DE2649123C2

DE2649123C2 - Programmierbarer Manipulator

Info

Publication number: DE2649123C2
Application number: DE2649123A
Authority: DE
Inventors: Maurice J. Newtown Conn. Dunne; Joseph F. Newtown Conn. Engelberger; Horace L. Ridgefield Conn. Gardner; Torsten H. Brookfield Conn. Lindbom; William Weston Conn. Perzley; Wilbur N. Newtown Conn. Roberts
Original assignee: UNIMATION Inc BETHEL CONN US
Current assignee: UNIMATION Inc BETHEL CONN US
Priority date: 1975-10-28
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1986-07-24
Also published as: FR2361206A1; GB1561256A; SE8305519L; SE7611920L; SE8305519D0; SE8305517L; IT1075776B; CA1084966A; SE8305520D0; US4163183A; FR2361205A1; GB1561260A; SE8305521D0; SE8305517D0; SE8305520L; JPS5284669A; FR2357339B1; SE8305521L; FR2361206B1; FR2357339A1

Description

(526—532) sowie, an der Verbindung des ersten (84) Die Erfindung betrifft einen programmierbaren Ma-

mit dem zweiten Armteil (90, 94) Kegelritzel (z. B. nipulator gemäß Gattungsbegriff des Patentan-356, 360) in Eingriff mit entsprechenden, um die 30 Spruchs 1.

zweite horizontale Achse frei drehbaren Kegelrä- Ein solcher vielgliedriger Manipulator, der sich ge-

dern (328,332) aufweisen. genüber anderen Typen durch seine Gelenkigkeit aus-

2. Manipulator nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, ist beispielsweise aus der DE-AS 11 48 721 bezeichnet, daß der zweite Armteil (90,94) ein um die kannt Dabei ist durch Verlegung der Antriebsmittel für zweite horizontale Achse schwenkbar an dem ersten 35 die einzelnen Arm- und Handteile auf die jeweils vor-Armteil (84) angebrachtes Gehäuse (90), einen in die- ausgehende Arm- bzw. Handteile dafür Sorge getragen, sem Gehäuse um seine Längsmitteiachse drehbar daß die Obertragungswege kurz und infolgedessen mit gelagerten Handwurzelteil (94), einen mit dem nur geringem Spiel behaftet sind. Obgleich die betref-Handwurzelteil fest verbundenen Zahnkranz (430), fenden Antriebsmittel aus verhältnismäßig kleinen sowie ein damit kämmendes, an dem Gehäuse (90) 40 hochtourigen Elektromotoren bestehen sollen, bringen gelagertes, antreibbares Ritzel (386) aufweist sie doch, je weiter außen sie angeordnet sind, naturge-

3. Manipulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch maß ein für den raschen und dennoch präzisen Bewegekennzeichnet, daß der erste Armteil (84) hohl ist gungsablauf unerwünschtes Trägheitsmoment mit sich und die Antriebsmittel (232) für die Bewegung um Bei anderen ähnlich vielgliedrigen Manipulatoren bedie Handbeugeachse und/oder diejenigen (234) für 45 finden sich sämtliche Antriebe im Sockel (US-PS die Bewegung um die Handdrehachse und/oder ggf. 38 26 383), oder es sind die Antriebe für die äußeren diejenigen für die Drehbewegung des Handwurzel- Glieder in einem mit einem ersten Armteil wiederum teils (94) in seinem Inneren aufnimmt gelenkig verbundenen Block untergebracht (DE-OS

4. Manipulator nach einem der vorhergehenden 23 23 407), wobei die Bewegungen zumindest teilweise Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An- 50 über Riementrieb übertragen werden. Ein weiterer betriebsmittel (232) für die Bewegung um die Hand- kannter Manipulator (US-PS 37 84 031) enthält die Anbeugeachse und/odsr diejenigen (234) für die Bewe- triebe für die äußeren Glieder in einem ersten Armteil, gung um die Handdrehachse und/oder ggf. diejeni- wobei die Übertragung ausschließlich über Wellen und gen für die Drehbewegung des Handwurzelteils (94) Zahnräder erfolgt, doch handelt es sich hier um einen dicht bei der Längsmittelachse des ersten Armteils 55 verhältnismäßig starren Manipulator ohne zweite hori-(841 angeordnet sind. zontale Schwenkachse und Handbeugeachse, bei dem

5. Manipulator nach Anspruch 4, dadurch gekenn- ein zweiter Armteil lediglich teleskopartig ausfahrbar zeichnet, daß die betreffenden Antriebsmittel (232, ist.

234) eine parallel zu und dicht bei der Längsmittel- Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde,

achse des ersten Armteils (84) verlaufende Welle 60 einen Manipulator gemäß Gattungsbegriff so auszubil-

aufweisen. d_en daß er, etwa für die Montage kleiner Teile, beson-

6. Manipulator nach einem der vorhergehenden ders rasch und dennoch präzise zu arbeiten vermag Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An- Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die kenntriebsmittel für die Bewegungen um die vertikale zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

und die beiden horizontalen Achsen aus hydraulisch 65 Dadurch, daß sich die Antriebsmittel für die Beweangetnebenen Präzisions-Spindeltrieben (z. B. 194) gung um die Har.ddrehachse zusammen mil denjenigen bestehen. für die Bewegung um die Handbeugeachsc auf dem er-

7. Manipulator nach einem der vorhergehenden sten Armteil befinden, ist ein besonders glücklicher

Kompromiß erreicht zwischen geringem Trägheitsmoment und präzisem Antrieb, wobei zur Präzision des Antriebs noch die spielfreien Getriebezüge beitragen.

Sofern der zweite Armteil zweiteilig und ein so gebildeter Handwurzelteil um die Längsachse des zweiten Armteils drehbar ist, kann auch der hierzu gehörige Antrieb auf dem ersten Armteii untergebracht und über einen entsprechenden spielfreien Getriebezug mit dem Handwurzelteil verbunden sein.

Diese und weitere Ausgestaitungsmöglichkeiten bildenden Gegenstand der Unleransprüche.

Nachfolgend wird ein entsprechendes bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Dabei zeigen

F i g. 1 —3 jeweils eine perspektivische Ansicht einer programmsteuerbaren Montageanlage mit zwei kooperierenden Manipulatoren nach der Erfindung,

F i g. 4 eine diagrammartige Draufsicht auf die Anlage nach Fi g. 1, welche die Bewegungen in den einzelnen Koordinaten erkennen läßt,

F i g. 5 eine diagrammartige Seitenansicht eines der Manipulatoren,

Fig. 6 eine abgebrochene Frontansicht eines der betreffenden Manipulatorarme samt Antrieb, teilweise im Schnitt,

F i g. 7 eine abgebrochene Ansicht ähnlich derjenigen der F i g. 6 vom Unterbau des Manipulators,

F i g. 8 eine abgebrochene Draufsicht auf den Unterbau nach F i g. 7,

F i g. 9 einen abgebrochenen Schnitt entlang der Linie 9-9 in F i g. 6,

Fig. 10 eine abgebrochene Rückansicht des Manipulatorarmes nebst anschließenden Teilen nach F i g. 6,

F i g. 11 einen Schnitt durch den zweiten Armteil oder »Unterarm« des Manipulators normal zu der Beugeachse desselben,

Fig. 12 einen Schnitt entlang der Linie 12-12 in Fig. 11,

Fig. 13 eine abgebrochene Draufsicht auf den »Unterarm« nach F i g. 11,

Fig. 14 eine rückseitige Stirnansicht des in Fig. 11 erkennbaren Zahnradgetriebes in etwas größerem Maßstab,

Fig. 15 einen Schnitt entlang der Linie 15-15 in Fig. 14,

Fig. 16 einen Schnitt entlang d<rr Linie 16-16 in Fig. 15.

F i g. 17 eine abgebrochene Seitenansicht ähnlich F i g. r 1 in etwas größerem Maßstab,

Fig. 18 einen Schnitt entlang der Linie J8-18 in Fig. 17,

Fig. 19 einen Schnitt durch die »Hand« des betreffenden Manipulators,

F i g. 20 einen Schnitt durch eines der Differentialgetriebe aus Fig. 19 <n größerem Maßstab und um 90° gedreht und

Fig. 21 ein Schema der mechanischen Antriebsmittel des Manipulators nach F i g. 6.

Die in den F i g. 1 — 3 gezeigte Montageanlage enthält zwei programmsteuerbare Manipulatoren mit den Armen 50 und 52 zu beiden Seiten eines dazwischen angeordneten, drehbaren Arbeitstisches 54. Der Arbeitstisch 54 weist eine vertikalverlaufende Arbeitsplatte 56 auf, auf welcher Teile zum Zusammenbau mit anderen Teilen zu einer Baugruppe positioniert werden können.

Die Manipulatorarme 50 und 52 bzw. die daran befindlichen Hände köntifp mit hoher Geschwindigkeit bewegt und dabei sehr genau positioniert werden, um den Zusammenbau kleiner Teile mit hoher Präzision vornehmen zu können. Jeder der Manipulatoranne 50 und 52 kann Schwenkbewegungen in sechs Koordinaten vollführen und ist damit mit seiner Beweglichkeit und Vielseitigkeit dem menschlichen Arm vergleichbar. Es können damit einzelne Teile, die sich in bestimmten Positionen auf Paletten 58, 60, 62 und 64 befinden, in gewünschter Reihenfolge von der Hand aufgenommen, zu der Arbeitsplatte 56 verbracht und dort mit anderen

ίο Teilen zusammengesetzt werden. Des weiteren befinden sich im Arbeitsbereich der Manipulatorarme 50 und 52 mehrere Vibrationsschalen, wie z. B. 66 und 58, die verschiedene kleine Teile, wie etwa Schrauben, Unterlegscheiben und dergL enthalten können und so angeordnet sind, daß die Manipulatorhand eines dieser Teile an einem bestimmten Ort aufzunehmen und zu einem geeigneten Zeitpunkt zu montieren vermag.

Damit eine große Vielfalt von Teikn ergriffen und montiert werden kann, sind die Greifwerkzeuge, wie

z. B. 70 und 73, an den Händen beider Arme auswechselbar. Während der NichtVerwendung \binnen sie in einem geeigneten Haller 74 abgelegt werden, aus dem sie automatisch aufgenommen und eingesetzt werden können.

Um die Einführung eines Teils in ein anderes mit einer Genauigkeit zu ermöglichen, die größer ist als die Positionsgenauigkeit der Manipulatorarme bzw. Hände, ist der Arbeitstisch 54 mit einem Vibrator 76 ausgerüstet, der mechanisch an seiner Unterseite angreift Zusätzlich kann der Arbeitstisch um bestimmte WirJcelbeträge gedreht werden, um die Einführung von Teilen auf der Arbeitsplatte 56 seitens der Manipulatorarme zu erleichtern.
Jeder der beiden Manipulatorarme geht, wie hier anhand des Armes 50 im einzelnen dargestellt, von einer Plattform 80 aus, die um eine vertikale erste Achse drehbar ist und von einer Grundplatte 82 getragen wird Ein erster oder Oberarmteil 84 ist um eine horizontale zweite oder Schulterachse 86 schwenkbar, die von zwei aufrechtstehenden Lagerböcken 88 und 89 auf der Plattform 80 getragen wird. Ein zweiter oder Unterarmteil 90 ist an das obere Ende des Oberarmteiles 84 um eine horizontale dritte oder Ellbogenachse 92 schwenkbar angelenkt In dem Unterarmteil 90 ist koaxial und um die betreffende Achse drehbar ein Handwurzelteil 94 angeordnet, um eine sog. Unterarmdrehbewegung zu vollführen. Am Außenende des Handwurzelteiles 94 befindet sich eine Hand 96 zur Aufnahme der Greifwerkzeuge oder dergU wie z. B. 70 und 72. Dieses Außenende

so mit der Hand % vermag eine sog. Handbeugebewegung um eine Achse 98 zu vollführen. Die Hand selbst ist um eine nicht gezeigte, zu der Achse 98 senkrechte Achse drehbar (Handdrehbewegung).

Die Bewegung eines jeden der Manipulatorarme 50 und 52 in den erwähnten sechs Koordinaten erfolgt so, daß die betreffenden Hände eine große Vkilfalt von Montageoperatoren in bezug auf die zentral gelegene Arbeitszone durchzuführen vermögen. So liegt der Bereich des drehbärsn Arbeitstisches 54, der in F i g. 4 mit dem Kreis 100 bezeichnet ist, etwas vor und in einem gewissen Abstand von den Schwenkachsen 81a und 816 der beiden Manipulatorarme. Des weiteren ktnn die Drehung der Arme um diese Achsen jeweils über einen Winkel von 110° erfolgen, wie mit dem Bogen 106 für den Arm 52 in F i g. ^Λ angedeutet ist. Der Schwenkwinkel in bezug auf die Schulterachse 86 beträgt 80°, wie der Bogen 108 in F i g. 5 angibt. Der mögliche Schwenkwinkel um die Ellbogenachse 92 beträgt etwa 130°, wie

mit dem Bogen 110 in F i g. 5 bezeichnet. Die Bewegung um die Hauptachsen, d. h. die vertikale Achse 81, die Schulter- und die Ellbogenachse ist auf diese Winkel begrenzt, so daß motorisch angetriebene Präzisionsspindeltriebe mit Kugelumlaufgewinde für den jeweiligen Antrieb Verwendung finden können, die es erlauben, die jeweiligen Stellbewegungen ungeachtet des Gewichts der davon zu bewegenden Teile bei hoher Geschwindigkeit mit hoher Präzision vorzunehmen, wie nachfolgend noch im einzelnen beschrieben wird.

Die Antriebe für die Bewegungen um die drei äußeren oder Handachsen, d. h. die Unterarmdreh-, die Handbeuge- und die Handdrehachse, für die keine vergleichbaren Massenkräfte und Trägheitsmomente auftreten, sind allesamt innerhalb des Oberarmteiles 84 untergebracht und über Zahnradgetriebe unter Einschluß von mit der Ellbogenachse 92 koaxialen Kegelrädern mit den betreffenden Teilen verbunden. Um die Handbeugeachse 98 kann die Hand über einen Winkel von etwa 240° geschwenkt werden, wie dies der Bogen 112 in F i g. 4 angibt. Die Drehbewegung des Handwurzelteiles 94 um die Mittelachse des Unterarmteiles 90 kann über einen Winkel von etwa 300° erfolgen, wie mit dem Bogen 114 in Fig.4 angegeben, und die Hand selbst schließlich kann um ihre Mittelachse 96 kontinuierlich rotieren, wie mit dem Bogen 116 in Fig.4 bezeichnet. Infolgedessen kann ein jeder der beiden Manipulatorarme so bewegt werden, daß seine Handbeugeachse sich z. B. entlang dem Bogen 118 in F i g. 4 um die senkrechte Achse 81 bewegt Ebenso ist die Handbeugeachse entlang dem Bogen 120 in F i g. 5 beweglich, wenn der Unterarmteil 90 um die Ellbogenachse 92 aus der in F i g. 5 ausgezogen gezeichneten Position in die gestrichelt gezeichnete Position schwenkt, und der Oberarmteil 84 ist um die Achse 98 aus der in F i g. 5 ausgezogen gezeichneten Position entsprechend dem Bogen 121 in die gestrichelt gezeichnete Position schwenkbar. Auf diese Weise kann von der Hand der gesamte Arbeitsbereich 54 herum erfaßt werden. Dabei können die dazu erforderlichen Bewegungen unter hoher Geschwindigkeit und mit hoher Positionsgenauigkeit erfolgen, um die gewünschten Montagevorgänge in kürzester Zeit zu vollziehen.

Nachfolgend wird nun die Art und Weise betrachtet, in welcher die Bewegung des Manipulatorarmes in den drei Hauptkoordinaten, nämlich der sog. Armschwenkkoordinate, der Oberarmbeugekoordinate und der Unterarmbeugekoordinate, erfolgt. Wie aus den F i g. 6,11 und 13 ersichtlich, hat der Ur.terarmteil 90 zwei nach rückwärts abstehende Ansätze 130 und 132, die einen Gelenkboizen 134 'ragen, und der Oberarmteil 84 trägt zwei seitlich abstehende Ansätze 136 und 138, die einen Gelenkbolzen 140 tragen. An den beiden Bolzen 134 und 140 greift ein motorisch angetriebener Präzisions-Kugelumlaufspindeltrieb 142 an, womit der Unterarmteil 90 um die Ellbogenachse 92 gegenüber dem Oberarmteil 84 schwenkbar ist Genauer gesagt, ist auf dem Bolzen ein Gehäuse 144 schwenkbar gelagert, das einen Hydraulikmotor 146 trägt Auf der Welle 148 dieses Motors befindet sich ein Zahnrad 150, das mit einem weiteren Zahnrad 152 kämmt, welches sich auf einem in dem Gehäuse 144 angeordneten Achsstummel 154 befindet Das Zahnrad 152 steht seinerseits mit einem Zahnrad 156 auf dem Wellenende 158 der Antriebsspindel 160 in Eingriff, das mittels zweier Lager 162 und 164 in dem Gehäuse J44 gelagert ist Vorzugsweise ist das Zahnrad 152 gegenüber den Zahnrädern 150 und 156 seitlich versetzt um durch seitliche Verlagerung desselben einen toten Gang ausschalten zu können.

Auf der Spindel 160 befindet sich eine Kugelumlaufmutter 166 derart, daß sie mit Drehung der Spindel durch den Motor 146 entlang der Spindel verstellbar ist. Innerhalb eines äußeren Hülsenteiles 170 des Gehäuses 144 ist eine Hülse 168 verschiebbar gelagert, deren inneres Ende mit einem Flansch 172 der Kugelumlaufmutter 166 in Verbindung steht. Die Kugelumlaufmutter ist in dem Hülsenteil 170 gelagert. An ihrem oberen Ende trägt die Hülse 168 eine Kappe 174, die ihrerseits an dem Bolzen 134 angreift. Das obere Ende der Spindel 160 stützt sich in der Hülse 168 über ein Lager 176 ab, und zwei Flansche 178 und 180 an den beiden Spindelenden bilden einen Anschlag für die beiden Schultern 182

is und 184 der Kugelumlaufmutter, um deren Hub entlang der Spindel 160 zu begrenzen. Kommt eine der beiden Schultern 182 und 184 mit einem der Flansche 178 und 180 in Berührung, so kommt der Hydraulikmotor 146 zwangsweise zum Stillstand, wodurch auch die Bewegung des Unterarmteiles 90 um die Ellbogenachse 92 begrenzt ist.

Um den Oberarmteil 84 um die Schulterachse 86 zu verschwenken, ist der Oberarmteil an seinem oberen Ende mit rückwärts und nach oben gerichteten Ansätzen 186 ausgestattet, die einen Gelenkbol/.en 188 tragen, während die drehbare Plattform 80 zwei nach oben ragende Ansätze 190 aufweist, die einen Gelenkbolzen 192 aufr.shmen. An den beiden Bolzen 186 und 192 greift ein motorisch angetriebener Präzisions-Kugelumlaufspindeltrieb 194 (F i g. 6) mit einer Hülse 196 an, mit deren Längsbewegung der Oberarmteil 84 um die Schulterachse 86 gemäß dem Bogen 108 (Fig.5) schwenkbar ist. Der Spindeltrieb 194 hat ein Gehäuse 198, das einen Hydraulikmotor 200 aufnimmt, der dem Motor 146 gleicht. Auch in weiterer Hinsicht entspricht der Spindeltrieb 194 dem vorausgehend im einzelnen beschriebenen Spindeltrieb 142. So ist leicht einzusehen, daß bei Betätigung des Motors 200 die Hülse 196 verfahren wird, die ihre Bewegung über den Gelenkbolzen 188 dem Oberarmteil 84 mitteilt

Was die Schwenkbewegung des Manipulatorarmes um die vertikale Achse 81 betrifft, dient die Grundplatte 82 als Auflage für einen ringförmigen Aufsatz 202, (F i g. 7), der ein oberes und ein unteres Schräglager 204 bzw. 206 enthält. In den Lagern 204 und 206 ist ein innerer Ring 208 gelagert, auf dem mittels Schrauben 210 die drehbare Plattform 80 angebracht ist Der Ring 208 hat unterseitig ein exzentrisches Auge 212, das einen Gelenkbolzen 214 enthält, während ein weiterer Gelenkbolzen 216, in zwei mit Abstand übereinanderliegenden Augen 216 und 220 an der Grundplatte 82 gelagert ist An den beiden Bolzen 214 und 216 greift ein motorisch angetriebener Präzisions-Kugelumlaufspindeltrieb 222 an, der einen Hydraulikmotor 224 enthält und auch in anderer Hinsicht den Spindeltrieben 142 und 194 entspricht Wenn die Hülse 226 dieses Spindeltriebes ausgefahren bzw. eingezogen wird, wird dementsprechend die Plattform 80 um die Achse 81 in Drehung versetzt, und zwar um maximal 110°, wie dies in den F i g. 4 und 8 dargestellt ist Um gewartet und erforderlichenfalls repariert werden zu können, befindet sich der Spindeltrieb 222 unter einer entfernbaren Abdekkung 230 der Grundplatte 82. Durch die Begrenzung der Schwenkbewegung um die Achse 81 auf 110° ist für das in der Nähe arbeitende Personal mehr Sicherheit gegeben, da es außerhalb dieses Bereiches auf keinen Fall von dem Manipulatorarm getroffen werden kann. Indessen kann der Schwenkbereich gegenüber der

Grundplatte 82 eingestellt werden, indem die Plattform 80 lösbar auf den Ring 108 aufgesetzt ist.

Nachfolgend werden nun die Antriebsmittel für die drei »äußeren« Koordinaten, d. h. für die Unterarmdrehkoordinale, die Handbeugekoordinate und die Handdrehkoordinate, im einzelnen betrachtet. Den Hauptbestandteil derselben bilden drei Hydraulikmotoren, von. denen zwei in F i g. 6 erkennbar und mit 232 bzw. 234 bezeichnet sind. Diese Hydraulikmotoren befinden sich alle innerhalb des Oberarmteiles 84. Genauer gesagt sind die Hydraulikmotoren auf einer Platte 236 angeordnet, die unterseitig an einem Innenflansch 240 auf halber Höhe des Oberarmteiles 84 befestigt ist. Die Anordnung der drei Hydraulikmotoren ist eine solche, daß ihre Achsen die Ellbogenachse 92 an hintereinanderliegenden Punkten schneiden. Die Motoren werden durch Steuerventile 233 (Fig. 10)gesteuert und erhalten ihre Hydraulikflüssigkeit über eine zentrale Durchflußkupplung 235 (F i g. 9). die der Plattform 80 die Drehbewegung ermöglicht, sowie entsprechende Druckleitungs- und Rückleitungskupplungen 237 bzw. 239, die es ermöglichen, daß der Oberarmteil 84 um die Schulterachse 86 schwenken kann unbeschadet der Druckflüssigkeitsversorgung der erwähnten Hydraulikmotoren. Dabei stehen die drei Hydraulikmotoren mit unterschiedlichen Abschnitten der Kupplungen 237 und 239 in Verbindung.

Um die Bewegungen der Hand in der Unterarmkoordinate, der Handbeugekoordinate und der Handdrehkoordinate zu begrenzen, steht jeder der betreffenden Motor n, wie z. B. der Motor 234, mit einer flexiblen Kupplungshülse 242 in Verbindung, die wiederum mit einer Schraubspindel 244 (Fig. 10) verbunden ist. Auf der Schraubspindel befindet sich eine Anschlagmutter 246, die durch einen seitlichen Vorsprung 248 (F i g. 9) gegen Drehung gesichert ist. Der Vorsprung 248 ist gegabelt und gleitet entlang dem Rand einer Platte 250 innerhalb des Oberarmteiles 84. Ähnliche Anschlagmuttern 252 und 254 finden Verwendung in Verbindung mit den Hydraulikmotoren für die beiden anderen Koordinaten, wobei der seitliche Vorsprung 256 der Mutter 252 an dem anderen Rand der Platte 250 entlanggleitet und der entsprechende Vorsprung 260 der Mutter 254 sich entlang einer auf der Platte 250 in deren Mittel senkrecht stehenden Platte 258 bewegt Die zwei Anschlagringe auf jeder Schraubspindel, wie die beiden in Fig. 10 in Verbindung mit der Spindel 244 dargestellten Anschlagringe 262 und 264, dienen dazu, die Anschlagmuttern 246, 252 und 254 abzufangen, um die Drehung der Spindeln und damit die Bewegungen in den betreffenden Koordinaten in der angegebenen Weise zu begrenzen.

Nachfolgend sei nun die Art und Weise betrachtet, in welcher der Unterarmteil 90 an dem Oberarmteil 84 angelenkt ist sowie die mechanische Verbindung der Hydraulikmotoren 232, 234 etc. mit dem davon anzutreibenden Teil. Der Unterarmteil 90 besitzt ein zylindrisches Außengehäuse 270 (Fig. 11), das zwischen zwei mit gegenseitigem Abstand an dem oberen Ende des Oberarmteils 94 angeordneten Augen 272 und 274 (F i g. 12) gelagert ist Die vordere Wand 276 des Oberarmteiles 84 ist so ausgespart, daß sie einen zylindrischen Trog 238 (Fig.6) bildet, der dem Gehäuse 270 eine Schwenkbewegung um die Achse 92 in die in F i g. 11 gestrichelt angedeutete Position 290 ermöglicht Damit kann der Unterarmteil 90 in eine Lage gebracht werden, in welcher die Hand unmittelbar an die drehfähige Plattform 80 herantreten kann, wie dies mit dem Abschnitt 292 der in F i g. 5 eingezeichneten Bahnlinie 294 zum Ausdruck kommt, welche die Bahn des äußeren Endes der Hand bezeichnet. Um dem Gehäuse 270 diese Schwenkbewegung um die Achse 92 zu ermöglichen, ist es in seinem rückwärtigen unteren Bereich 296 (Fig. 11) offen, so daß es nicht mit aus dem Oberarmteil 84 durch eine öffnung 298 nach oben austretenden Wellen, welche die Fortsetzung der Spindeln wie z. B. 244 bilden, kollidiert.

Das Gehäuse 270 trägt zwei gegenüberliegende seitliche Achsstummel 300 und 302 (F i g. 12), die an ihm mittels Schrauben 304 befestigt und in Lagern 306 und 308 innerhalb der Augen 272 und 274 gelagert sind. Diese Achsstummel 300 und 302 bilden die vorausgehend so benannte Ellbogenachse 92. In nach innen gerichteten Aussparungen 310 und 312 der Achsstummel ist ein davon unabhängig bewegliches Zahnradgetriebe 314 in Verbindung mit den bereits erwähnten Spindeln gelagert Dieses Getriebe ist in den Fig. 14—16 im einzelnen gezeigt. An seinem äußeren Ende trägt jeder der beiden Achsstummel 300 und 302 eine Sicherungsmutter, die von einer das betreffende Auge 272 bzw. 274 außenseitig verschließenden Kappe 318 abgedeckt ist. Die Kappen 318 sind mittels Schrauben 320 befestigt.

Auf diese Weise ist das Gehäuse 270 präzise gelagert, um die Ellbogenachse 92 eine Schwenkbewegung zu vollführen, während das Getriebe 314 davon unbeeinflußt bleibt, so daß die Bewegung für die drei »äußeren« Koordinaten über dieses Getriebe unabhängig von der Schwenkbewegung des Unterarmteiles 90 übertragen werden kann.

Nachfolgend sei nun das Getriebe 314 im einzelnen betrachtet Es weist eine Achse 322 (Fig. 15) auf, auf deren Enden sich Endringe 324 und 326 befinden, die innerhalb der Aussparungen 310 und 312 der Achsstummel 300 und 302 (F i g. 12) zu liegen kommen. Des weiteren befinden sich auf der Achse drei Kegelräder 328,330 und 332, die auf beiden Seiten Zähne aufweisen und auf der Achse mittels Lager 334 bzw. 336 bzw. 338 gelagert sind. Ein erstes Gehäuse 340 weist rückwärtig einen nach unten gerichteten Ansatz 342 auf, der mittels eines durch eine Öffnung 346 (Fig. 14) hindurchgeführten Bolzens 344 (Fig. 12) an dem oberen Ende des Oberarmteiles 84 befestigt ist, so daß das Gehäuse 340 gezwungen ist, sich mit dem Oberarmteil 84 zu bewegen. Es dient als Träger für die bereits erwähnten drei Antriebswellen 348,350 und 352, welche mittels Kupplungen 354 (F i g. 6) an das obere Ende der Spindeln 244 angesetzt sind. Die Wellen 348,350 und 352 tragen Kegelräder 356,358 und 360 jeweils in Eingriff mit einem der Kegelräder 328,330 und 332. Ein zweites Gehäuse 362 ist ebenfalls drehbar in bezug auf die Achse 322 angeordnet und hat einen Ansatz 364, der mittels eines Bolzens 366 (F i g. 12) mit dem Gehäuse 270 des Unterarmteiles verbunden ist, so daß das Gehäuse 362 gezwungen ist, sich mit dem Gehäuse 270 um die Ellbogenachse 92 zu bewegen. Es dient als Träger für drei Antriebswellen 368,370 und 372, die an ihrem inneren Ende mit je einem der Kegelräder 328,330 und 332 kämmende Kegelräder tragen. Wird eine der Antriebswellen 348, 350 und 352 in Drehung versetzt, so dreht sich folglich auch die entsprechende Antriebswelle 368,370 oder 372 unter Vermittlung eines der Kegelräder 328, 330 und 332, während die Abtriebswellen unabhängig davon gegenüber den Antriebswellen um die Achse 322 geschwenkt werden können, wenn das Gehäuse 270 um die Ellbogenachse 92 schwenkt

Nun sei betrachtet wie z. B. die Antriebswelle 350

den Handwurzelteil 94 um die Mittelachse des Unterarmteiles 90 zu drehen vermag, um die sog. Unterarmdrehbewegung hervorzurufen. Die Abtriebswelle 370, die mit der Antriebswelle 350 über das Kegelrad 330 (F ig. 15) gekuppelt ist, trägt an ihrem äußeren Ende ein Ritzel 374 (Fig. 17), das mit einem Zahnrad 376 auf einer Welle 378 kämmt, die ihrerseits drehbar in einem Auge 380 des Gehäuses 270 mittels zweier Lager 382 und 384 gelagert ist. Die Welle 378 ist an ihrem freien Ende mit einem weiteren Ritzel 386 ausgestattet, das mit einem Zahnrad 388 am Ende einer Welle 390 kämmt, die in einem Glied 392 gelagert ist. Das Glied 392 ist an dem Gehäuse 270 mittels Schrauben 394 (Fig. 18) befestigt und trägt die Welle 390 in zwei Lagern 396 und 398. Der Handwurzelteil 94 weist ein z. T. zylindrisches Gehäuse 400 (F i g. 11) auf, das mittels zweier Lager 402 und 404 drehbar in dem Gehäuse 270 gelagert ist und einen verjüngten Außenabschnitt 406 besitzt, der in einer Stirnplatte 408 endet. An der Stirnplatte 408 ist ein Getriebe 410 befestigt, von dem nachfolgend noch die Rede sein wird. An dem Gehäuse 270 ist stirnseitig mittels Schrauben 414 ein Endring 412 befestigt, der einen das Gehäuse 400 umgebenden Luftkanal 416 (Fig. 11) enthält Dieser Luftkanal ist beidseitig durch Dichtungsringe 418 und 420 luftdicht verschlossen, so daß bei der Drehung des Gehäuses 400 keine Luft von außen in das Gehäuse 270 einzudringen vermag. Durch einen Anschluß 422 (Fig. 13) wird in den Ring 412 Druckluft eingeführt, die durch einen Luftkanal 424 in dem verjüngten Gehäuseabschnitt 406 zu einem Anschluß 426 auf der Außenseite des Gehäuseabschnittes 406 übertritt. Diese zum Antrieb der Werkzeuge, wie z. B. 70 und 72, dienende Druckluft wird dem Anschluß 422 über einen Schlauch 428 zugeführt.

Zur Drehung des Handwurzelteiles 94 gegenüber dem Unterarmteil 90 hat das Gehäuse 400 einen Innenzahnkranz 430 (Fig. 11 und 17) in Eingriff mit dem Zahnrad 388, welches, wie gesagt, von dem Gehäuse 270 getragen wird. Wenn die Welle 370 rotiert, dreht sich folglich auch über die Zahnräder 374,376,386 und 388 sowie den Zahnkranz 430 das Gehäuse 400.

Nachfolgend sei nun betrachtet, wie die beiden weiteren Abtriebswellen 368 und 372 des Getriebes 314 dazu Verwendung finden, die Handbeuge- und die Handdrehbewegung hervorzurufen. Alle drei Abtriebswellen, 368, 370 und 372, erstrecken sich durch eine öffnung 432 (F i g. 11) in dem Gehäuse 270, und die Wellen 368 und 372 stehen über Kupplungen 434, Zwischenwellen 436 und weitere Kupplungen 438 im Inneren des Gehäuses 400 mit zwei Keilwellen 440 bzw. 442 (Fig. 19) in Verbindung, die in der Stirnplatte 408 gelagert sind. Das Getriebe 410 ist auf der Stirnplatte 408 mittels Schrauben 444 befestigt, so daß es mit dem drehbaren Handwurzelteil 94 eine starre Einheit bildet Da die beiden Wellen 440 und 442 gegenüber der Mittelachse des Handwurzelteils 94 exzentrisch versetzt sind, sind die Kupplungen 438 mit einem dem Profil der Keilwellen 440 und 442 entsprechenden Innenprofil versehen, so daß sie sich gegenüber diesen Keilwellen längsverschieben können, wenn sich der Handwurzelteil 94 in dem Unterannteil 90 dreht

Das in Fig. 19 im Schnitt gezeichnete Getriebe 410 ist in F i g. 21 schematisch dargestellt Ein Kegelrad 446 in Verbindung mit der Keilwelle 440 kämmt mit einem Kegelrad 448 am Ende einer querverlaufenden Welle 450. Das andere Ende der Welle 450 trägt ein Zahnrad 452 in Eingriff mit einem seitlich einstellbares¹ Zahnrad 454 auf einem Wellenstummel 456. Das Zahnrad 454 wiederum kämmt mit einem Zahnrad 458, welches den Eingang eines Planetengetriebes 460 bildet, das in Lagern 462 drehbar gelagert ist und eine exzentrische Achse 464 aufweist, auf der sich ein Zahnrad 466 in Eingriff mit einem Innenzahnkranz 468 und ein weiteres, mit dem Zahnrad 468 verbundenes Zahnrad 470 befinden, das in Eingriff mit einem Innenzahnkranz 472 steht. Der Zahnkranz 472 ist mit einem Abtriebsglied 474 für die Handbeugebewegung verbunden. Das Abtriebs glied 474 ist in dem Hauptgehäuse 476 des Getriebes 410 mittels zweier Lager 478 und 480 drehbar gelagert, so daß es sich um die Handbeugeachse 98 zu drehen vermag. Wird die Welle 368 in Drehung versetzt, so dreht sich folglich auch das Abtriebsglied 474, womit sich dessen äußerer Abschnitt 482 um den vorderen Rand des Gehäuses herum um die Beugeachse 98 dreht Die Keilwelle 442 trägt an ihrem Ende ein Ritzel 490 in Eingriff mit einem Zahnrad 492 auf einem Achsstummel 494. Das Zahnrad 492 kämmt mit einem Zahnrad 436 am einen Ende einer Welle 498, die drehbar in einer Hülse 500 mittels zweier Lager 502 gelagert ist und an ihrem anderen Ende ein Kegelrad 504 trägt. Das Kegelrad 504 steht in Eingriff mit einem Kegelzahnkranz 506 am einen Ende einer querverlaufenden Hülse 508, die auf einer Achse 510 gelagert ist Die Achse 510 ist ihrerseits mittels Lagern 512 drehbar in dem Gehäuse 476 gelagert und steckt mit ihrem inneren Ende in einer Bohrung 514 des Abtriebsgliedes 474 für die Handbeugebewegung, so daß sie koaxial zu der Beugeachse 98 angeordnet ist und das Antriebsglied 474 sich um diese Achse zu drehen vermag, während die Hülse 508 unabhängig davon drehbar ist.

Ein Kegelzahnkranz 516 am anderen Ende der Hülse 508 steht mit einem Kegelrad 518 in Eingriff, welches den Eingang eines Planetengetriebes 520 bildet, das mittels der Lager 522 drehbar innerhalb des Antriebsgliedes 474 für die Handbeugebewegung gelagert ist und eine exzentrische Achse 524 enthält Auf der Achse 524 befindet sich ein erstes Zahnrad 526 in Eingriff mit ei nem Innenzahnkranz 528, der mit dem Abtriebsglied 474 verbunden ist, sowie ein zweites, mit dem Zahnrad 526 verbundenes Zahnrad 530 in Eingriff nvt einem Innenzahnkranz 532, der mit dem einen Ende eines Abtriebsgliedes 534 für die Handdrehbewegung verbun- den ist. Das Abtriebsglied 534 ist mittels zweier Lager 536 und 538 in dem äußeren Abschnitt 48:2 des Abtriebsgliedes 474 drehbar gelagert. Es trägt einen Sockel 540, der geeignet ist für die Aufnahme irgendeines entsprechenden Werkzeugs, wie z. B. eines der Greifwerkzeuge 70 und 72, und Kanäle 542 und 544 aufweist, über die Druckluft in eine Ringnut 546 eintreten kann, womit das in dem Sockel 540 steckende Werkzeug betätigbar ist Der Kanal 542 steht mit einer äußeren Ringnut 548 des Abtriebsgliedes 534 in Verbindung, die ihrerseits wieder mit einem Kanal 550 in dem äußeren Abschnitt 482 des Abtriebsgliedes 474 kommuniziert, in den die Druckluft über eine Leitung 552, eine die Handbeugebewegung ermöglichende Kupplung 554 und eine Leitung 556 (F i g. 13) übertreten kann. Die Kupplung 554 ist koaxial zu der Achse 98 seitlich an dem Gehäuse 476 des Getriebes 410 angeordnet

Wie bereits erwähnt, besteht die Aufgabe der Erfindung im wesentlichen darin, einen programmsteuerbaren Manipulator zu schaffen, dessen Hand mit hoher Geschwindigkeit genau positioniert werden kann, so daß damit Teile mit geringen Toleranzen unter geringem Zeitaufwand montiert werden können.

Diesem Zweck dienen die zuvor beschriebenen Ku-

gelumlaüi'spindeltriebe für die drei inneren oder Hauptkoordinaten, da diese kräftig genug sind, die verhältnismäßig schweren Armteile 84 und 90 mit der erforderlichen Geschwindigkeit und Präzision zu bewegen. Was jedoch die drei äußeren Koordinaten betrifft, können die dorl erforderlichen Bewegungen in der soeben beschriebenen Weise werden, wobei es aber wichtig ist, daß jeder tote Gang unterbunden wird. Ein solcher toter Gang darf auch nicht bei Abnutzung der betreffenden Getriebeteile auftreten, um einen dauernden Einsatz des Manipulators mit geringsten Ausfallzeiten zu ermöglichen. Besonders wichtig ist eine Unterbindung des toten Ganges, innerhalb des verhältnismäßig komplizierten Getriebes 410, da die Werkzeuge genau positioniert werden müssen, um auch kleine Teile montieren zu können. Zu diesem Zweck ist jedes der beiden Planetengetriebe 460 und 520 mit Mitteln zur Vermeidung eines toten Ganges kombiniert. Was das Planetengetriebe 520 anbetrifft, das genauer in F i g. 20 dargestellt ist, hat das Gehäuse 560 denselben zwei qucrverlaufer.de Bohrungen 562 und 564, die mit Bohrungen 566 bzw. 568 in den Enden der Aci.se 524 in Verbindung stehen. Diese Bohrungen nehmen Stifte 565 bzw. 567 auf. Die Stifte 565 und 567 sind geeignet, ihrerseits mehrere Stapel von Tellerfedern 570 aufzunehmen, wobei jeder Stapel acht oder neun Tellcrfedern enthält und die Tellerfedern aufeinanderfolgender Stapel entgegengesetzt gerichtet sind, wie dies aus der Figur hervorgeht. Die Tellerfedern 570 können über eine Kappe 572 unter Druck gesetzt werden, die durch eine Madensci.i-aube innerhalb einer Gdwindebohrung 574 an ihrem Plafi gehalten wird, so daß auf die Achse 524 eine seitlich gerichtete Kraft ausgeübt wird. Die Achse 524 ist in Lagern 576 und 578 zwischen Stirnflächen 580 und 582 des Gehäuses 560 gelagert, so daß die gesamte Anordnung aus den Zahnrädern 526 und 530 sowie den Lagern 576 und 578 seitlich unter der Einwirkung der Tellerfedern 570 steht. Ist das so ausgebildete Planetengetriebe 520 in dem Getriebe 410 montiert, wie in Fig. 19 gezeigt, so werden die Zähne der Zahnräder 526 und 530 infolgedessen gewaltsam gegen die Zahnkränze 528 und 532 gedrückt, wodurch jeder tote Gang in dem Planetengetriebe vermieden wird. Vorzugsweise beträgt die seitens der Tellerfedern 570 hervorgerufene seitliche Kraft etwa 150 kg, wobei die Tellerfedern in einem Bereich arbeiten, in welchem das Verhältnis Kraft/Weg annähernd konstant bleibt. Nützen sich die in Eingriff stehenden Teile im Laufe der Zeit ab, so ändert sich die Auslenkung der Tellerfedern 570 damit geringfügig, während die davon ausgeübte Kraft im wesentlichen unverändert bleibt, um auch weiterhin einen toten Gang zuverlässig zu eliminieren. Unter Verwendung dieser Anordnung ist es infolgedessen über längere Zeiten nicht erforderlich, das Getriebe 410 auseinanderzunehmen oder zu ersetzen.

Für den Einsatz in einer Montageanlage muß die Bewegungsgeschwindigkeit und Genauigkeit der Manipulatorarme 50 und 52 beträchtlich größer sein, als dies von herkömmlichen industriellen Robotern gewohnt ist, um eine wirtschaftliche Arbeitsweise zu ermöglichen. Vorzugsweise sollten die Bewegungsgeschwindigkeit und Genauigkeit, mit welcher die betreffenden Teile montiert werden, etwa eineinhalbmal so groß sein, wie wenn der gleiche Vorgang durch eine menschliche Arbeitskraft erfolgen würde, um den Einsatz einer solchen automatischen Anlage zu rechtfertigen. Dieses Erfordernis verlangt nicht nur eine steifere Tragkonstruktion und einen kraftigeren Antrieb, sondern auch einen

Leichtbau, um dem Manipulatorarm die erforderliche Beweglichkeit zu verleihen. Die erforderliche Steifigkeit und Kraft wird durch die beschriebenen hydraulisch angetriebenen Kugelumlaufspindeltriebe und die Getriebe mit hohem Untersetzungsverhältnis erreicht, die hydraulischen Antriebszylindern weit überlegen sind, wie sie bisher gewöhnlich für die Bewegung von Manipulatorarmen und -händen in verschiedenen Koordinaten Verwendung fanden. Während ein Hydraulikzylinder

ίο genauer anzusprechen vermag als ein pneumatischer, ist doch auch das Hydraulikflüssigkeitsvolumen in diesem Zylinder und den anschließenden Leitungsabschnitten kompressibel, womit Laständerungen stets zu entsprechenden Positionsänderungen führen. Damit ist ein soleher Antrieb zu weich, um Montageoperationen rasch und mit genügender Genauigkeit durchzuführen.

Die Steifigkeit der zuvor beschriebenen hydraulisch angetriebenen Kugelumlaufspindeltriebe ist einige Größenordnungen größer als diejenigen von hydraulischen Flügs'.motoren oder Zylindern. Selbstverständlich ist die erforderliche Steifigkeit andererseits abhängig von der Massenträgheit der jeweils anzutreibenden Teile. Für die Handbeuge- und die äußeren Drehbewegungen ist infolgedessen weniger Steifigkeit erforderlich, als für die Bewegungen in den drei Hauptkoordinaten. Trägt man die Steifigkeit über der Trägheit auf, so gibt eine diagonale Linie eine konstante natürliche Frequenz an, und die Handbeugebewegung liegt mit den Beugebewegungen der Ober- und Unterarmteile auf einer Linie konstanter Frequenz.

Die vorausgehend beschriebene Konstruktion ergibt eine Vergrößerung der natürlichen Frequenz um etwa eine Größenordnung, die zu einer Geschwindigkeitssteigerung um den Faktor 2 für kurze Bewegungen und zu einer fünfmal so großen Präzision führt. Auch sind die Antriebe für die Unterarmdreh- und die Handbewegungen verhältnismäßig klein, so daß die Hand sowie ihre Programmsteuermittel entsprechend ausgelegt werden können, um auch relativ kleine Teile montieren zu können. Die vorausgehend beschriebener. Planetengetriebe ergeben eine Untersetzung von 16:1, was in Verbindung mit der Untersetzung von 2 :1 bezüglich der Eingangsgetriebe zu einer Gesamtuntersetzung von 32 : 1 führt, wie dies für die gewünschte Bewegu-->gsgeschwindigkeit an der Ausgangsseite bei den üblichen Motorgeschwindigkeiten erforderlich ist. Die Massenträgheit der rasch angetriebenen Teile in dem erfindungsgemäßen Manipulator wird dadurch verringert, daß Kugelumlaufspindeltriebe mit einem verhältnismä-Big stellen Gewinde verwendet werden. So hat beispielsweise die Gewindespindel 160 in dem Spindeltrieb 142 vorzugsweise eine Steigung von 1 Gewindegang pro Zoll (25,4 mm), womit für eine Stellgeschwindigkeit von etwa 3,8 m/min die Trägheit des Antriebs noch nicht übermäßig ist

Für den Erhalt geeigneter Positionssignale für die Programmsteuerung entsprechend den jeweiligen Positionen in den einzelnen Koordinaten ist für eine jede dieser sechs Koordinaten ein Digitalcodierer vorgesehen. Die Codierer für die drei Hauptkoordinaten, in denen die sog. Armschwenk-, die Oberarmbeuge- und die Unterarmbeugebewegung erfolgen, werden unmittelbar von den Hydraulikmotoren in den jeweiligen Spindeltrieben angetrieben. So ist, was die Unterarmbeugebewegung betrifft, auf den Hydraulikmotor 146 eine Platte 600 aufgesetzt, auf der ein Digitalcodierer 602 angebracht ist Auf der Welle desselben befindet sich ein Zahnrad 604 in Eingriff mit einem Zahnrad 606 auf dem

13 14

oberseitigen Ende der Motorwelle 148, so daß beim Antrieb der Spindel 160 mit der Kugelumläufmutter 166 der Codierer 602 ein digitales Ausgangssignal liefert, welches der jeweiligen Position der Mutter 144 und damit auch derjenigen des Unterarmteils 90 in bezug auf 5 den Oberarmteil 84 entspricht Die Zahnräder 604 und 606 sind dazu vorgesehen, eine geeignete Untersetzung zu bewirken, so daß das Codiererausgangssignal gerade seinen möglichen Gesamtbereich durchläuft, wenn der Unterannteil 90 gegenüber dem Oberarmteil 84 seine io mögliche Gesamtbewegung von 130° vollführt

Zusätzlich kann auf der Platte 600, wie gezeigt, ein f

von dem Motor 146 über die Zahnräder 606 und 607 %

eingetriebener Tachogenerator 601 angebracht sein, um %

ein Geschwindigkeits-Rückkopplungssignal zu gewin- is S

nen. %

Ein Codierer 608 in Verbindung mit dem Hydraulik- S»

motor 200 liefert ein digitales Ausgangssignal entspre- '■')

chend der Bewegung des Oberarmteiles 84 um die ii

Schulterachse 86. Ein Tachogenerator 609 dient dazu, 20 §j

für diese Bewegung ein Rückkopplungssignal zu liefern. ^f!

Ebenso ist ein Codierer 610 (F i g. 8) mit dem Hydraulik- Xi

motor 224 verbunden, um ein digitales Positionssignal i/i

für die Annschwenkbewegung um die vertikale Achse ig

228 zu erzeugen. In diesem Falle ist ein Tachogenerator 25 Il

611 vorgesehen, um das betreffende Rückkopplungssi- M

gnal zu liefern. -$_:

Zum Erhalt von Positionssignalen entsprechend den % Bewegungen in den drei äußeren Koordinaten, d. h. den-

jenigen der Unterarmdreh-, der Handbeuge- und der 30 S

Handdrehbewegung, sind auf dem Gehäuse 270 des Un- V

terarmteiles 90 drei Codierer 612,614 und 616 (F i g. 13) ~h

angebracht Ein jeder derselben steht über eine flexible '%>.

Kupplung 618 (F i g. 11) mit einer Welle in Verbindung, '%

die in dem Gehäuse 362 (F i g. 15,16) gelagert ist und ein 35

Kegelfad in Eingriff mit einem der Kegelräder 328,330 ^?:

und 332 trägt Im einzelnen ist der Codierer 616 über die fri

flexible Kupplung 618 mit einer Welle 620 (F i g. 16) ver- ^:

bunden, die ein Kegelrad 622 in Eingriff mit dem Kegelrad 330 trägt Wird die Antriebswelle 360 gedreht, um 40 den Handwurzelteil 94 gegenüber dem Gehäuse 270 zu drehen, so treibt das Kegelrad 330 auch die Welle 620

an, womit der Codierer 616 ein Ausgangssignal entspre- '

chend der jeweiligen Position des Handwurzelteiles ge* ■

genüber dem Unterarmteil abgibt 45

In ähnlicher Weise stehen die Codierer 612 und 614 mit den Kegelrädern 328 und 332 in Verbindung, um Positionssignale entsprechend der Handbeuge- und der Handdrehbewegung zu liefern. Wie ersichtlich sind die die Codierer 612,614 und 616 an einer Stelle angeord- 50 net, wo sie die Montageoperationen nicht behindern und zudem leicht gewartet werden können. Aufgrund der bereits beschriebenen Ausschaltung eines toten Ganges in dem jeweiligen Antrieb liefern die Ausgangssignale dieser Codierer dennoch die genauen Werte der 55 jeweiligen Position.

Tachogeneratoren 613 (Fig.6) in Verbindung mit den Hydraulikmotoren 232, 234 etc. der betreffenden Koordinaten dienen wiederum dazu, an entsprechende Servoverstärker Geschwindigkeits-Rückkoppelungs- so Signale zu liefern.

Hierzu 13 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die AnPatentansprüche: triebsmittel für die Handbewegungen aus Hydraulikmotoren (z. B. 232,234) bestehen.

1. Programmierbarer Manipulator mit einem um 8. Manipulator nach einem der vorhergehenden

eine vertikale Achse drehbaren Basisteil (80), einem 5 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste um eine erste horizontale Achse schwenkbar an dem Armtei} (84) von dem Basisteil (80) im wesentlichen

Basisteil angebrachten ersten Armteil (84), einem am nach oben ragt und daß sich die betreffende vertika-

äußeren Ende dieses ersten Armteils um eine zweite Ie und erste horizontale Achse zumindest annähernd

horizontale Achse schwenkbar angebrachten zwei- schneiden.

ten Armteil (90,94) und einer am äußeren Ende die- 10 9. Manipulator nach einem der vorhergehenden

ses zweiten Armteils um eine zu dessen Längsachse Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Basis-

senkrechte Handbeugeachse schwenkbar ange- teil (80) um die vertikale Achse um einen Winkel von

brachten Manipulatorhand (96), die wiederum einen etwa 110°, der erste Armteil (84) um die erste hori-

um eine zu der Handbeugeachse senkrechte Hand- zontale Achse um einen Winkel von etwa 80° und

drehachse drehbaren äußeren Handteil (534) auf- 15 der zweite Armteil (90,94) um die zweite horizontale weist, wobei die Antriebsmittel (232, 234) für die Achse gegenüber dem ersten Armteil um einen Win-

Bewegungen um die Handbeugeachse und die kel von etwa 130° schwenkbar ist

Handdrehachse sich auf dem Arm (50,52), dabei die 10. Manipulator nach einem der vorhergehenden

Antriebsmittel (232) für die Bewegung um die Hand- Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mani-

beugeachse auf dem ersten Armteil (84),. befinden, 20 pulatorhand (96) um die Handbeugeachse um einen dadurch gekennzeichnet, daß sich auch die Winkel von etwa 240° schwenkbar und der äußere

Antriebsmittel (234) für die Bewegung um die Hand- Handteil (534) um die Handdrehachse unbegrenzt

drehachse auf dem ersten Armteil (84) befinden und drehbar ist.

daß beide genannten Antriebsmittel (232, 234) mit

den betreffenden Handteilen (474, 534) über spiel- 25

freie Getriebezüge verbunden sind, die durch Federmittel (570) elastisch in Eingriff gehaltene Zahnräder