DE3918587A1 - Umkonfigurierbarer gelenkiger roboterarm - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen umkonfigurierbaren gelenkigen Roboterarm nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In den letzten Jahren hat der Einsatz von Robotern stark zu­ genommen. Ein Bereich wachsenden Einsatzes solcher Roboter ist die automatische Fertigung. Dabei können Roboter zur Übernahme gefährlicher Arbeiten oder zur Ausführung monotoner und ständig zu wiederholender Arbeiten eingesetzt werden.

Aus der US-PS 40 89 427 ist beispielsweise ein Roboter bekannt, der zum Transport bzw. zur Übergabe von Objekten von einer Stelle zu einer anderen, zum Punktschweißen oder Licht­ bogenschweißen von zusammenzubauenden Bauteilen, und zum Montieren von Bauteilen vorgesehen ist. Dieser bekannte Roboter besteht aus standardisierten Modulen, die wie aus einem Mechanikbaukasten zusammengesetzt werden können. Die Module sind so ausgelegt, daß sie die verschiedenen Grund­ funktionen ausführen können, und zu diesen Modulen gehören auch ein Translationsmodul, mehrere Drehmodule und ein Kopf­ stück mit mehreren Achsen. Die Standardmodule werden mittels Armelementen miteinander verbunden, die jeweils auf die gewünschte Länge abgesägt werden, bevor die Komponenten des Roboters zusammengebaut werden.

Ein anderes Beispiel einer bekannten Ausführungsform eines derartigen Roboters ist der fernbedienbare Service-Arm von Westinghouse Electric Corporation. Dieses Gerät kann in einem Kernreaktorgebäude in Bereichen eingesetzt werden, wo mensch­ liche Arbeitskräfte Gefahren ausgesetzt wären.

In Roboter- bzw. Service-Arme für industrielle Anwendungen ist bereits viel Entwicklungsarbeit investiert worden. Der Einsatz von Service-Armen in Raumfahrtanwendungen wirft den­ noch eine Reihe zusätzliche Probleme auf. Beispielsweise ist es wegen der Schwerelosigkeit nicht notwendig, den Service- Arm durch Gegengewichte auszugleichen. Jedoch stellt das Gewicht des Service-Arms selbst einen kritischen Faktor dar, weil sein Gewicht die verfügbare Nutzlast herabsetzt und Be­ wegungseffekte im Mikroschwerkraftbereich vergrößert. Bei der Auslegung von Service-Armen zum Einsatz in Raumfahrtanwen­ dungen müssen solche Überlegungen auch noch Berücksichtigung finden, wie aus der US-PS 45 85 388 ersichtlich ist. Diese Druckschrift beschreibt eine selbstpositionierende Manipula­ torenanordnung, die aus einem Gelenkarm mit zwei Endköpfen besteht, die jeweils zum lösbaren Befestigen an einer Halte­ rung dienen. Die Endköpfe sind über Gelenkmechanismen mit dem Gelenkarm verbunden, die ein ausreichendes Maß an Beweglich­ keit schaffen, um jeweils einen der Endköpfe zu den Halte­ rungen hin bzw. von diesen weg bewegen zu können, während der jeweils andere Endkopf an einer der Halterungen montiert bleibt. Jedem Gelenkmechanismus ist ein Antriebsübertragungs­ system zugeordnet, um den Gelenkarm mit Bezug auf den einen oder anderen Endkopf bewegen zu können, derart, daß die Manipulatoranordnung sich durch sequentielles abwechselndes fixieren und Lösen des einen und des anderen Endkopfes an den Halterungen selbst umpositionieren kann.

Bei der Entwicklung eines Roboters für Raumfahrtanwendungen ist es wünschenswert, den Roboter so vielseitig wie möglich zu gestalten. Dies bedeutet, daß der Roboter in der Lage sein muß, möglichst viele Aufgaben wahrzunehmen. Der Roboterarm muß lang genug sein, um alle in Frage kommenden Arbeitsbe­ reiche erreichen zu können, oder er muß fähig sein, sich zu einem Anschlußgerät nahe des betreffenden Arbeitsbereiches zu bewegen. Ferner muß der Roboterarm gewichtsmäßig leicht sein, damit die verfügbare Nutzlast nicht übermäßig gemindert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Roboterarm der eingangs genannten Gattung im Hinblick auf die oben genannten Anforderungen auszubilden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten und gemäß den Unteransprüchen weiter ausgestalteten Roboterarm gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Roboterarm handelt es sich um einen umkonfigurierbaren, fernbetätigbaren Service-Arm, der aus einer Anzahl von durch Gelenkmechanismen miteinander ver­ bundenen Konstruktionselementen besteht, wobei jeder Gelenk­ mechanismus dem Roboterarm einen bestimmten Freiheitsgrad verleiht. Die Konstruktionselemente tragen bzw. beherbergen Steuerschaltungen, die Steuerinstruktionen zur Steuerung der Tätigkeit der Gelenkmechanismen empfangen und die Gelenk­ mechanismen entsprechend steuern. Es sind mehr Gelenkmecha­ nismen vorgesehen und folglich mehr Freiheitsgrade verfügbar, als an sich für die von dem Roboterarm wahrzunehmenden Auf­ gaben erforderlich sind. Um den Roboter zur Ausführung einer bestimmten Aufgabe zu konfigurieren, werden daher nur bestimmte, ausgewählte Gelenkmechanismen angesteuert und erzeugen Gelenkbewegungen, während andere Gelenkmechanismen unbewegt bleiben. Dadurch läßt sich die Geometrie des Roboterarms vereinfachen und eine Realzeitsteuerung durch­ führen.

Ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Roboterarms liegt darin, daß alle Gelenkmechanismen jeweils durch Halte­ körper gehalten werden, die alle die gleichen Außenabmes­ sungen haben, obwohl die Gelenkmechanismen selbst nicht alle die gleiche Größe zu haben brauchen. Sollte also ein Gelenk­ mechanismus ausfallen, kann er ohne weiteres durch irgend einen anderen Gelenkmechanismus ausgetauscht werden, indem der Austausch des Haltekörpers samt des daran montierten Gelenkmechanismus erfolgt, was auch dann möglich ist, wenn der Ersatz-Gelenkmechanismus nicht die gleiche Größe hat als der ausgefallene Gelenkmechanismus. Diese Modul-Bauweise ermöglicht eine außerordentlich schnelle und einfache Wartung.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung liegt in der Art und Weise, in welcher die Haltekörper miteinander oder mit anderen Konstruktionselementen des Roboterarms verbunden sind. Es ist eine einfache Schiebeverbindung vorgesehen, wobei die Einschubbewegung durch einen Anschlag am einen Bau­ teil begrenzt und durch eine Arretierungsschraube am anderen Bauteil gesichert wird. Durch Lösen einer einzigen Schraube können die beiden Bauteile also voneinander getrennt werden. Dies trägt wiederum zu einer schnellen und leichten Wartung bei.

Die Konstruktion der Haltekörper ist derart, daß sie ein Profil aufweisen, das einen Schwenkbereich des daran befestigten Konstruktionselements von etwa 135° ergibt. Die endständigen Gelenkmechanismen des Roboterarms können einen Bewegungsbereich von 270° haben, der nur durch die Kabeldreh­ fähigkeit begrenzt wird.

Der Roboterarm kann acht Freiheitsgrade haben. Dabei können jeweils zwei Gelenkmechanismen mit einer bestimmten gewählten Winkeleinstellung feststehend oder separat gesteuert betrie­ ben werden, wodurch zwei Freiheitsgrade wegfallen und der Roboterarm für die jeweils wahrzunehmende Aufgabe konfi­ guriert werden kann. Durch Beschränkung der steuerbaren Frei­ heitsgrade auf sechs kann der Roboterarm nach der Erfindung unter Anwendung bekannter Steuersoftware betrieben werden. Die Instruktionen zur Einstellung der Gelenkmechanismen können durch einen Computer in einer Raumstation, durch bord­ eigene Computerintelligenz, oder durch Empfang von einer Erd­ station erzeugt werden.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Roboterarms liegt darin, daß er in symmetrischer Weise derart aufgebaut sein kann, daß beide Enden des Armes gleichermaßen als halterungs­ seitiges Armende bzw. zum Anbringen eines Arbeitskopfes benützt werden können oder daß beide Armenden abwechselnd zur fixierung des Roboterarms an Fixstellen einer Arbeitsbasis verwendet werden können, derart, daß der Roboterarm in einer Ende-über-Ende- bzw. in einer Ende-um-Ende-herum-Gangart von Fixpunkt zu Fixpunkt seiner Arbeitsbasis sich fortbewegen kann.

Kann ein Arbeitsbereich von dem Roboterarm nicht erreicht werden, ist es möglich, einen verlängerten Roboterarm durch Verbinden zweier oder mehrerer Roboterarme zu schaffen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Ansicht einen in Modul-Bauweise aufgebauten umkonfigurierbaren, fernbedien­ baren Roboterarm nach der Erfindung,

Fig. 2 in größerer Darstellung das eine Ende des Roboterarms in einer Seitenansicht,

Fig. 3 dieses Ende des Roboterarms in gegenüber Fig. 2 um 90° gedrehter Seitenansicht,

Fig. 4 als Einzelheit aus Fig. 2 das Profil der Schiebeverbindung zwischen einem Gelenkmechanismus- Haltekörper und einem Armelement,

Fig. 5 eine elektrische Verbindung zwischen einem Armelement und einem Gelenkmechanismus-Halte­ körper, und

Fig. 6 eine Arnordnung aus mehreren mit­ einander verbundenen Roboterarmen.

In Fig. 1 ist ein in Modulbauweise aufgebauter, umkonfigu­ rierbarer und fernbedienbarer Roboterarm 10 nach der Erfin­ dung dargestellt. Dieser Roboterarm 10 ist mit Bezug auf seine Mitte 11 symmetrisch aufgebaut. Um dies zu verdeut­ lichen, sind einander entsprechende Komponenten des Roboter­ arms auf beiden Seiten von dessen Mitte 11 mit gleichen Bezugszeichen versehen, die auf einer Seite des Arms ohne und auf der anderen Seite des Arms mit Hochstrich versehen sind, um zwischen den beiden Armenden unterscheiden zu können.

Der in Fig. 1 dargestellte Roboterarm weist acht Gelenkmecha­ nismen 12, 12′, 14, 14′, 16, 16′, 18 und 18′ auf. Jeder dieser Gelenkmechanismen verleiht dem Arm 10 einen Freiheits­ grad. Die Gelenkmechanismen 12 und 12′ ermöglichen eine Bewegung um eine Rollachse und sind als endständige Gelenk­ mechanismen des Roboterarms angeordnet. Die beiden Gelenk­ mechanismen 14 und 14′ ermöglichen Schwenkungen um jeweils eine Hochachse und können als Schulter- bzw. Handgelenk betrachtet werden. Die Gelenkmechanismen 16 und 16′ ermög­ lichen Schwenkungen um jeweils eine Querachse und können ebenfalls als Bestandteile von Schulter- bzw. Handgelenk angesehen werden. Die beiden Gelenkmechanismen 18 und 18′ ermöglichen ebenfalls jeweils eine Schwenkung um eine Quer­ achse. Die Gelenkmechanismen können als irgendeine Bauart standardisierter raumfahrttauglicher Gelenkmechanismen aus­ gebildet sein. Beispielsweise kann es sich um Schrittschalt­ motor-Gelenkmechanismen handeln. Die Gelenkmechanismen des Roboterarms können entweder sämtlich gleiche Größe haben oder, falls wünschenswert, können an bestimmten Gelenken größere Gelenkmechanismen eingesetzt werden.

Jeder Gelenkmechanismus ist an einem Haltekörper 20 gehalt­ ert, ausgenommen die beiden endständigen Gelenkmechanismen 12 und 12′. Die Haltekörper 20 sind so ausgebildet, daß bei sämtlichen Haltekörpern die Außenabmessungen überall gleich sind, und zwar unabhängig von der Größe des von dem jewei­ ligen Haltekörper gehalterten Gelenkmechanismus. Aus diesem Grund kann, falls ein Gelenkmechanismus ausfallen sollte, irgend eine andere Haltekörper-Gelenkmechanismus-Anordnung an der Stelle des ausgefallenen Gelenkmechanismus eingesetzt werden. Diese leichte und schnelle Austauschbarkeit macht Wartung und Reparatur des Roboterarms 10 sehr schnell und leicht durchführbar. Die Haltekörper 20 werden nachstehend anhand der Fig. 2, 3 und 4 noch mehr im einzelnen beschrie­ ben.

Die endständigen Gelenkmechanismen 12 und 12′ des Roboterarms tragen jeweils einen Kuppelmechanismus 22 bzw. 22′. Die beiden Kuppelmechanismen können identisch sein und können dazu dienen, den Roboterarm 10 an einer Arbeitsbasis zu mon­ tieren, die Energie- und Steuerinstruktionszuleitungen auf­ weist, oder zum Anbringen eines Arbeitskopfes, beispielsweise in Form eines Greifwerkzeugs 24, wie in Fig. 1 am rechten Ende des Roboterarms am Kuppelmechanismus 22′ dargestellt ist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration mit dem am Kuppelmechanismus 22′ angebrachten Greifwerkzeug 24 dient der Kuppelmechanismus 22 entweder zur Verbindung des Roboterarms mit einer Arbeitsbasis oder mit einem weiteren Roboterarm, falls eine zusätzliche Armlänge notwendig ist, damit das Greifwerkzeug 24 die Arbeitsstelle erreichen kann, an welcher eine bestimmte Aufgabe auszuführen ist. Wegen der Symmetrie des Roboterarms 10 kann aber die Anordnung genausogut umge­ kehrt sein, d.h. das Greifwerkzeug 24 kann am Kuppelmechanis­ mus 22 angebracht sein und der Kuppelmechanismus 22′ kann zur Montage des Roboterarms an einer Arbeitsbasis oder an einem anderen Roboterarm dienen.

Die endständigen Gelenkmechanismen 12 und 12′ des Roboterarms sind jeweils mit dem den nächstfolgenden Betätigungsmechanis­ mus 14 bzw. 14′ tragenden Haltekörper 20 bzw. 20′ verbunden. Diese die Gelenkmechanismen 14 und 14′ tragenden Haltekör­ per 20 und 20′ sind ihrerseits mit den die Gelenkmechanis­ men 16 und 16′ tragenden Haltekörpern 20 und 20′ verbunden. Diese wiederum sind jeweils über ein Armsegment 26 bzw. 26′ mit den die Gelenkmechanismen 18 bzw. 18′ tragenden Halte­ körpern 20 bzw. 20′ verbunden. Diese Haltekörper 20 und 20′ sind dann wiederum durch ein Armsegment 28 miteinander ver­ bunden. Die drei Armsegmente 26, 26′ und 28 können aus handelsüblichem Aluminiumrohrmaterial gefertigt sein, das als Rechteckrohr in geeigneten Abmessungen verfügbar ist. Die Armsegmente können dabei so ausgelegt sein, daß der Roboter­ arm eine Gesamtlänge von etwa 3 m hat. Nach Bedarf kann der in Fig. 1 dargestellte Roboterarm durch Einfügen zusätzlicher Armsegmente (nicht dargestellt) auf das jeweils erforderliche Maß verlängert werden.

Die Gelenkmechanismen 12, 14 und 16 werden über elektronische Motorsteuerschaltungen 32, 34 und 36 betrieben. Der Gelenk­ mechanismus 18 wird über eine Motorsteuerschaltung 38 betrie­ ben. In entsprechender Weise erfolgt der Betrieb der Gelenk­ mechanismen 12′, 14′, 16′ und 18′ durch elektronische Motor­ steuerschaltungen. Diese Schaltungen können handelsüblich ausgebildet sein, und werden üblicherweise von den Her­ stellern der Gelenkmechanismen geliefert. Sämtliche Gelenk­ mechanismen, und zwar unabhängig von ihrer jeweiligen Größe, werden von solchen austauschbaren Motorsteuerschaltungen gesteuert, was wiederum Wartung und Reparatur des Roboter­ arms 10 sehr einfach macht.

Jeder der Motorsteuerschaltungen ist eine Schnittstellen­ einheit für die Kommunikation mit einem (nicht dargestellten) Computer zugeordnet, der die Tätigkeit des Roboterarms 10 steuert. Den Motorsteuerschaltungen 32, 34 und 36 sind Schnittstelleneinheiten 42, 44 und 46 zugeordnet. Diese sind zusammen mit den zugehörigen Motorsteuerschaltungen an dem Armsegment 26 angeordnet. Der Motorsteuerschaltung 38 ist eine Schnittstelleneinheit 48 zugeordnet, die ebenso wie diese Motorsteuerschaltung am Armsegment 28 angeordnet ist. Motorsteuerschaltungen 32′, 34′, 36′ und 38′ und zugehörige Schnittstelleneinheiten 42′, 44′, 46′ und 48′ sind in ent­ sprechender Weise am Armsegment 26′ bzw. wiederum am Arm­ segment 28 angeordnet.

Die Schnittstelleneinheiten sind individuell durch den Computer adressierbar und können, wenn sie so adressiert werden, vom Computer Instruktionen empfangen. Entsprechend den empfangenen Instruktionen aktivieren die Schnittstellen­ einheiten die jeweils zugeordnete Motorsteuerschaltung, die wiederum den zugehörigen Gelenkmechanismus in an sich bekannter Weise ansteuert.

Vorteilhafter Weise kann in das Armsegment 28 ein (nicht dar­ gestellter) Mikroprozessor eingebaut sein, der als Ergänzung zu einem entfernten Computer dient und dessen Kommandos auf­ schlüsselt. Dadurch kann ein wesent1icher Teil der Steuer­ schaltung näher an den Gelenkmechanismus plaziert werden.

Schließlich ist der Roboterarm 10 mit einer Anzahl von Sensoren ausgestattet, die Informationen bezüglich der jewei­ ligen Istpositionen der einzelnen Komponenten des Roboter­ arms an den Computer liefern, der den Roboterarm steuert. Dazu kann beispielsweise, wie in Fig. 1 dargestellt ist, jeder Gelenkmechanismus mit einem Absolut-Drehmelder 50 bzw. 50′ ausgestattet sein, der eine Anzeige der jeweiligen Wellendrehwinkelstellung des betreffenden Gelenkmechanismus liefert. Die endständigen Gelenkmechanismen 12 und 12′ können mit Drehmomentsensoren (nicht dargestellt) ausgestattet sein. Andere Arten von Sensoren einschließlich Fernsehkameras oder dgl. können je nach dem Ausmaß der vom Computer oder vom Bedienungspersonal benötigten Information zur Steuerung des Roboterarms 10 vorgesehen sein.

Der in Fig. 1 dargestellte Roboterarm 10 ist, wie schon gesagt, in Modulbauweise ausgeführt, weil seine Hauptkompo­ nenten, nämlich die Haltekörper-Drehmechanismus-Baugruppen und die Armsegmente jeweils vollständig austauschbar und die Haltekörper-Gelenkmechanismus-Baugruppen auch untereinander austauschbar sind, was eine bemerkenswerte Verringerung von auf Lager zu haltenden Ersatzteilen und eine extrem schnelle und einfache Reparatur- und Wartungsmöglichkeit des Roboter­ arms bedeutet.

Der beschriebene Roboterarm 10 wurde eingangs als umkonfi­ gurierbar bezeichnet, weil er je nach der auszuführenden Auf­ gabe in der jeweils geeigneten Weise orientierbar und konfi­ gurierbar ist. Jeder der Gelenkmechanismen des Roboterarms verleiht diesem einen Freiheitsgrad. Der in Fig. 1 darge­ stellte Roboterarm weist acht Freiheitsgrade auf; jedoch kann der Roboterarm auch mit mehr oder weniger Freiheitsgraden ausgestattet sein. Meistens werden sechs unabhängige Frei­ heitsgrade zur Herstellung von drei Translationsachsen und drei Drehachsen für eine bestimmte Aufgabe gefordert, aber alle drei Bewegungsachsen können durch Drehgelenkmechanismen realisiert werden. Bei acht vorgesehenen Freiheitsgraden des in Fig. 1 dargestellten Roboterarms 10 werden für eine gegebene Aufgabe also nur sechs benötigt. Folglich können aufgrund der jeweils auszuführenden Aufgabe immer zwei der Gelenkmechanismen ausgewählt werden, die in einer gegebenen Position eingestellt bzw. feststehend betrieben werden. Bei­ spielsweise kann der Gelenkmechanismus 18′ so feststehend eingestellt sein, daß er einen 90°-Winkel zwischen dem Arm­ segment 26 und dem Armsegment 26′ herstellt. Der Gelenk­ mechanismus 12 kann ebenfalls ausgewählt und auf einen vor­ gegebenen Winkel eingestellt werden. Danach wird während der Ausführung der Aufgabe die Orientierung der Gelenkmechanis­ men 12 und 18′ nicht mehr verändert und der Roboterarm 10 nur unter Verwendung der verb1eibenden sechs Freiheitsgrade betätigt. Der Betrieb eines Roboterarms mit sechs Freiheits­ graden ist an sich bekannt. Durch Wahl der jeweils fest ein­ gestellten Achsen kann der Roboterarm also für die jeweils auszuführende Aufgabe besonders konfiguriert werden.

Der Roboterarm 10 kann ferngesteuert werden, nämlich durch einen Computer an Bord einer Raumstation oder sonstigen Ein­ richtung, in welcher sich der Roboterarm befindet, oder durch Bedienungspersonal und/oder einen Computer einer Erdstation.

Weitere konstruktive Einzelheiten des Roboterarms 10 sind in den Fig. 2, 3 und 4 dargestellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen in größerer Darstellung das eine Ende des Roboterarms in zwei um 90° gegeneinander versetzten Seitenansichten. Dabei zeigen die Fig. 2 und 3 insbesondere die Haltekörper-Gelenkmechanis­ mus-Baugruppen und ihre Verbindungen mit den benachbarten Komponenten. Die Fig. 4 und 5 zeigen den Verbindungsmechanis­ mus in näheren Einzelheiten.

Die Verbindung zwischen den Haltekörpern und den Armsegmenten bzw. anderen benachbarten Bauteilen ist als Schiebeverbindung ausgebildet, die beispielsweise das in Fig. 4 dargestellte Formschlußprofil haben kann, wobei das jeweils eine Bauteil mit einem im Prinzip T-artigen Stegprofil 52 und das andere Bauteil mit einem im Prinzip C-förmigen Nutprofil 54 ausge­ bildet sind, die gleitend ineinander verschiebbar sind. Ein Anschlag 56 (siehe Fig. 5) an einem der Bauteile begrenzt die Ineinanderschiebebewegung der beiden Formschlußprofile und definiert die korrekte gegenseitige Position. Eine Lasche 58 und eine Arretierungsschraube 60 (siehe Fig. 2 und 3) sichern die Schiebeverbindung in der voll ineinandergeschobenen Posi­ tion gegen unbeabsichtigtes Lösen. Durch diese Konstruktion kann eine Verbindung zwischen einer Haltekörper-Gelenkmecha­ nismus-Baugruppe und einer benachbarten Komponente durch ein­ faches Lösen einer einzigen Arretierungsschraube 60 und Aus­ einanderschieben der Schiebeverbindung gelöst werden.

Die Formschlußprofile 52 und 54 sind derart mit Profilradien versehen, daß Spannungskonzentrationen vermieden werden. Zwar könnten grundsätzlich, abweichend von der Darstellung in Fig. 4, auch T-Schlitz- oder Schwalbenschwanzverbindungen mit scharfen Ecken Anwendung finden, aber diese wären im Hinblick auf Tragfähigkeit und Festigkeit unter dem obigen Gesichts­ punkt nicht so effektiv.

Die Haltekörper 20 bzw. 20′ sind so ausgelegt, daß sie eine maximale Bewegungsmöglichkeit des Roboterarms ermöglichen. Beispielsweise kann der in Fig. 2 dargestellte Gelenk­ mechanismus 14′ den in der Zeichnung rechts davon befind­ lichen Teil des Roboterarms um einen Winkel von etwa 135°, gemessen von einer Bezugslinie 62, schwenken. Dadurch erhält der Roboterarm ein hohes Maß an Flexibilität.

Aus den Darstellungen in den Fig. 2 und 3 ist auch ersicht­ lich, daß den Gelenkmechanismen Verkabelungsabdeckungen 64 zugeordnet sein können.

In Fig. 5 ist auch die Art und Weise der elektrischen Verbin­ dung zwischen einem Armsegment, nämlich dem Armsegment 26′, und den sich anschließenden Haltekörper 20′ dargestellt. An den anderen Verbindungsstellen zwischen Haltekörpern und benachbarten Komponenten sind ähnliche elektrische Verbin­ dungen vorgesehen. In Fig. 5 ist der Haltekörper 20′ am Anfang der Zusammenschiebebewegung der Schiebeverbindung mit dem Armsegment 26′ dargestellt. Der Anschlag 56 am Arm­ segment 26′ trägt einen elektrischen Stecker 66, während der Haltekörper 20′ mit einer entsprechend angeordneten Steck­ buchse 68 versehen ist, so daß bei vollständigem Zusammen­ schieben der Schiebeverbindung zwischen Haltekörper 20′ und Armsegment 26′ der Stecker 66 in die Steckbuchse 68 einge­ schoben wird. An den Stecker 66 kann ein am Armsegment ange­ ordnetes vieladriges Kabel 70 angeschlossen sein. Beim Zu­ sammenschieben der Schiebeverbindung wird also automatisch mit der mechanischen Verbindung auch die elektrische Ver­ bindung, die als vielpolige Steckverbindung ausgebildet sein kann, hergestellt.

Mit Hilfe eines Adapters 72, der in Fig. 6 dargestellt ist, können mehrere Roboterarme 10 miteinander verbunden werden, wenn mehrere Roboterarme zur Ausführung einer bestimmten Auf­ gabe benötigt werden.

Wegen des symmetrischen Aufbaus des Roboterarms kann wahl­ weise jeder der beiden Kuppelmechanismen 22 und 22′ zur Ver­ bindung des Roboterarms mit einer Basishalterung dienen. In­ folgedessen ist der Roboterarm auch in der Lage, in Form sich überschlagender Bewegungen von Punkt zu Punkt der Basishalte­ rung zu "gehen". Ebenso kann jeder der Kuppelmechanismen 22 und 22′ gleichermaßen zum Anschluß eines Arbeitskopfes, wie beispielsweise 24 in Fig. 1, dienen.

Der Roboterarm kann sowohl innerhalb eines Raumfahrzeugs oder einer Raumstation in einer mit der Erdatmosphäre vergleich­ baren Atmosphäre als auch außerhalb einer solchen Einrichtung im luftleeren Raum, unter Strahlungseinwirkung, unter ato­ marem Sauerstoff, mikrometeoritischem Beschuß und unter extremen Temperaturverhältnissen eingesetzt werden. Er kann ferngesteuert von innerhalb der Raumstation bzw. des Raum­ fahrzeugs oder von einer Erdstation betätigt werden. Ebenso kann der Roboterarm auch auf der Erde eingesetzt werden, ob­ wohl dort seine Leistungsfähigkeit durch die Schwerkraft etwas beeinträchtigt sein kann.

Aus den Fig. 2 und 3 ist auch ersichtlich, daß die Halte­ körper 20′ der Gelenkmechanismen 14′ und 16′ unter Verwendung der Verbindungskonstruktion nach den Fig. 4 und 5 mit Hilfe eines kurzen Verbindungsstückes 66 mit kurzem Abstand mitein­ ander verbunden sind.

Claims (15)

1. Umkonfigurierbarer Roboterarm mit einer Mehrzahl von gelenkig miteinander verbundenen starren Bauteilen (20, 22, 26, 28), einem Bewegungsmechanismus (12, 14, 16, 18), der dem Roboterarm ein ausreichendes Maß an Bewegungsvermögen verleiht, und mit Steuerorganen (32, 34, 36, 38, 42, 44, 46, 48) zur Steuerung des Bewegungssystems, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungssystem eine Mehrzahl von motorischen Gelenkmechanismen (12, 14, 16, 18) aufweist, die jeweils einen Freihaltsgrad herstellen und durch die starren Bauteile (20, 22, 26, 28) miteinander verbunden sind, und daß die Steuerorgane (32, 34, 36, 38, 42, 44, 46, 48) an den starren Bauteilen (26, 28) angeordnet sind und die motorische Bewegung der Gelenkmechanismen derart steuern, daß mindestens ein jeweils wählbarer Gelenkmechanismus zwecks Konfiguration des Roboterarms für die jeweils auszuführende Aufgabe gesondert steuerbar ist.

2. Roboterarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus acht motorische Gelenkmechanis­ men (12, 14, 16, 18) aufweist und daß davon mindestens zwei jeweils wählbare Gelenkmechanismen zur Konfiguration des Roboterarms für die jeweils auszuführende Aufgabe gesondert steuerbar sind.

3. Roboterarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Bauteile eine Anzahl von Haltekörpern (20) enthalten, welche die motorischen Gelenkmechanismen (12, 14, 16, 18) tragen.

4. Roboterarm nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekörper (20) alle gleiche Außenabmessungen haben, derart, daß sie untereinander austauschbar sind.

5. Roboterarm nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die starren Bauteile eine Anzahl von Armsegmenten (26, 28) aufweisen, welche bestimmte der Haltekörper (20) mitein­ ander verbinden.

6. Roboterarm nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen einem Haltekörper (20) und einem sich anschließenden Bauteil (26, 28, 66) als Formschlußverbindung ausgebildet ist, die zur Sicherung der Verbindung nur ein einziges Befestigungselement (60) benötigt.

7. Roboterarm nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung als Schiebeverbindung ausgebildet ist, wobei der Zusammenschiebeweg zwischen den beiden Bauteilen durch einen Ansch1ag (56) begrenzt wird.

8. Roboterarm nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekörper (20) für einen Schwenk­ winkelbereich von etwa 135° ausgelegt sind.

9. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelenkmechanismen (12, 14, 16, 18) jeweils einen Absolut-Drehmelder (50) zur Erzeugung einer Anzeige der Wellendrehstellung des jeweiligen Gelenkmecha­ nismus aufweisen.

10. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die motorischen Gelenkmechanismen (12, 14, 16, 18) Schrittschaltmotor-Gelenkmechanismen sind.

11. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerorgane eine Anzahl von Schnitt­ stelleneinheiten (42, 44, 46, 48) zum Empfang von Steuer­ instruktionen und eine entsprechende Anzahl von Antriebs­ steuereinheiten (32, 34, 36, 38) aufweisen, welch letztere jeweils einer der Schnittstelleneinheiten zugeordnet sind, um Steuersignale zur Betätigung jeweils eines der Gelenkmecha­ nismen (12, 14, 16, 18) zu erzeugen.

12. Roboterarm nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Schnittstelleneinheiten (42, 44, 46, 48) individuell adressierbar ist, so daß die jeweils zugehörige Antriebs­ steuereinheit (32, 34, 36, 38) jeweils individuell gesteuert werden kann.

13. Roboterarm nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Roboterarms jeweils ein Kuppelmechanismus (22) vorgesehen ist.

14. Roboterarm nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppelmechanismen (22) an den beiden Roboterarmenden im wesentlichen identisch ausgebildet sind.

15. Roboterarm nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Adapter (72) vorgesehen ist, der die Ver­ bindung eines Kuppelmechanismus (22) eines Roboterarms mit einem Kuppelmechanismus (22) eines weiteren Roboterarms unter gleichzeitiger Herstellung der elektrischen Steuerverbin­ dungen zwischen den so gekuppelten Roboterarmen ermöglicht.