet gewählte Getriebs- oder Zahnradübertragungen können dann zwischen den Eingangselementen 161, 165, 155 und den Ausgangs-Sonnenrädern 180 und 179 vorgesehen werden, um die erforderliche Gleichheit zwischen dem Winkel des Gegengewichtsarms relativ zu der Verbindungslinie der Achsen 172 und 90 in dem Winkelhebel 135 und dem Winkel des Arbeits-Unterarms in dem Ellbogengelenk relativ zu dem Arbeits-Oberarm aufrechtzuerhalten. Wenn ein seitliches Drehen oder ein seitliches Schwenken des gesamten Steuerarms und des Drehzapfens in der Steuerarm-Schulter vorgenommen wird, dann hält das soeben beschriebene System den gesamten Arbeitsarm stets im Gleichgewicht. Wenn an irgendeiner anderen Stelle eine seitliche Drehung eingeführt wird, ist es notwendig, zusätzliche Arbeitsmittel vorzusehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Manipulator mit je einem in sich gelenkigen Steuerarm und Arbeitsarm, die durch eine Gegengewichtsanordnung gewichtsmäßig ausgeglichen sind, mit einer im wesentlichen horizontalen Wanddurchführung, an deren einem Ende in einem ersten Schultergclenk ein Steuer-Oberarm angclcnkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbogcngelenk mit einem Steuer-Unterarm verbunden ist, und an deren anderem Ende in einem zweiten Schultcrgelenk ein Arbeits-Oberarm angelenkt ist, der an seinem freien Ende über ein Ellbogengelenk mit einem Arbeits-Unterarm verbunden ist, wobei die beiden Oberarme für gegensinnige Schwenkbewegungen um die Schultergelenke, und die beiden Unterarme für gleichsinnige Schwenkbewegungen um die Ellbogengelenke miteinander gekuppelt sind und wobei am Ende des Steuer-Unterarms ein Handgriff und am Ende des Arbeits-Unterarms ein Greifer angebracht ist, die zur Übertragung der Bewegungen des Handgriffs auf den Greifer miteinander gekuppelt sind, gekennzeichnet durch Differentialgetriebe (161 bis 165, 169, 173 bis 175, 179, 180) zum Antrieb der Gegengewichtsanordnung (96, 170, 171) für den Gewichtsausgleich des Arbeits-Oberarms (78) und Arbeits-Unterarms (82) sowohl bei deren symmetrischer als auch unsymmetrischer Lage relativ zu Steuer-Oberarm (77) und Steuer-Unterarm (80).

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegengewichtsanordnung ein Gegengewicht (96) enthält, das außermittig an einem Gegengewichtsarm (171) angeordnet ist, der an einem Winkelhebel (135) angelenkt ist, der seinerseits im ersten Schultergelenk (90) um einen der Schwenkbewegung des Arbeits-Oberarms (78) gleichen Winkel drehbar ist, und daß die Differentialgetriebe (161 bis 165, 169, 173 bis 175, 179, 180) eine Winkelbewegung zwischen Gegengewichtsarm (171) und Winkelhebel (135) in Abhängigkeit von Bewegungen des Steuer-Oberarms (77) und des Steuer-Unterarms (80) sowie von zusätzlichen Verstellbewegungen des Arbeits-Oberarms relativ zum Steuer-Oberarm steuern.

3. Manipulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differentialgetriebe aus einem ersten Differentialgetriebe (161 bis 165, 169), das auf gleichsinnige Winkelbewegungcn von Steuer-Unterarm (80) und Arbeits-Unterarm (82) in ihren jeweiligen Ellbogengelenken (79 bzw. 81), auf gegensinnige Winkelbewegungen von Steuer-Oberarm (77) und Arbeits-Oberarm (78) in ihren jeweiligen Schultergelenken (90 bzw. 88) und auf zusätzliche Einstellbewegungen des Arbeits-Oberarms relativ zum Steuer-Oberarm anspricht, und aus einem damit gekuppelten zweiten Differentialgetriebe (173 bis 175, 179, 180) bestehen, das unabhängig auf gleichsinnige Winkclbewegungen von Steuer-Unterarm und Arbeits-Unterarm in ihren jeweiligen Ellbogengelenken, auf gegensinnige Winkelbewegungen von Steuer-Oberarm und Arbeits-Oberarm in ihren jeweiligen Schultergelenken und auf zusätzliche Einstellbewegungen des Arbeits-Oberarms relativ zum Steuer-Oberarm anspricht.

4. Manipulator nach Anspruch 3,'dadurch gekennzeichnet, daß das erste Differentialgetriebe ein Paar von um das erste Schultergelenk (90) drehbaren Sonnenrädern (161 und 169), von denen das eine (161) einen Bewegungen von Steuer-Oberarm (77) und Steuer-Unterarm (80) zugeordneten ersten Getriebeeingang, bildet, und mehrere Planetenräder (162 bis 164) enthält, die in einem Planctenradträger (165) gelagert sind, der einen Winkelbewegungen des Winkelhebels (135) im ersten Schultergelenk zugeordneten zweiten Getriebeeingang bildet, und daß das zweite Differentialgetriebe ein Paar von um eine zweite parallele Achse (172) am Winkelhebel drehbaren Sonnenrädern (179 und 180), von denen das eine (179) einen dem Ausgang des ersten Differentialgetriebes zugeordneten ersten Getriebeeingang und das andere (180) einen Verstcll-Schwenkbewegungen des Arbeits-Oberarms (78) relativ zum Steuer-Oberarm zugeordneten zweiten Getriebeeingang bildet, und mehrere Planetenräder (173 bis 175) enthält, die in einem Planeten radträger gelagert sind, der ebenfalls um die parallele Achse am Winkelhebel drehbar ist und den dem Gegengewichtsarm (171) zugeordneten Getriebeausgang bildet.

5. Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eingangsseitige Sonnenrad (161) des ersten Differentialgetriebes auf einer im ersten Schultergclenk drehbaren Welle (90) sitzt, um die auch das ausgangsseitige Sonnenrad (169) des ersten Differentialgetriebes drehbar ist, während der Planetenradträger (165) mit der horizontalen Wanddurchführung (74) verbunden ist, und daß die Sonnenräder (170 und 180) um die Drehachse (172) für den Gegengewichtsarm (171) drehbar sind, auf dem die Planctenrädcr (173 bis 175) des zweiten Differentialgetriebes sitzen.

6. Manipulator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelhebel (135) mit dem Steuer-Oberarm (77) über ein Verbindungsglied (89) veränderbarer Länge verbunden ist.

7. Manipulator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Steuer-Oberarm (77) ein Antriebsrad (155) für den Antrieb des einen Sonnenrades (179) des zweiten Differentialgetriebes über ein .Paar von Kupplungsrädern (184 und 186) befestigt ist.

8. Manipulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Differentialgetriebe über ein Kuppelrad (181) miteinander verbunden sind, das zwischen dem ausgangsseitigen Sonnenrad (169) des ersten Differentialgetriebes und dem nicht mit dem Antriebsrad (155) gekuppelten Sonnenrad (180) des zweiten Differentialgetriebes eingefügt ist.