NO119880B - - Google Patents

Description

Manipulator.

Oppfinnelsen angår en manipulator med en vegg-gjennemforing som

kan dreies ora sin faste lengdeakse, og på hvis ender der er lagret to motvektkompenserte leddede armer som hver omfatter en overarm og minst en underarm, og som kan deformeres i et felles plan, og hvorav den ene utgjor en styrearm (primær arm) med et manovreringsorgan og den annen utgjor en arbeidsarm (sekundær arm) med et arbeidsorgan, og hvis til hinannen svarende armstykker er sammenkoblet mekanisk via boyelige trekkorganer som er fort parallelt med armenes felles plan over omstyringstrinser, samtidig som minst ett av stykkene av den ene arm kan vinkelforskyves i forhold til det tilsvarende stykke av den annen arm i armenes felles plan, og de to overarmer er. sammenkoblet for svinge-

bevegelser i motsatte retninger og de to underarmer for svingebevegelsér i samme retning ved hjelp av de boyelige trekkorganer, som lbper over omstyringstrinser eller angriper på drivskiver som bestemmer stykkenes.

vinkelbevegelser i forbindelsesleddene.

Fra fransk patentskrift nr. 1.285.335 er der kjent en manipulator med en vegg-gjennemforing som kan dreies om sin faste lengdeakse, og på hvis ender der er lagret henholdsvis en styrearm og en arbeidsarm, hver bestående av en overarm og minst en underarm leddet til denne, samtidig som de to overarmer er sammenkoblet for svingning i motsatte retninger

om leddene ved endene av vegg-gjennemforingen og underarmene med på-sittende manovrerings- resp. arbeidsorganer er sammenkoblet for svingning i samme retning med hensyn til sine vinkelbevegelser om de tilsvarende arm- resp» håndledd . Denne manipulator gjor det mulig ved å foreta bestemte bevegelser av et styreorgan beliggende på den ene side av en skillevegg som avstenger et kammer med radioaktivt kontaminert atmosfære mot omgivelsene, å bevirke tilsvarende bevegelser av arbeidsorganet på den annen side av denne vegg, samtidig som et vindu i skilleveggen skal gi mulighet for å iaktta utforelsen av manbvrerings-bevegelsene. I forbindelse med denne iakttagelse stoter man imidlertid på vanskeligheter fordi det, når arbeidsorganet skal arbeide i nærheten av skilleveggen, er nodvendig å fjerne manovreringsorganet ved den nedre ende av styrearmen meget langt fra skilleveggen, idet styrearmens og arbeidsarmens underarmer er sammenkoblet slik at de stadig inntar parallell stilling i rommet„ Dette betyr imidlertid at man må gi avkall på å iaktta arbeidsorganet i stilling nær veggen eller også er tvunget til enten å gjore vinduet meget stort, noe som allerede av tetningsgrunner ikke alltid er mulig, eller også å anordne en optikk med speil, som imidlertid forst efter lengre ovelse og tilvenning til slike forhold kan muliggjore en pålitelig iakttagelse av bevegelsene.

I mange tilfeller vil man altså med denne kjente manipulator bare ufull-komment utnytte arbeidsrommet bak skilleveggen.

Nu finnes der riktignok allerede manipulatorer hvor man unngår slike vanskeligheter med iakttagelsen når man skal folge arbeidsorganets bevegelse. Men heller ikke disse manipulatorer kan fullt ut tilfreds-stille behovene i praktisk bruk.

Således er der i USA patentskrift nr. 2.846.084 beskrevet en manipulator hvor sammenkoblingen mellem manovreringsorgan og arbeidsorgan, resp. mellem de tilhorende bæreorganer for disse,organer, er utfort rent elektrisk, så der ved tilsvarende små dimensjoner av styrearmen ikke lenger foreligger noen nødvendighet for at betjeningspersonen i noen som helst stilling av arbeidsarmen i forhold til skilleveggen fjerner seg vesentlig fra vinduet, så han stadig har mulighet for direkte iakttagelse av arbeidsorganets bevegelser. En ulempe ved denne manipulator er imidlertid det store antall av separate drivorganer som må til på grunn av den rent elektriske sammenkobling av manovrerings-og arbeidsorgan, da der behoves minst en særskilt elektromotor for hvert enkelt stykke av arbeidsarmen. Dette betyr for det forste en vesentlig fordyrelse av manipulatoren og for det annet at man gir avkall på en direkte mekanisk forbindelse mellem henholdsvis manovreringsorganets og arbeidsorganets bevegelser som dem der er mulige når styrearm og arbeidsarm er sammenkoblet mekanisk, og som er meget gunstige for rask innovning av manøvreringen av manipulatoren. Dermed blir anvendelsen av denne kjente manipulator altså relativt kostbar på to måter, for det forste fordi anskaffelsesomkostningene blir hoye, og for det annet fordi den bare kan betjenes av velutdannet personale.

Sluttelig er der i de tyske patentskrifter nr. 1. 129.670 og 1.154.249 beskrevet manipulatorer hvor arbeidsarm og styrearm er direkte sammenkoblet og under manipulatorens drift utforer bevegelser i samme retning, og hvor der dessuten er sorget for en mulighet for vinkelinnstilling av arbeidsarmen i forhold til styrearmen. Ved begge disse manipulatorer er både arbeidsarmen og styrearmen utfort som teleskpparmer, og der forekommer for hver arm bare ett eneste skulderledd som arbeidsarmen kan svinge om. Por vinkelforskyvning av arbeidsarmen i forhold til styrearmen er der benyttet en komplisert mekanisme hvor et motorisk innstillingsorgan anordnet i et leddparallellogram innvirker på en to-armet vektstang, som i sin tur forskyver en nedre koblingsstang til forskyvning av arbeidarmen. En slik mekanisme blir på grunn av sin kompliserte utforelse for det forste dyr og for det annet lett utsatt for forstyrrelser, hvortil kommer at det ikke er sorget for å sikre at de trekkorganer som behoves for overforingen av styrekommandoene fra styrearmen til arbeidsarmen, resp. til dennes enkelte ledd, ved forskyvningsbevegelsen hverken undergår noen lengde-eller noen stramningsendring som kan fore til utilsiktede bevegelser av disse organer eller til en okning eller minskning av arbeidsorganets holdekraft.

Med utgangspunkt i dette kjente stadium av teknikken består den foreliggende oppfinnelses oppgave derfor i å skaffe en manipulator som under unngåelse av de oppregnede ulemper ved de,kjente manipulatorer og under anvendelse av en konstruktivt enkel og dermed både lett og billig konstruksjon muliggjor en direkte iakttagelse av arbeidsorganets bevegelser selv gjennem et relativt lite vindu, uten at man derfor må gi avkall på direkte mekanisk forbindelse av arbeidsarm og styrearm.

Denne oppgave blir med utgangspunkt i en manipulator av den inn-ledningsvis angitte art ifblge oppfinnelsen lost ved at den nevnte relative vinkelforskyvning er muliggjort ved at det ene av vedkommende armstykker eller en del av dette er vinkelinnstillbart i forhold til et dermed normalt stivt forbundet drivelement, f.eks. en drivskive, som inngår i armstykkets koblingsforbindelse med det tilsvarende armstykke, om en akse hvor der også er anbragt motvektorganer såvel som omstyringstrinser tilhørende koblingsforbindelser mellem ytterligere armstykker båret av de førstnevnte (overarmene), samtidig som radiene av driv-elementet og omstyringstrinsene på den nevnte akse såvel som ved endene av de førstnevnte armstykker (overarmene) er avpasset for å gi de ønskede oversetningsforhold (storre, lik eller mindre enn l) i de respektive koblingsforbindelser.

På denne måte er det lykkes å lose den angitte oppgave på en meget tilfredsstillende måte, samtidig som det blir mulig dels ved planieggelsen, dels ved passende innstilling av tilleggsforskyvningen å oppnå de forskjelligste onskelige sammenhenger mellem manovreringsorganets og arbeidsorganets bevegelser, noe som vil bli belyst nærmere i den følgende fremstilling ved en rekke muligheter, hvorav så igjen andre vil kunne utledes.

Der henvises i den forbindelse til tegningen, som anskueliggjør utforelseseksmpler. Fig. 1 viser skjematisk en manipulator utfort i henhold til oppfinnelsen med to sammenleddede armstykker pr. arm. Fig. 2 viser skjematisk en manipulator med tre sammenleddede armstykker pr. arm. Fig. 3 er et sideriss av en forste utforelsesform av en manipulator ifblge skjemaet på fig. 1, Fig. 4 viser skjematisk forskjellige kabelsystemer for en manipulator som vist på fig. 3o Fig. 5 er et skjema for utbalanseringsanordninger ved en manipulator som vist på fig. 3o Fig. 6 er et sideriss av en annen utf orelsesf orm av en manipulator med to sammenleddede armstykker pr. arm. Fig. 7 er et kinematisk skjema for overforing av skulderbevegelsen i en manipulator som vist på fig. 6. Fig. 8 er et perspektivisk detaljriss av det sekundære skulderledd. Fig. 9 er et kinematisk skjema for overforingen av albu-ledd-bevegelsen.

Pigo10 er et kinematisk skjema for overforingen av dreiningen av underarmen.

Fig, 11 er et perspektivisk detaljriss av albuleddet.

Fig. 12 viser skjematisk forskyvningsanordningen ved det

primære skulderledd.

Fig. 13 viser skjematisk en anordning til utbalansering av det primære system, og Fig. 14 er et perspektivriss av en anordning til forankring av kablene.

Som det fremgår av fig. 1, har den beskyttende vegg 1 for arbeidscellen en åpning for et gjennemforingsorgan 2 som opptas i en bbssing 3 som kan dreies fritt om den horisontale lengdeakse for organet 2.

En primær og en sekundær overarm henholdsvis 4 og 5 er forbundet ved sine respektive svingeledd for å holde seg symmetriske med hensyn på veggen 1. Ved albuleddet 6 på den primære overarm 4 er der lagret en primær underarm 7 som tilsvarer den sekundære underarm 9, som er lagret i leddet 8 på den sekundære overarm 5. Disse to underarmer er ved sine respektive svingeledd forbundet innbyrdes slik at de holder seg parallelle. De er utfort med lagre for dreining om sine respektive lengdeakser og bærer hvert sitt "håndledd" 10 resp. 11 hvor der er lagret henholdsvis et manovreringshåndtak 1,2 på primærsiden med to frihetsgrader for dreining om på hinannen loddrette akser og en arbeidstang 13 på sekundærsiden, hvor disse frihetsgrader er kopiert. De tre nevnte dreiebevegelser er helt like for styre- og arbeids-

armene og overfores over kabler, remmer, kjeder eller vilkårlige andre egnede organer.

Ved parallell stilling av underarmene som nevnt vil det ses at avstanden mellem håndtaket 12 og tangen 13 er maksimal når overarmene 4 og 5 er horisontale. For å la tangen 13 arbeide nær veggen .1 må operatoren således bevege hånden meget langt fra veggen og inspeksjons-vinduet. For å minske denne avstand og gjore det mulig for operatoren å bringe tangen hen i nærheten av veggen mens han stadig holder seg nær vinduet, er manipulatoren ifolge oppfinnelsen forsynt med en mulighet for relativ tilleggsforskyvning av overarmene, noe som likeledes er antydet på fig. 1.

Denne gjensidige forskyvning skjer ved at den sekundære overarm

5 med leddet 8 svinges opp en vinkel Of til stillingen 5', 8' uten at den primære overarm 4 forskyves, og den sekundære underarm 9 svinges inn mot den en like stor vinkel 0( til stillingen 9<*>uten at den primære underarm 7 forskyves. Ved disse tilleggsbevegelser blir grensen 14 for den forskyvning av håndtaket 12 som tillater tangen 13 å stryke langs overflaten av veggen 1, flyttet inn til 14'. Videre gjor de nevnte relative forskyvninger det mulig å bringe de sekundære armstykker 5' og 9<*>til praktisk talt å falle sammen for å fjerne manipulatoren fra cellen mens den minimale vinkel mellem de primære armstykker 4 og 7 stadig er forskjellig fra null.

På fig. 2 er skjematisk antydet en manipulator ifblge oppfinnelsen med tre sammenleddede armstykker på hver side» Den beskyttende vegg 1 opptar her igjen det horisontale gjennemforingsorgan 2 i en hylse 3 som kan dreie seg om sin akse. På endene av organet 2 er lagret den primære og sekundære overarm henholdsvis 4 og 5, hvis bevegelser holdes symmetriske med hensyn på veggen 1, hvorved det blir mulig å endre avstanden mellem albuleddene 6 og 8, hvor der er lagret mellem-armer 15 og 16 som er forbundet slik at de holder seg parallelle, og på hvilke der så ved ledd 19 og 20 er lagret underarmer 17 og 18 som likeledes er forbundet slik at de holder seg parallelle. Sluttelig bærer underarmene 17 og 18 på dreibare "håndledd" 19a og 20a henholdsvis manovreringshåndtaket 21 og arbeids-tangen 22.

Man ser at avstanden mellem håndtaket 21 og tangen 22 stadig blir lik avstanden mellem albuleddene 6 og 8, og at den kan variere i et hoyt forhold ved symmetrisk svingning av overarmene 4 og 5. På den annen side gir en utretting av det sekundære armsystem 5, 16, 18 en stor forskyvningsamplitude for tangen 22 selv om det horisontale organ 2 er anbragt nær taket 23 av cellen så oppsvingning av den sekundære overarm 5 er praktisk talt begrenset til den horisontale stilling.

På fig. 3 ses en sammenstilling for en forste utforelsesform av en manipulator i samsvar med skjemaet på fig. 1. Man ser igjen be-skyttelsesveggen 1, det horisontale gjennemforingsorgan 2 og den om-givende hylse 3 som er lagret for å kunne dreies. Overarmene 4 og 5 bæres av hengselbeslag 24 og 25 som muliggjor svingning 1 45°. Den primære overarm 4 er sammensatt av to stykker, idet hengselbeslaget 24 har en ekstra lagertapp 26 som resten av overarmen er lagret på med et lite tilleggsbeslag 27o Bevegelsene av overarmene under manovrering skjer om tappene for beslagene 24 og 25, idet beslagene 24 og 27 er stivt forbundet ved hjelp av en låsanordning. Tilleggssvingningen av beslaget 27 om tappen 26 bevirker en relativ forskyvning av overarmene og medforer dermed en onsket tilleggsforskyvning, som vil bli nærmere omtalt senere.

Motvekter 28 og 29 tjener til utbalansering av henholdsvis det primære og det sekundære system, som det vil bli belyst nærmere senere.

Underarmene 7 og 9 er av kjent type, og man ser spesielt ved 30 en av omstyringsskivene for den kabel som overforer dreiningen av underarmen 7 om dens lengdeakse. Likeledes ser man ved endene av underarmene 7 og 9 "håndledd"-tapper 10 og 11 som hensholdsvis manovreringshåndtaket 12 og arbeidstangen 13 er festet til. Med strekpunkterte linjer er antydet de stillinger 4', 7' og 28' av henholdsvis overarm, underarm og motvekt som fås når man lar beslaget 27 svinge om tappen 26 for å bevirke en relativ tilleggsforskyvning av det sekundære system i forhold til det primære.

Fig. 4 er et skjema for kabelsystemene for de forskjellige over-føringer som forekommer ved manipulatoren på fig. 3.

Ved (a) er vist det kabelsystem som sammenknytter forskyvningene av overarmene 4 og 5 ved endene av det horisontale organ 2. Skiver 31 og 32 fast forbundet med hengselbeslagene 24 og 25 opptar en krysset kabel eller rem 33, og skiver plasert symmetrisk hertil på den annen side av beslagene 24 og 25 opptar en motlopende krysset kabel 34«Man ser således at der under manøvreringene er sikret symmetrisk bevegelse av armene 4 og 5 på en konstant vinkel nær.

Ved (b) er skjematisk vist overforingen av forskyvningene av underarmene 7 og 9 om albuleddene 6 og 8. I leddet 6 er der anbragt et kjedehjul 35 som er fast forbundet med underarmen 7 og står i inngrep med en kjede 36 som lbper over et kjedehjul 37 av samme utforelse, båret av leddtappen i beslaget 24. Likeledes opptar et kjedehjul 38 på leddtappen i beslaget 25 den samme kjede, som avboyes ved et kjedehjul 39 som har aksen i leddet 8 og er fast forbundet med underarmen 9»To skiver 40 og 41 lagret på det horisontale organ 2 hindrer kjeden 36 i å forlate kjedehjulene 37 og 38 under ekstreme svingebevegelser. Skiver 42 og 43 forbundet med armene henholdsvis 4 og 5 kompletterer virkningen av skivene 40 og 41. Ved alle bevegelser av overarmene 4 og 5 forblir kjedehjulene 35, 37, 38 og 39 parallelle og holder dermed underarmene 7 og 9 parallelle. De kabler, som f.eks. 44, som bevirker dreie-bevegelsene av underarmene og bevegelsene om håndleddene for håndtak og tang, loper langs overarmene 4 og 5 og det horisontale organ 2 i samme bane som det ovre lop av kjeden 36. I og med at kjedehjulene 35 og 39 er fast forbundet med underarmene, forblir disse kabler, f.eks. 44, under alle bevegelser av over- og underarmer på fast plass i underarmene og er således uten virkning under disse bevegelser.

Anordningen til tilleggsforskyvning av overarmene er vist skjematisk ved (c). Man ser svingelagringen av hengselbeslagene 24 og 27 om den tapp 26 som for enkelhets skyld ikke ver vist ved (a) og (b). I tappen 26 er der anbragt en skive 45 med radius lik det dobbelte av radien R av skivene 35 og 39 for underarmene. Når man svinger den ytre del av overarmen 4 om tappen 26 en vinkel ot til stillingen 4' uten å forskyve beslaget 24, blir det nedre lbp av kjeden 36 påviklet med en lengde 2Ro(. og bevirker en relativ svingning av over- og underarm på -20( . Underarmen 7 har da utfort en resulterende svingning -C^, absolutt sett.

Ved (d) er der skjematisk antydet en variant av kabelfbringen som gjor det.mulig å la aksen 26 falle sammen med aksen for beslaget 24 og samtidig sloyfe hjelpebeslaget 27. Denne variant gjor det dessuten mulig å forsterke bevegelsene i albuleddet. Ved en radius R for de til underarmene 7 og 9 festede kjedehjul 35 og 39 anbringer man på sekundærsiden, istedenfor et kjedehjul 38 med samme radius, et kjedehjul 46 med radius r ^ R, mens man på primærsiden anbringer et kjedehjul 47 med radius 2R-r. Man ser at summen av de lengder som vikles på kjedehjulene 40 og 41 ved en svingevinkel o( og under bibehold av symmetrisk stilling av overarmene 4 og 5 med hensyn på veggen 1, blir

(r + 2R - r) 4 = 2Ro( ,

hvorved underarmene 7 og 9 holdes parallelle. Hvis man derimot svinger den primære overarm 4 opp en vinkel oC uten å bevege den sekundære overarm 5, vil det nedre lbp av kjeden 36 bli påviklet kjedehjulet 47 en lengde (2R - r)c( og bevirke en svingning av den primære underarm

en vinkel

i forhold til den primære overarm, altså en absolutt svingning av den primære underarm en vinkel

De bvrige overfbringskabler folger som ved system (b) det ovre lbp av kjeden 36. Forholdet mellem tilleggsforskyvningene av overarm og underarm kan bestemmes som funksjon av de relative lengder av de to armstykker ved fastleggelse av forholdet ^—■ .

Fig. 5 er et skjema for anordningene til utbalansering av manipulatoren på fig, 3.

På fig. 5 viser (a") utbalanseringsanordningen for det primære system. For utbalansering av vekten av overarmen 4 når underarmen 7 forutsettes vertikal, er det nok å anbringe en motvekt med tyngdepunkt i 48. For også å gjore det mulig å utbalansere underarmen 7 når den skråner i forhold til vertikalen, er det nok å anbringe denne motvekt 49 med tyngdepunkt 50 på en akse 51 og å tvinge denne akse 51 til å holde seg parallell med underarmen 7 ved anvendelse av skiver 52, 53 og motlopende kabler, kjeder eller remmer 54, 55. Man vil se at skiven 53 kan utgjores av omstyringsskiven for kjeden 36 på fig. 4 (c).

Ved (b) på fig. 5 er vist utbalanseringsanordningen for det sekundære system. For å utbalansere den sekundære overarm 5 vil det være nok å anbringe en motvekt i 56. Men for å ta hensyn til vinkelforskyvningene av den sekundære underarm 9 vil det ses at det likedan som for resultanten om 26 ved den foregående utbalansering, vil være nok å anbringe motvekten 57 med tyngdepunktet 58 på en akse 59 som holdes symmetrisk til underarmen 9. Den sistnevnte sammenknytning kan realiseres med to skiver 60 og 61 og to motlopende kabler 62 og 63, da beslaget 24 forblir symmetrisk til den sekundære overarm 5. Det vil bemerkes at skiven 61 kan utgjores av omstyringsskiven 37 for kjeden 36 på fig. 4 (b) og (c)o

Der vil nu bli beskrevet en annen utforelsesform av en manipulator i henhold til skjemaet på fig. 1.

På fig. 6 ser man cellens beskyttende vegg 71, en tettende inner-vegg 72 for cellen og et særskilt gjennemforingsstykke 73 hvor der kan fastgjores myke beskyttelsestetninger. Gjennemforingsroret 74 i veggen er montert i en hylse 75 hvori det kan dreie seg om sin horisontale lengdeakse. Hylsen 75 er av den utforelse som vanligvis kalles "roller tube", og blir selv montert i en passende åpning 76 i den beskyttende vegg 71.

En primær og en sekundær overarm henholdsvis 77 og 78 er forbundet i sine skulderledd for å svinge innbyrdes proporsjonale vinkler i motsatte retninger. Disse vinkler kan være like store, og isåfall blir svingningene av primær og sekundær overarm 77 resp. 78 symmetriske. De kan imidlertid også være proporsjonale i et forhold forskjellig fra én, og den primære og den sekundære overarm henholdsvis 77 og 78 utfores da med lengder i det omvendte forhold, så deres ender kan få like store elementær-forskyvninger i tilfellet av at man onsker å bevirke manipulasjonene med et forhold mellem forskyvningslengdene lik én. I andre tilfeller, hvor man onsker å bevirke manipulasjonene i forskyv-ningsforhold forskjellig fra én, vil man velge forholdene mellem vinkelforskyvningene og mellem armlengdene anderlédes alt efter hva som tilsiktes.

I albuleddet 79 på den primære overarm 77 er der lagret en primær underarm 80, og til denne svarer en sekundær underarm 82 lagret i albuleddet 81 på den sekundære overarm 78. Disse to underarmer er for bundet i sine albuledd slik at de beskriver proporsjonale vinkler i samme retning. I et spesielt tilfelle er disse vinkler like store, men det er også tenkelig å la dem være proporsjonale i et forhold forskjellig fra én og velge lengdene av underarmene i det omvendte forhold for å oppnå like store veilengder av underarmenes frie ender i tilfellet av at man tar sikte på manøvreringer i forholdet 1:1. For manøvreringer i forhold forskjellige fra; én vil man velge forholdene mellem de proporsjonale vinkelforskyvninger og mellem lengdene av underarmene alt efter hva som tilsiktes.

Underarmene 80 og 82 er lagret for å kunne dreie seg om sine respektive lengdeakser i en såkalt azimutbevegelse og bærer hvert..-sitt

håndledd 83 resp. 84, hvor der på primærsiden er lagret.et manovreringshåndtak 85 med to frihetsgrader for dreining om på hinannen loddrette

akser, hvorav den ene står, loddrett på dreiaksen for azimutbevegel-sen, mens der på sekundærsiden er lagret en arbeidstang 86 som på denne '

side kan kopiere de tre dreiebevegelser som utfores på primærsiden, idet disse overfores ved kabler, remmer, kjeder eller vilkårlige andre egnede anordninger.

For å arbeide med tangen 86 i nærheten av celleveggen -72 sville operatoren måtte bringe hånden langt bort fra arbeidsflaten 87 og det ikke viste ihspeksjonsvindu i denne.. For å minske denne avstand og gjore det mulig for operatoren å fore tangen "86 meget nær inn til veggen 72 mens han stadig står nær vinduet, har manipulatoren en mulighet for relativ tilleggsforskyvning av overarmene, slik det også er vist på fig. 1. Denne tilleggsforskyvning består i å la det sekundære system svinge om det sekundære skulderledd 88 mens det primære system forblir ubevegelig. Ved 86a ser man den stilling tangen 86 inntar ved maksimal tilleggsforskyvning. Tilleggsforskyvningen kan bevirkes med et påvirkningsorgan 89 med eléktrisk drivmotor, noe som vil bli omtalt mer utfbrlig senere, eller på vilkårlig annen hensiktsmessig måte.

Fig. 7 anskueliggjør kinematikken og kabelfbringen for bevegelsene av skulderleddene i manipulatoren på fig. 6. I aksen 90 for det primære skulderledd er.der lagret en stor skive 91 hvortil der er festet en kabel eller kjede 92 som vikler seg på en liten skive 93 i det sekundære skulderledd 88. Den lille skive 93 er fast forbundet med et drev 94 som står i inngrep med en stor tannhjulsektor 95 som selv er fast forbundet med den sekundære overarm 78. Skiven 91 er fast forbundet med den primære overarm 77, og systemet 77, 91, 92, 93, 94, 95, 78 utgjor transmisjonen for skulderbevegelsen. De respektive diametre er bestemt slik at man får det tilsiktede forhold mellem vinkelforskyvningene av overarmene 77 og 78, I det spesielle tilfelle at vinkelforskyvningene er like store og motsatt rettet, realiserer man utbalan-seringen av den sekundære overarm 78 ved å anbringe en motvekt 96 på enden av en arm 97 som er fast forbundet med skiven 91 og plasert slik at den danner samme vinkel med horisontalen som den sekundære overarm 78. Den tilleggsbevegelse som vil bli behandlet mer utforlig i det folgende, og som bevirkes med drivorganet 89, består i en dreining av skiven 91 i forhold til overarmen 77.

Fig. 8 viser detaljene ved mekanismen ved det sekundære skulderledd 88. Overforingen av bevegelser fra skiven 91 til armen 78 skjer via drevet 94, som dreier seg om skulderleddet 88 og står i inngrep med en stor tannhjulsektor 95 som selv dreier seg om en annen akse 98. Aksene 88 og 98 er forbundet ved en leddstang 99, og dennes lengdeakse halverer stadig vinkelen mellem gj ennemforingsroret 74 og"overarmen 78. Til opplagring av overarmen 78 tjener ennvidere innbyrdes like tannhjul-sektorer 100, 101 på den ene side og 102, 103 på den annen side, forbundet med henholdsvis gjennemforingsroret 74 og overarmen 78.

Under disse forhold og i det spesielle tilfelle av like store og motsatt rettede svingebevegelser av overarmene 77 og 78 får drevet 94, hvis skiven 91 har dobbelt så stor diameter som skiven 93, en radius som er fem ganger mindre enn radien av sektoren 95, og det resulterende transmisjonsforhold under hensyntagen til inngrepet mellem sektorene 100 og 101 blir Js-, foråt overforingen av dreievinkelen fra skiven 91 til overarmen 78 skal skje i forholdet 1 : 1 og i motsatt retning.

Dette vil fremgå av den folgende utledning:

Når den primære overarm 77 svinger en vinkel o< om aksen 90,

vil skiven 91 med diameter 2r dreie seg den samme vinkel , og skiven 93 med diameter r på sekundærsiden vil dreie seg en vinkel 20^

i samme retning. Drevet 94 dreier seg dermed likeledes en-vinkel 2o( .

Betegner man med - fe den vinkeL som den sekundære overarm 78 dreier seg motsatt vinkelen , vil leddstangen 99 svinge en vinkel

- 4-

Betrakter man nu vinkelforskyvningen av de forskjellige elementer i forhold til denne leddstang 99, vil man se at drevet 94 dreier seg i forhold til leddstangen en vinkel lik

24+-f- = Jg- .

Betegnes radien av tannhjulsektoren 95 med R, får man

ligningen

d.v.s.

Ut fra denne generelle formel vil det ses at hvis vinkelen fb skal være lik vinkelen ck med motsatt fortegn, må man gjore —— = 5 som nevnt.

Man vil lett kunne utlede hvorledes man vil kunne oppnå et onsket oversetningsforhold for vinklene forskjellig fra én. Fig. 8 viser likeledes de skiver, f.eks. 111 og 112, som idet de er lagret på aksene 88 og 98, sorger for foringen av kablene, f.eks. 108 for overforing av underarmenes bevegelser. Fig. 9 viser kabelfbringen for overforing av albubevegelsene. Bevegelsen av den primære underarm 80 overfores til den sekundære underarm 82 via kabler eller kjeder som er fort over forskjellige skiver i skulderområdet på primær- og sekundær-siden. En skive 107 i aksen 79 for det primære albuledd er fast forbundet med underarmen 80. På denne skive er der viklet en overforingskabel eller -kjede 108 som er fort over en skive 109 lagret i aksen 90 for det primære skulderledd. Kabelen 108 er videre fort over en skive 110 og ytterligere skiver 111 og 112 lagret i aksene 88 og 98 som allerede vist på fig. 8. - Kabelen 108 er så festet til skiven 113, som sitter i det sekundære albuledd 8l og er fast forbundet med den sekundære underarm 82.

Overforingen av bevegelsen i retning med og mot urviseren skjer ved hjelp av to motlbpende kabel- eller kjede-lop. Det ovre lbp 108 folger det allerede beskrevne forlbp på oversiden av skiven 109, mens det nedre lbp 114 er fort over en skive 112a (fig. 8) som sitter ved siden av skiven 112, og derefter over en skive Illa ved siden av skiven 111 for så å lbpe under skiven 109 og sluttelig gå tilbake til den med den primære underarm forbundne skive 107.

I det spesielle tilfelle av svingning i like store vinkler er skivene 107 og 113 like, mens de for vinkelforskyvninger i forhold forskjellig fra én velges forskjellige i samme forhold. De to kabellbp som lbper over skivene f.eks. 111 og 112 under bevegelsene ved det sekundære skulderledd 88, undergår under denne svingebevegelse ingen endring i stramning. For da leddstangen 99 stadig holder seg på halveringslinjen for vinkelen mellem overarmen 78 og gjennemforingsroret 74, blir den lengde som vikler seg på skiven 112, lik den som

vikler seg av fra skiven 111, og omvendt.

Betrakter man det spesielle tilfelle at overarmene 77 og 78 svinger like store vinkler i motsatte retninger, vil man se at underarmene 80 og 82 forblir innbyrdes parallelle under skulderbevegelsene dersom diameteren av skiven 109 er lik summen av diametrene av skivene 107 og 113. Omvendt vil det ses at det hvis vinkelforskyvningene av armene 77 og 78 er proporsjonale i forhold forskjellig fra én, er mulig å bestemme diameteren av skiven 109 slik at underarmene 80 og 82 likeledes holder seg parallelle under skulderbevegelsene. Ennvidere vil det ses at det er mulig å velge diameteren av skiven 109 slik at der ved en skulderbevegelse skjer en funksjonell relativ tilleggs-vinkelforskyvning av underarmene 80 og 82, noe man kan benytte til å bedre manipulatorens arbeide, særlig når det gjelder dybden av arbeidsområdet.

Fig. 10 viser kabelfbringen for azimutbevegelsene av underarmene 80 og 82 om deres akser. Overfbringskabelen 115 for denne bevegelse er festet til en skive 116 fast forbundet med den primære underarm 80, lbper over en omstyringsskive 117 og derefter over en skive 118 analog med skiven 107 samt folger derefter samme bane som det ovre kabellbp 108 som er beskrevet i forbindelse med fig. 9, nemlig over en skive 119 svarende til skiven 109, en skive 120 svarende til skiven 110 o.s.v. Efter overforing av bevegelsen til den sekundære underarm folger det motgående lbp 121 den motsatte bane under skiven 122, over skivene 123 og 124 og sluttelig over omstyringsskiven 125.

Bevegelsene av håndleddene overfores mellem det primære håndledd 83 og det sekundære håndledd 84 (fig. 6) ved hjelp av kabler i et antall av fem, én for lukning av tangen 86 og fire - hvorav to og to er motlbpende - som samtidig overforer bevegelsene med to frihetsgrader i form av dreininger om akser loddrett på håndleddaksen. Hele dette kabelsystem er montert i det ror 80 som utgjor den primære underarm, og lbper over fem like skiver i likhet med skiven 107 (fig. 9), hvorefter de folger samme bane som det ovre kabellbp 109 til overforing av albubevegelsen for så å lbpe over fem like skiver som f.eks. 113a (fig. 11) i likhet med skiven 113 og derefter folge en tilsvarende bane i roret 82, som utgjor den sekundære underarm. Disse skiver har diametre lik eller proporsjonale med de tilsvarende skiver 107, 109, 110, 111, 112 og 113 som kabelen 108 til overforing av albubevegelsen lbper over (fig. 9).

Da det ovre lbp 108 av overfbringskabelen for albubevegelsen under disse forhold beholder konstant stramning under enhver bevegelse som deformerer leddpolygonet, blir det samme tilfellet med alle kabler for overforing av underarmens bevegelser selv når der skjer en tilleggsforskyvning. Ennvidere yder disse kabler et bidrag til bevegelsen for utretting av albuleddet, idet de foyer sin kraft til kraften av det ovre overforingslop 108.

Fig. 11 viser hvorledes et albuledd som f.eks. 79 eller 8l kan realiseres mekanisk. Man ser leddaksen 8l for den sekundære underarms svingebevegelser, skiven 113, kabellopet 114 for overforing av albubevegelsen, skivene 129 og 130 svarende til skivene 117 og 125 på primærsiden (fig. 10) samt kabelen 115 som tjener til overforing av azimutbevegelsen, og som er festet ved 131 til en skive 132 svarende til skiven 116 på primærsiden (fig. 10). Denne skive 132 har et skruelinjeformet spor 133, og kabelen 115 er fastgjort i dette spor ved 131 på en måte som godt sikrer medforing av underarmen 82 uten glipp. Skivene 129 og 130 er skfåttstillet og omstyrer kablene 115 og 121 til to skiver som er anbragt side om side og svarer til skivene 118 og 124 på primærsiden (fig. 10). Et ikke vist kulelager muliggjor dreining av underarmen 82 i forhold til leddbeslaget 134»

Under henvisning til fig. 6 vil nu lagringsanordningen i skulderleddet med anordningen til tilleggsforskyvning bli beskrevet. Man ser skiven 109 fast forbundet med leddtappen 90. På denne tapp er der festet et beslag 135 som motvekten 136 er fastgjort til. På beslaget 135 er der ved 137 montert en aksel til feste for et drivorgan 89 med elektromotor som gjor det mulig å bevirke tilleggsforskyvningen. Den primære overarm 77 ender i en gaffel 138 lagret på leddtappen 90. Denne har ved 139 en aksel i liket med akselen 137, til feste for den annen ende av drivorganet 89.

I en variant hvor tilleggsbevegelsen rett og slett bevirkes manuelt, viser fig. 12 en gaffel 140 som er tenkt montert i enden av gjennemforingsroret 74 (fig»6), tillike med gaffelen 138 i den indre ende av den primære overarm 77 samt skiven 109»En bolt 141 gjor det mulig å forbinde gaffelen 138 stivt med skiven 109, som er utfort med et spor 142. Ved å lose bolten 141 kan man frigjore skiven 109 og dermed hele det sekundære system fra den primære overarm.

Man ser at den sekundære overarm 78 i begge disse tilfeller kan vinkelforskyves i tillegg om skulderleddet 88, og at alle de tidligere beskrevne kabelforbindelser er anordnet slik at kabellopene ikke endrer lengde når der bare foregår svingninger i leddet 88. Under disse forhold utforer lopene 108 og 114 (fig. 9) ingen forskyvning i forhold til den sekundære overarm 78, og albuleddet 81 forblir stivt. Det samlede sekundære system av overarm, underarm, håndledd og tang svinger dermed som et stivt hele om det sekundære skulderledd 88.

I tilfellet på fig. 12 er beslaget 135 (fig. 6) redusert til en arm 97 som bærer motvekten 136 til utbalansering av den sekundære overarm 78.

Gaffelen 138 på den primære overarm 77 har dessuten, som vist på fig. 13, en forlengelse 143 som bærer en motvekt 144 til utbalansering av den primære overarm 77 om aksen 90. For å utbalansere underarmen 80 om aksen 79 ville det være nodvendig å anbringe en motvekt i dens forlengelse ved 145. I virkeligheten overforer leddstangen 146 i sin tur vinkelbevegelsene av underarmen 80 til motvekten 144, og det blir dermed nok å anbringe motvekten ekscentrisk med hensyn på aks'en 147 for å oppnå en fullstendig utbalansering av det primære system uten ekstra motvekt.

Det sekundære system som utbalanseres med motvekten 136 på be- • slaget 135 (fig. 6), kan likeledes utbalanseres noyaktig i sin helhet også når det"gjelder underarmen 82, ved at man utnytter kablene 108 og/eller 114 som lbper over skivene 110 (fig. 9), til å overfore den nodvendige utbalanserende bevegelse til motvektene for utbalansering av det sekundære system. Denne mekaniske detalj er ikke vist på tegningen.

Fig. 14 viser en detalj ved forankringen av overforingskablene, mer spesielt i overforingsroret 74 (fig. 6). Samtlige overfbringer som er anordnet i dette ror, er utfort med sikte på at de benyttede lengder av myke kabler ikke skal avhenge av den lengde som fastlegges for roret for dets fabrikasjon, forsåvidt lengdene av over- og underarmer ikke skal kunne forandres.

Under disse forhold er overforingen i det indre av gjennemforingsroret 74 realisert ved hjelp av stive stenger. Disse glir fritt mellem de blystykker som kan behoves for å sikre kontinuiteten av den biologiske beskyttelse av cellen gjennem det indre av overforingsroret. De nevnte stive overforingselémenter utgjor samtidig strammere som gjor det mulig å regulere stramningen, men er også utfort for å muliggjore avhektning av kablene ved begge ender av elementene.

Fig. 14 viser enden 147a av en myk overforingskabel innfattet i et sylindrisk forankringsstykke 148, Strammeren 149 har en sylindrisk uttagning 150 med tilstrekkelig diameter til å kunne oppta og tillate lengdeforskyvning av forankringsstykket 148. Derimot har den ved enden bare et spor 151 som alene tillater kabelen 147a å fores igjennem. En sideåpning 152 gjor det mulig å fore inn forankringsstykket 148, og det er da nok å trekke i kabelen 147a for at det be skal innta stil-

lingen 148a, som det ikke lenger kan komme ut av.

Overalt hvor det er mulig, erstatter man overforingskablene

som tjener til å overfore bevegelser langs rettlinjede strekninger hvor der ikke behoves noen skive, med stive overforingsledd som reduserer den elastiske tbyelighet av overforingselementene til et minimum. Slike elementer kan særlig anbringes i den rettlinjede del av overarmene 77 og 78 og, som tidligere nevnt, i de rettlinjede deler av gjennemforingsroret 74.

Claims (17)

1. Manipulator med en vegg-gjennemfbring som kan dreies om sin faste lengdeakse, og på hvis ender der er lagret to motvektkompenserte leddede armer som hver omfatter en overarm og minst en underarm, og som kan deformeres i et felles plan, og hvorav den ene utgjor en styrearm (primær arm) med et manovreringsorgan og den annen utgjor en arbeids-

arm (sekundær arm) med et arbeidsorgan, og hvis til hinannen svarende armstykker er sammenkoblet mekanisk via boyelige trekkorganer som er fort parallelt med armenes felles plan over omstyringstrinser, samtidig som minst ett av stykkene av den ene arm kan vinkelforskyves i forhold til det tilsvarende stykke av den annen arm i armenes felles plan, og de to overarmer er sammenkoblet for svingebevegelser i motsatte ret- ninger og de to underarmer for svingebevegelser i samme retning ved hjelp av de boyelige trekkorganer, som lbper over omstyringstrinser eller angriper på drivskiver som bestemmer stykkenes vinkelbevegelser i forbindelsesleddene, karakterisert ved at den nevnte relative vinkelforskyvning er muliggjort ved at det ene (overarm 4, fig. 4b og d; 77, fig. 6, 7; 138, fig. 12) av vedkommende armstykker eller en del (4 <*> ,. fig. 3 og 4c) av dette er vinkelinnstillbart i for- hold- til et dermed normalt stivt forbundet drivelement, f.eks. en driv- skive (31, fig. 4a; 91, fig. 7; 109, fig. 12), som inngår i armstykkets koblingsforbindelse med det tilsvarende armstykke (5; 78), om en akse (26; 90) hvor der også er anbragt motvektorganer (28; 49; 57; 136) såvel som omstyringstrinser (37; 45} 47; 109) tilhbrende koblings- forbindelser mellem ytterligere armstykker (underarmer 7 og 9; 80 og 82) båret av de fbrstnevnte (overarmene), samtidig som radiene av driv- elementet (37; 45; 47) og omstyringstrinsene på den nevnte akse (26; 90) såvel som ved endene av de forstnevnte armstykker (overarmene) er avpasset for å gi de onskede oversetningsforhold (storre, lik eller mindre enn l) i de respektive koblingsforbindelser,

2. Manipulator som angitt i krav 1, karakterisert ved at aksen (26, fig, 4d) for vinkelforskyvningen faller sammen med leddaksen for vedkommende armstykke (4), og-at forholdet mellem radiene av omstyringstrinsene i(47) på denne leddakse og av omstyringstrinsene (46) på den tilsvarende leddakse hos den annen arm avviker fra forholdet mellem de relative vinkelbevegelser av de til hinannen svarende armstykker (4, 5) som svinger om disse akser,

3. Manipulator som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst ett par av til hinannen svarende stykker av styre- og arbeidsarm har forskjellig lengde,

4. Manipulator som angitt i et av kravene 1-3, karakterisert ved at der for vinkelforskyvningen av et av stykkene av den ene arm i forhold til det tilsvarende stykke av den annen arm er anordnet en motordrift,

5. Manipulator som angitt i krav 1, karakterisert ved at styrearmens overarm (4) er innrettet til å forbindes stivt med en skulderledd-drivskive (31) som har samme akse som svingebevegelsen av styrearmen i skulderleddet, og at arbeidsarmens overarm (5) er stivt forbundet med en skulderledd- drivskive (32) som har samme akse som arbeidsarmens svingebevegelse i skulderleddet, samt at de to drivskiver er sammenkoblet for.dreining ved hjelp av to kryssede, motsatt virkende liner, remmer eller kjeder (33, 34, fig. 4a).

6. Manipulator som angitt i krav 5, karakterisert ved at de to skulderledd-drivskiver (31, 32) har samme diameter.

7. Manipulator som angitt i krav 5, karakterisert ved at de to skulderledd-drivskiver (31, 32) har diametre med et innbyrdes forhold lik forholdet mellem svingevinklene for armene (4, 5) i skulderleddene.

8. Manipulator som angitt i et av" kravene 1-4, karakterisert ved at styre-overarmen (77) er innrettet til å forbindes stivt med en drivskive (91) ved styrearmens skulderledd (90), på hvilken der angriper en line, rem eller kjede (92) som også loper over en drivskive (93) som er anordnet ved arbeidsarmens skulderledd (88) og i sin tur er stivt forbundet med et dermed koaksialt tannhjul (94) som har inngrep med en tannhjulsektor (95) stivt forbundet med arbeids armen, samtidig som de suksessive diametre av drivskivene, tannhjulet og tannhjulsektoren gir det bnskedo forhold mellom armenes svinge-vinkler i skulderleddene, et forhold som spesielt kan være lik 1 (fig. 7).

9. Manipulator som angitt i et av kravene 1-8, karakterisert ved at styrearmens underarm (7) er innrettet til å forbindes stivt med en drivskive (35) i styrearmens albuledd, anordnet koaksialt med leddaksen (6) i dette albuledd, at arbeidsarmens underarm er stivt forbundet med en drivskive (39) i arbeidsarmens albuledd, anordnet koaksialt med leddaksen (8) i dette ledd, og at albuleddenes drivskiver er sammenkoblet for dreining ved hjelp av to innbyrdes motsatt virkende liner, remmer eller kjeder (3b) som lbper over trinser (37, 38) fritt lagret i aksene for styrearmens og arbeidsarmens skulderledd, samt eventuelt over omstyringstrinser (40, 41, 42, 43), og at summen av diametrene av de fritt dreibare trinser er lik summen av diametrene av drivskivene ved albuleddene (fig. 4b).

10. Manipulator som angitt i krav 9, k a r a k t e r i s o r-t ved at drivskivene (35, 39) ved albuleddene har samme diameter.

11. Manipulator som angitt i krav 9, karakterisert ved at de i albuleddene anordnede drivskiver (35, 39) har diametre som står i samme forhold til hverandre som svingevinklene i albuleddene.

12. Manipulator som angitt i krav 1, karakterisert ved at styrearmens underarm (80) er stivt forbundet med en drivskive (107) i denne arms albuledd, anordnet koaksialt mod leddaksen (79) i dette ledd, at arbeidsarmens underarm (82) er stivt forbundet med en drivskive (113) i denne arms albuledd, anordnet koaksialt med leddaksen (8l) i dette ledd, og at drivskivene i albuleddene er sammenkoblet for dreining ved hjelp av to innbyrdes motsatt virkende liner, remmer eller kjeder (108, 114) som lbper over on trinse (109) fritt dreibart lagret i aksen for styrearmens skulderledd, eventuelt over en omstyringstrinse (llO), og så i motlbpende retninger over to like trinser (LII, 112), hvorav den ene er lagret i arbeidsarmens (78) svinge-akse, og hvis aksler (88, 98) er forbundet ved on koblingsledds tang (99) som er tvunget til å svinge en vinkel lik halve svingevinkelen for arbeidsarmen (fig. 9).

13. Manipulator som angitt i krav 5 eller 8 og krav 9 eller 12, karakterisert ved at styrearmens overarm er innrettet til å loses fra drivskiven (31) i styrearmens skulderledd og kan forskyves en konstant vinkel i forhold til denne skive, idet denne vinkelforskyvning gir en tilsvarende vinkelforskyvning mellem bevegelsene i albuleddene, noe som igjen bevirker en svingning av hele arbeidsarmen om dens skulderledd.

14. Manipulator som angitt i krav 11, karakterisert ved at summen av diametrene av drivskivene (35, 39) i albuleddene og summen av diametrenc av trinsene (37, 38) i skulderleddene er forskjellige med et innbyrdes forhold lik forholdet mellem svingevinkelen i styrearmens skulderledd og endringen av dens innstillingsvinkel, idet denne endring er funksjonelt sammenkoblet med svingebevegelsene av de bvrige elementer.

15. Manipulator som angitt i krav 1, karakterisert ved at vektkompensasjonen av hele arbeidsarmen skjer i hbyde med styrearmens skulderledd ved hjelp av en motvekt (57; 136) anbragt på en vektarm (59; 135; 97) som svinger i samme retning og samme vinkel som arbeidsarmen, og som - under utnyttelse av en av linene, remmene eller kjedene (36; 108 resp. 114) til overforing av svingebevegelsene i albuleddet som bevegelsesmiddel - svinger i forhold til vektarmen en vinkel lik svingevinkelen mellem arbeidsarmens under- og overarm.

16. Manipulator- som angitt i krav 1, karakterisert ved at vektkompensasjonen av hele styrearmen skjer i hbyde med styrearmens skulderledd ved hjelp av en motvekt (49) som sitter på en forlengelse av styrearmen og - under utnyttelse av en av linene, remmene eller kjedene (55) til overforing av svingebevegelsene i albuleddene som bevegelsesmiddel - er svingbar om denne forlengelse en vinkel lik den relative svingebevegelse av styrearmens under- og overarm.

17. Manipulator som angitt i krav 1, karakterisert ved at vektkompensasjonen av hele styrearmen (77, 80) skjer i hbyde med styrearmens skulderledd (90) ved hjelp av en motvekt (144) som sitter på en forlengelse (143) av den primære overarm (77) forbi skulderleddet (90), og som kan svinges i forhold til denne forlengelse (143) ved hjelp av en koblingsstang (146) som angriper på motvekten (144) i et punkt i avstand fra dens tyngdepunkt og er festet (i punkt 145) på en forlengelse av den primære underarm (80) forbi styrearmens albuledd (79).