-
Manipulator mit elektromechanischen Xandlereinrichtunren Die Erfindun
oezieht sich auf einen Manipulator mit elelctrotechnischen Wandlereinrichtungen.
-
Manipuliervorrichtungen werden in großem Umfang auf den Gebieten der
ilissenschaft und Industrie, in automatischen Montagestraßen, Ferbedienungssystemen
sowie im Prothesen- und Roboterbau u. dgl. verwendet. Sie können handbetätigt oder
hydraulisch,elektrisch usw. betneben sein. Viele dieser Manipulatoren sind ohne
jegliche Fühleinrichtungen konstruiert und werden folglich ohne die Kenntnis der
im Gebrauch auf-tretelden Kräfte betrieben. Wenn Fühleinrichtungen oder Wandler
verwendet werden, können sie vom Binärtyp (d.h. ein-aus) oder vom Proportionaltyp
sein. Der Ein-aus-Typ zeigt leditich an, daß eine Kraft auf den Manipulator einwirkt,
ohne daß dabei jedoch
deren Größe angegeben wird. Die bei Manipulatoren
mitunter eingebauten Proportionaifuhler, wie Dehnungsmeßstreifen, eriiidmiichen
die Anzeige der Grobe der kraft. Dehungsmei.streifen sind jedoch häufig schwierig
in Manipulatorkonstruktionen einzubauen und sind verhältnisrriäßigteuer und wegen
des hohen Eigengewichtes und der bei in Bewegung befindlichem Manipulator auftretenden
Besenleunigungsbelastungen im Betrieb unverläßlich.
-
Der Erfindung liegt che Aufgabe zugrunde, eine Proportionalwandlereinrichtung
mit Signuns zur Verwendung bei gelenkigen Greifzangen 0. dgl. zu schaffen, die derb
und in kleinen Größen herstellbar sind und leicht zur Verwendung in unterschiedlichen
Betriebskräftebereichen oder zur Verwendung mit unterschiedlichen Betriebseigenschaften
anpassungsfähig sind.
-
Die Erfindung soll ferner einen gelenkig geFliderten Manipulator schaffen,
der aus ilehreren beweglicilen Gliedern besteht, deren jedes zur Erfassung von im
wesentlichen in beliebiger Richtung auf den Manipulator einwirkenden Kräften mit
Proportionalwandlern im wesentlichen bedeckt ist. Die Erfindung schafft ferner einen
Greifermanipulator mit zwei in bezug aufeinander beweglichen Backen, die mit Schlupffühlern
zum Erfassen eines Entgleitens von zwischen den Backen gefaßten Gegenständen ausgestattet
sind.
-
Ferner schafft die Erfindung einen Manipulator mit einem Werkzeughalter
zum Lagern eines Werkzeugs mit T-förmigem Griff.
-
Diese und andere Aufgaben sowie Vorteile werden gemäß der Erfindung
durch einen Manipulator gelöst bzw. erzielt, der einen allgemein hohlen Körper aufweist,
an dem ein oder mehrere Kraftwandler angebracht sind. Gemäß der Erfindung weist
jeder dieser Wandler einen Wandlerkörper oder ein -gehäuse auf, das an dem Manipulatorkörper
angebracht ist und eine Lichtquelle und eine im Abstand von dieser angeordnete Photozelle
zum Erfassen des Lichtes von jener trägt. Zwischen der Lichtquelle und der
Photozelle
befindet sich ein beweglicher Schirm oder eine Blende zum Verändern der auf die
Photozelle auftreffenden Lichtmenge entsprechend der Blendenstellung. Die Blende
ist ihrerseits mit einem beweglichen Betätigungsglied an einer Fläche des Manipulatorkörpers
verbunden und durch dieses betätigbar. Diese Blende ist in der einen Richtung durch
eine Federeinrichtung, beispielsweise eine Scheibe aus einem Elastomeren, eine Feder
o.dgl. und in der dieser Federkraft entgegengesetzten Richtung durch äußere Kräfte
auf das Betätigungsglied belastet. Die auf die Photozelle auftreffende Lichtmenge
steht in einer Beziehung zu der auf das Betätiguqgsglied ausgeübten Kraft, und das
Ausgangssignal der Photozelle bildet ein Maß einer solchen Kraft.
-
Die Wandler sind hinreichend klein, so daß mehrerer solche Wandler
an dem ManipulatorköMper angeordnet werden können. Beispielsweise können mehrere
Wandlerbetätigungsglieder an einer einzigen Fläche des Manipulators, beispielsweise
an einer Greiffläche eines Backens, angeordnet sein und die Greifkraft an verschiedenen
Stellen desselben erfassen. Auch können zusätzlich Bu der Greiffläche andere Flächen
des Manipulatorkörpers mit einen oder mehreren Wandlerbetätigungsgliedern zum Erfassen
von aus verschiedenen Richtungen auf die Backen einwirkenden Kräften ausgestattet
sein.
-
Die Federeinrichtung kann hinsichtlich der gewünschten elastischen
Eigenschaften ausgewählt sein. Innerhalb ihrer Elastizitätsgrenzen ist das Spannungs-Verformungs-Diagramm
der Federeinrichtung im wesentlichen geradlinig, und bei richtiger Konstruktion
der Blende und Wahl der Wirkkomponenten läßt sich die Wandlerausgangsgröße aus der
Photozelle zur Einwirkkraft im wesentlichen linear proportional gestalten, Durch
Verwendung einer Federeinrichtung von nicht-gleichförmigem Querschnitt läßt sich
ein nicht-lineares Spannungs-Verformung8-Diagramm erzielten, so daß Wandler mit
unterschiedlichem Betriebsverhalten geschaffen werden können. Es dürfte einleuchten,
daß die große nannigfaltigkeit von Federeinrichtung.n, die bei dem Wandler gesäß
der Erfindung verwendet werden können, dem Wandler gemäß der
Erfindung
Inannigfaltige Betriebsbereiche und Betriebseigenschaften eröffnet.
-
Die Manipulatorbacken sind mit Schlupffühlerii ausgestattet, deren
jeder eine von der Backenfläche vorspringende drehbare Scheibe aufweist. Die Scheiben
sind in zueinander und zu den gegenüberstehenden Backenflächen rechtwinkelig ausgericntet
und radialbeweglich gelagert, so daß sie beim Ergreifen eines Gegenstandes zwischen
den Backen in die zugeordneten Backenörper zurücktreten können. Die Scheiben sind
"codiert", beispielsweise durch abwechselnde durchscheinende und undurchsichtige
Flächenbereiche, und an gegenüberliegenden Seiten der Scheibe sind lichtemittierende
und lichtempfindliche Einrichtungen zum Erfassen der Drehbewegungen der Scheiben
angeordnet. Bei der genannten rechtwinkeligen Ausrichtung der Scheiben in der Backenfläche
oder den Backenflächen ist der Schlupf eines gefaßten Gegenstandes in beliebiger
Richtung parallel zu den Backenflächen erfa3bar. Die Auskunft hierüber könnte beispielsweise
dazu verwendet werden, die von den Backen ausgeübte Greifkraft zu erhöhen, um den
Schlupf zu verhindern.
-
Wenn der Manipulator zwei gegeneinander bewegliche Backen aufweist,
kann an dem Backengehäuse zwischen den Backen ein Werkzeughalter oder eine -konsole
für den Angriff an dem Kopf eines T-förmigen Werkzeuggriffes vorgesehen sein, dessen
Schaft zwischen den Backen gefaßt wird.
-
Die Erfindung schafft also einen aus Gelenkgliedern bestehenden Manipulator
mit zwei.Backen, die unter dem Antrieb eines Kraftantriebes, beispielsweise eines
Elektromotors, zwischen einer offenen und einer geschlossenen Stellung zum Ergreifen
von Gegenständen in bezug aufeinander schwenkbar beweglich sind.
-
An den Backen sind ein oder mehrere elektromechanische Wandlereinrichtungen
zum Feststellen von Kraft und Schlupf angeordnet.
-
Die Kraftfühleinrichtungen weisen im Abstand voneinander eine Lichtquelle
und eine lichtempfindliche Einrichtung auf, die an
den Manipulatorbacken
angebracht sind und zwischen denen eine bewegliche Blende oder ein Schirm angeordnet
ist, der die auf die lichteinpfindliche Einrichtung auftreffende Lichtmenge aus
der Lichtquelle steuert. Die Blendenstellung ist ihrerseits durch ein bewegliches
Betätigungsglied an einer Fläche des Manipulators gesteuert, das entgegen der Wirkrichtung
äußerer Kräfte auf dieses mittels einer elastischen Belastungseinrichtung auswärts
belastet ist. Die Blendenstellung und somit die auf die lichtempfindliche Einrichtung
auftreffende Lichtmenge sind zu der Kraft proportional, die erforderlich ist, um
das Betätigungsglied gegen die Federkraft zu bewegen. Für den Betrieb in unterschiedlichen
Bereichen von Betriebsdrücsen und/ oder zur Erzielung unterschiedlicher Charakteristika
der Krafterfassung können unterschiedliche Federeinrichtungen einschließlich zusammengesetzter
Eedereinrichtungen, bestehend aus Teilen mit unterschiedlichem Spannungs-Verformungs-Verhalten
verwendet werden. An jedem Backen können mehrere Kraft fühler auch zum Erfassen
von Kräften auf den Manipulator an anderen Stellen als an den gegenüberliegenden
Backenflächen angeordnet sein.
-
Auch Schlupffühler zum Erfassen des Schlupfes von zwischen den Backen
gefaßten Gegenständen können gemäß der Erfindung vorgesehen sein, und diese können
aus drehbaren Scheiben bestehen, die innerhalb der Backen gelagert sind und deren
Kanten aus den einander zugewendeten Backen herausragen; diese Scheiben wirken als
Codierrädchen, deren Verdrehung durch Codefühleinrichtungen innerhalb der Backen
feststellbar ist. Dabei ist dafür gesorgt, daß eine Verschiebebewegung der Scheiben
in die Backen hinein ohne Erzeugung eines Ausgangssignals ausden Codefühleinrichtungen
möglich ist. Auch werden im folgenden ein Werkzeug und ein Werkzeughalter zur teilweisen
Lagerung eines Werkzeugs zur Anwendung im Verein mit dem Manipulator gezeigt.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise
dargestellt.
-
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen neuen Manipulator gemäß der Erfindung,
in der Teile eines Backens und des Backenbetätigungsmechanismus im Interesse der
Übersichtlichkeit weggelassen bzw. weggebrochen sind; Fig. 2 ist ein Schnitt durch
einen Teil des Manipulators entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 ist eine vergrößerte
Darstellung im Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 zum Veranschaulichen von
KraftwandlerjLund Schlupffühler an dern einen Backen; Fig. 4 isteine auseinandergezogene
vergrößerte Teildarstellung zur Veranschaulichung einer der Wandlereinrichtungen
zur Verwendung bei dem Manipulator; Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform
einer Federeinrichtung als Glied mit dreieckigem Querschnitt zur Verwendung im Verein
mit einem beliebigen der Kraft fühler gemäß der Zeichnung; Fig. 6 ist ein Druckspannungs-Verformungs-Diagramm
der Federeinrichtung gemäß Fig. v; Fig. 7 ist ein vergrößerter Teilschnitt entlang
der Linie 7-7 in Fig. 1 zur Veranschaulichung eines Wandlers und Wandlerbetätigungsmechanismus
an einer Wand eines Backens; Fig. 8 ist eine Seitenteilansicht des Schlupffühlers
gemäß Fig. 1; Fig. 9 ist ein Wellendiagramm zur Veranschaulichung der Ausgangssignale
des Schlupffühlers; Fig. 10 ist'eine Teildraufsicht auf einen Manipulator mit darin
gehaltenem Werkzeug; und
Fi. 11 ist eine Seitenansicht des werkzeugs
gemäß Fig. 10.
-
Wie Fig. 1 zeigt, weist der Manipulator einen Manipulatorabschnitt
10 auf, der durch ein Gewinde 12 mit einem Roboter, einer automatisierten Maschinenanlage,
einem Boden-, Raum-oder Unterwasserfahrzeug o.dgl. (nicht dargestellt), wie sie
heute im Gebrauch sind, koppelbar ist. Der Manipulatorabschnitt 10 ist, wie dargestellt,
durch einen Handgelenkfühler 14 mit einem Getriebekasten 16 gekoppelt, der ein Teil
der Manipulatorhand ist. Der Handgelenkfühler 14 ist in einer Parallelanmeldung
des gleichen Anmelders unter der Bezeichnung "Verfahren und Vorrichtung zur Feststellung
von Kräften und Momenten bei Manipulatoren o.dgl." (AXtenzeichen des Anmelders P-1002)
beschrieben, auf deren Gegenstand ausdrücklich bezug genommen wird.
-
Für die vorliegenden Zwecke ist zu bemerken, daß der Handgelenkfühler
einen Ring 18 aufweist, dessen eine Seite an der Grundplatte 22 des Gehäuses 16
beispielsweise mittels Schrauben 24 befestigt ist, die durch Durchgangslöcher in
der Grundplatte in Gewindelöcher in dem Ring eingeschraubt sind und Ring und Grundplatte
fest miteinander verbinden. An dieser Anordnung ist mittels Schrauben 23 ein Reversionsmotor
20 befestigt. Die Schrauben 23 gehen durch Gewindelöcher in oinentFlansch 25 an
der Grundplatte 22 des Gehäuses 16 hindurch und greifen in Löcher in der Notorgrundplatte
ein. Zwischen der Vorderfläche 27 des Armabschnittes 10 und der hinteren Fläche
28 des Ringes 18 sind elastische Kupplungseinrichtungen 26, beispielsweise Kissen
aus Kautschuk oder ähnlichem elastischem Material durch Kleben, Zementieren oder
in anderer geeigneter Weise befestigt, so daß der Ring 18 mit dem daran befestigten
Getriebegehäuse 16 und dem Motor 20fest mit dem Armabschnitt 10 verbunden ist. Die
elastischen Kupplungseinrichtungen 26 werden bei Übertragung von Kräften über diese
verformt, und neben den KupplMngseinrichtungen angeordnete, nicht dargestellte Fühler
liefern ein Maß der übertragenen Kräfte und Drehmomente.
-
Der Reversionsmotor 20 dient zum Öffnen und Schließen zweier Backen
29, 30 über einen geeigneten Zalin- und Hebeltrieb, der im folgenden beschrieben
wird. Die Rotorwelle 32 erstreckt sich durch. den Ring 18 und eine Öffnung in der
Grundplatte 22 in das Gehäuse 16. Ein Ritzel 34 am vorderen Ende der Motorwelle
kämmt mit zwei einwärtsgerichteten Kegelrädern 36 und 38, die voneinander unabhängig
drehbar an einer Welle 40 gelagert sind, die sich zwischen der oberen und unteren
Wand 42 bzw. 44 des Gehäuses 16 durch dieses erstreckt. In Fig. 1 ist im Interesse
der Übersichtlichkeit die für den leichteren Zusammenbau abnehmbare obere Wand 42
weggebrochen dargestellt. An den Kegelrädern 36 und 38 sind an deren äußeren Seiten
Stirnräder 46 und 48 befestigt oder gebildet, die mit Zahnradsegmenten 50 bzw. 52
kämmen und diese antreiben. Die Zahnradsegmente 50 und 52 sind an Wellen 54 bzw.
56 drehbar gelagert, die sich zwischen der oberen und der unteren Wand des Gehäuses
16 erstrecken.
-
Ein erstes Paar paralleler Lenker 58 und 60 verbindet den einen Backen
29 mit dem Getriebegehäuse 16 und ein ähnliches zweites Paar paralleler Lenker 62
und 64 verbindet den anderen Bakken 30 mit dem Gehäuse. Gehäuseseitig sind die Lenker
58 und 52 an den Wellen 54 bzw. 56 gelenkig gelagert, um die die Zahnradsegmente
schwenken. Die Lenker 60 und 64 sind an Wellen 66 bzw. 68 zwischen den Gehäusewänden
42 und 44 schwenkbar montiert. Die vorderen Enden 58, 60, 62 und 64 sind durch Zapfen
70 mit den Backen 29 und 30 verbunden. Die inneren Lenker 58 und 62 sind zur Aufnahme
der Zahnradsegmente 50 bzw, 52 geschlitzt und an diesen mit Schrauben 72 befestigt.
-
Die Wirkungsweise der Backen 29 und 30 beim Öffnen und Schließen wird
im folgenden, obwohl sie einleuchten dürfte, kurz beschrieben. Wenn der Motor 20
in Tätigkeit gesetzt wird und das Kegelrad 34 antreibt, werden die mit diesem im
Eingriff befindlichen Kegelräder 36 und 38 gegenläufig angetrieben.
-
Diese gegenläufig angetriebenen Kegelräder 36 und 38 treiben nun über
die Stirnräder 46 und 48 die Zahnradsegmente 50 und 52 + (Fig. 2)
gegenläufig
an. Dadurch werden die mit den Zahnradsegmenten verbundenen Lenker 58 und 62 gegenläufig
geschwenkt und schließen bzw. öffnen die Backen. Die Lenker 60 und 64 die zu den
angetriebenen Lenkern 58 und 62 parallel liegen, halten die Backenflächen parallel
ausgerichtet.
-
Im folgenden werden nun die Backen mit den neuen elektromechanischen
Wandlereinrichtungen für die Kraft- und Schlupffeststellung beschrieben. Die Backenkörper
oder -rahmeX für die beiden Backen sind von im wesentlichen gleicher Konstruktion
und weisen, von oben gesehen (Fig. 1) ein im allgemeinen rechteckiges nahes und
ein pyramidenstumpfförmiges fernes Endeauf.
-
Die Backenkörper sind hohl und haben eincentfernbare obere und untere
Wand 76, die spiegelbildlich ausgebildet und der Übersichtlichkeit halber mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind (und von denen die obere Wand des Backens
30 in der Darstellung abgenommen ist). Die hinteren Enden der abnehmbaren Wände
76, die über die hintere Wand 77 des Gehäuses überhängen, bilden eine Lagerung für
die Zapfen 70 der Verbindung derbparallelen Lenker mit dem Gehäuse. In der Darstellung
sind zwei neue Wandlereinrichtungen 78 an der Innenseite jeder der abnehrnbaren
oberen und unteren Wände 76 (Fig. 1) befestigt. In ähnlicher Weise sind an der vorderen
Wand 80, an der geneigten Außenwand 82 am fernen Backenteil und an dem nahen äußeren
Wandteil 84 Wandlereinrichtungen 78 befestigt.
-
Wie dargestellt, sind die einwärts gewendeten Wände 86 der Backen
mit mehreren Wandlereinrichtungei 88 ausgestattet, die von ähnlicher Ausbildung
wie die Wandlereinrichtungen 78 an den anderen Wänden der Backen sind. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel ist eine Anordnung von drei mal sechs (3 x 6) Wandlerbetätigungseinrichtungen,
wie Knöpfen, 90 für die Waudlereinrichtungen 88 an den inneren Backenflächen vorgesehen,
mit deren Hilfe die an den 18 getrennten Stellen flächen zur Wirkung gelangende
Kraft erfaßt werden kann. Ebenfalls innerhalb der Backen sind Schlupffühler 92 von
gleicher
Ausbilduig, jedoch unterschiedlicher Ausrichtung zur beststeljung
des Schlupfes eines Gegenstandes in Längs- und Querrichtung der Backenflächen vorgesehen,
die im folgenden noch eingehender beschrieben werden.
-
Zunächst werden die bei dem Manipulator gemäß der Erfindung vorgesehenen
Kraft-Proportionalwandlereinrichtungen 7 und 88 beschrieben. Von den Wandlereinrichtungen
88 sind zwei in dem Teilschnitt der Fig. 3 und einer in dern vergrößerten, auseinandergezogenen
Ausschnitt der Fig. 4 dargestellt, auf die jetzt bezuggenommen wird. Die olandlereirlrichtung
weist zwei Rumpfteil le 96 und 98 mit axial fluchtenden Öffnungen 102 bzw. 104 auf.
-
Im Gebrauch sind drei solche Paare axial ausgerichteter Offnungen
in den Rumpfgliedern für die Lagerung von drei Xraftfühleinrichtungen vorgesehen.
In die Öffnung 102 ist eine Lichtquelle 106, beispielsweise eine lichtemittierende
Diode, reibungsschlüssig eingesetzt, und in die Öffnung 104 ist eine lichtempfindliche
Einrichtung 108, wie ein Phototransistor,zur Aufnahme von Licht aus der Lichtquelle
106 reibungsschlüssig eingesetzt. Die Öffnungen 102 und 104 sind zur Aufnahme der
zylinderförmigen Lichtquelle bzw. Fühleinrichtung zylindrisch ausgebildet. Vorzugsweise
ist zwischen den Rumpfgliedern eine Lochplatte oder Maske 109 mit rechteckigen Öffnungen
110 eingefügt, die entlang der Lichtstrahlenachsen 112 angeordnet sind und die Lichtstrahlen
auf ein Bündel mit im wesentlichen rechteckigem Querschhitt begrenzen. Die Rumpfglieder
und die Lochplatte sind beispielsweise mittels Schrauben 114, die durch Löcher in
dem Rumpfglied 96 und der Lochplatte 109 hindurchgehen und in Gewindelöcher in dem
Rumpfglied 98 eingreifen,zusammengehalten. In den Rumpfgliedern können außerdem
Löcher 116 für die Aufnahme von Befestigungssehrauben 118 zum Befestigen der Kraftwandler
in den Manipulatorbacken gebildet sein.
-
Offensichtlich können andere Montageeinrichtungen verwendet werden,
um die Wandler an den Backen zu befestigen, wie Riemen, die über die Wandler laufen
und an den Backen befestigt sind.
-
Das Rumpfglied 98 ist, wie dargestellt, mit Schlitzen oder Nuten 120
versehen, die quer zu den Öffnungen 104 von der Oberseite zur Unterseite des Rumpfgliedes
verlaufen. Diese Nuten nehmen Lichtschirme oder Blenden 122 auf, die in jenen quer
zur Lichtachse 112 verschiebbar sind. In der Blende 122 ist eine längliche rechteckige
Lichtdurchlaßöffnung 124 gebildet, die sich allgemein rechtwinkelig zum Schlitz
110 in der Lochplatte erstreckt. Daraus ergibt sich, daß auf den Lichtfühler 108
ein veränderlicher Anteil des Lichtstrahls aus der Lichtquelle 106 auftrifft, dessen
Größe von der Stellung der beweglichen Bende 122 abhängt. Bei der dargestellten
Ausführungsform wird das Licht aus der Lichtquelle im wesentlichen zur Gänze abgefangen,
wenn die Lichtblende aich in ihrer normalen gehobenen Stellung befindet, und bei
der einwärtsgerichteten Bewegung der Sende nimmt die zu dem Licht fühler durchgelassene
Lichtmenge zu. Die Ausgangsstromstärke aus dem Phototransistor 108 nimmt dabei direkt
proportional mit der zunehmenden Lichtaufnahme zu.
-
Der Betätigungsmechanismus für die Betätigung der beweglichen Blenden
oder Schirme 122 enthält die Betätigungsglieder oder Knöpfe 90 an den Greifflächen
der Backen . Wie in Fig, 3 gezeigt, weist jedes der beispielsweise gezeigten Betätigungsglieder
90 einen zylindrisch ausgebildeten Rumpfteil 125 auf, der innerhalb der Öffnungen
126 in den Wänden 86 an den Wirkflächen der Backen axial gleitfähig ist. Die Lichtblenden
122 sind an den Rumpfteilen 125 gebildet oder befestigt und mit diesen gemeinsam
bewegbar. Jedes der Betätigungsglieder weist einen Kopf 128 mit einem Radialflansch
129 an dem Rumpfteil 125 auf. Die. äußeren Enden der Öffnungen 126 sind zur Aufnahme
einer elastischen Federeinrichtung 130 zwischen dem Kopf 128 und dem Boden der Aussparung
für die elastische Belastung der Betätigungsglieder aus der Außenfläche der Wand
86 heraus angesenkt. Zur Erhöhung der Greifkraft der Backen können an den Stirnflächen
der Köpfe Greifglieder 132 aus Kunststoff, Kautschuk oder einem ähnlichen Material
mit hohem Reibungskoeffizienten gegenüber den zu fassenden Gegeuständen verwendet
werden.
-
Bei der dar-estellten Ausführungsform weisen die Greifglieder elastische
Scheiben auf, die in Aussparungen innerhalb der Köpfe getragen sind und von der
Flache derselben vorspringen.
-
Durch eine Verlängerung der Blende 122 innerhalb der Backen erstreckt
sich ein Halte- und Anschlagstift 134, der an dem Wandlerkörper 96 anschlägt und
die Blende und die Betätigungseinrichtung iii der dargestellten Wirkstellung hält.
-
Normalerweise drückt die Federeinrichtung 130 im nicht-niedergedrückten
Zustand der Betätigungsglieder 90 die Lichtblende nach außen, und ihre Bewegung
ist durch den Eingriff des Stiftes 134 mit dem Wandlerkörper begrenzt. In dieser
unbetätigten Stellung nimmt die Öffnung 124 in der Blende eine solche Stellung ein,
daß sie den Lichtfühler 108 im wesentlichen vollständig gegen das Licht aus der
Lichtquelle 106 abschirmt. Wenn die Betätigungseinrichtung 90 durch Einwirkung einer
einwärtsgerichteten Kraft niedergedrückt wird, wird die Blende quer zur Achse des
Lichtstrahls bewegt und läßt Licht aus der Quelle zu dem Fühler durch. Innerhalb
der Elastizitätsgrenze der Federeinrichtung 130 ist die Strecke, über die sich die
Blende 122 beim Niederdrücken der Betätigungseinrichtung 90 verschiebt, zu der einwärtsgerichteten
Kraft auf die Betätigungseinrichtung direkt proportional. Ebenso ist bei der dargestellten
rechteckigen Ausbildung der Öffnungen 110 und 124 in der Lochplatte 109 bzw. dem
Schirm 122 die zum Fühler hindurchgelassene Lichtmenge zu der Betätigungskraft direkt
proportional.
-
Die Federeinrichtung 130 kann aus einer Scheibe aus einem Elastomeren,
beispielsweise aus natürlichem oder synthetischem Kautschuk, Kunststoff o.dgl. bestehen.
Anstatt dessen kann ein Federglied aus Metall oder Kunststoff verwendet werden.
Derartige Materialien können innerhalb ihrer Elastizitätsgrenaen, innerhalb welcher
die Wandler betrieben werden können, ein im wesentlichen gradliniges Druckspannungs-Verformungs-Diagramm
haben.
-
Offensichtlich ist jedoch die Erfindung nicht auf den Betrieb entlang
eines geradlinigen Abschnittes des Druckspannungs-
Verformungs-Diagrasms
der Federeinrichtung beschränkt.
-
Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt das Ausbauen und Auswechseln
der Federeinrichtungen leicht durch einfaches Entfernen der Haltestifte 134 zum
Lösen der Betätigungseinrichtungen.
-
Zur Erweiteruno des Betriebsbereiches und/oder zur Veränderung der
Betriebseigenschaften der Wandler können Federeinrichtungen unterschiedlicher Querschnittsform
oder solche verwendet werden, die aus Binzelteilen von unterschiedlichen elastomeren
figenschaften zusammengesetzt sind. In Fig. 3 ist beispielsweise eine Federeinrichtung
136 mit dreieckigem Querschnitt dargestellt. Fig. 6 zeigt ein Druckspannungs-Verformungs-Diagramm
für das Glied 136, aus dem hervorgeht, daß während der einleitenden Phase der Einwirkung
einer Druckkraft eine größere Verformung je Kraft einheit auftritt, dieses Verhältnis
jedoch mit zunehmender Kraft abnimmt. Ferner können 0Ring verwendet werden, die
in mannigfaltigen Größen und mannigfaltigen Bigenschaften m Handel erhältlich sind.
-
Die Wandlereinrichtungen 78 sind im wesentlichen von gleicher Ausbildung
wie die oben beschriebene Wandlereinrichtung 88. In Fig. 7 ist eine Wandlereinrichtung
78 dargestellt, die aus Rumpfgliedern 96A und 98A, einer dazwischen eingelegten
Lochplatte oder Maske 1O9A, einem beweglichen Lichtscifrm oder einer Blende 122A,
die an dem Rumpfteil 125A eines durch eine Öffnung 126A in der entfernbaren Platte
oder Wand 76 hindurchgehenden Betätigungsgliedes befestigt ist, einer Federeinrichtung
130A zwischen der Platte 144und der Wand 76 und einem Lichtstrahler und einem Licht
fühler 106 bzw. 108 besteht, die in den Rumpfgliedern 96A, 9SA montiert sind. Der
Kopf 1 28A ist in einer Aussparung 142 untergebracht, die an der Innenfläche der
beweglichen Betätigungsplatte 144 am geometrischen Mittelpunkt der Federeinrichtung
130A gebildet ist. Eine Auswärtsbewegung der Platte wird durch an gegenüberliegenden
Kanten derselben gebildete, auswärtsgerichtete Flansche 146 und diese übergreifende
Begrenzungsglieder 148, die an der Wand befestigt sind, begrenzt. Der mit dem Flansch
versehene Bereich der Platte ist
ilmerhalb einer Aussparung 150
beweglich, die an der Außenfläche der Wand 76 gebildet ist. Die Schrauben 152, die
durch die Anschlagglieder 148 und die Wand 76 hindurchgehen, verbinden diese fest
mit dem Backenkörper 74. An der Betätigungsplatte ist mittels Schrauben 156 eine
Deckplatte 154 angebracht.
-
imine Federeinrichtung 157 von geringem Gewicht aus Weichgummi o.dgl.
zwischen dem I(opf 128A und der Wand 76 führt die Blende 122A in ihre gehobene Stellung,
in der sie den Fühler 108 gegen das Licht aus der Lichtquelle 106 abschirmt, zurück,
wenn sich die Betätigungsplatte 144 in nicht-niedergedrücktem Zustand befindet.
Bei dieser Anordnung werden die Blende 122A und die zugeordnete Betätigungseinrichtung
in ihrer Stellung gehalten, ohne daß es eines Haltestiftes ähnlich dem bei der oben
beschriebenen Wandler-einrichtung 38 verwendeten Stift 134 bedarf.
-
Die Kraftwandlereinrichtungen 78 an anderen Stellen der Backen sind
von der gleichen allgemeinen Ausbildung, abgesehen davon, daß Größe und Gestalt
der Betätigungsplatte 144, der Anschlagglieder 148 und der Deckplatte 154 der Größe
und Form des Wandteiles angepaßt sind, an dem die betre t~fenden Wandlereinrichtungen
angebracht sind. Zur Kennzeichnung sind diese ähnlichen Teile mit gleichen Bezugszeichen
und einem unterscheidenden Zusatz bezeichnet, wie 144-1, 144-2 usw., 148-1, 148-2,
usw., bzw.
-
154-1, 154-2, usw.
-
Normalerweise, im nicht niedergedrückten Zustand der Betätigungsplatte
144, drückt die Federeinrichtung 130A die Platte 144 nach außen zur Anlage an dem
Anschlagsglied 148, und die weiche Federeinrichtung 157 drängt den Kopf 128A des
Betätigungsgliedes in die Aussparung 142 in der Platte 144. In diesem unbetätigtem
Zustand befindet sich die Öffnung 124A in der Blende 122A in einer solchen Stellung,
daß sie den Lichtdurchtritt von der Lichtquelle 106 zum Lichtfühler 108 im wesentlichen
zur Gänze verhindert. Wenn nun direkt oberhalb des Kopfes 128A auf das Betätigungsglied
eine Betätigungskraft wirkt, werden die Platte 144 und die daran angebrachte Abdeckung
geradlinig in der Bewegungsrichtung
aer Blende oder des Lichtschirms
bewegt, wobei die Federeinrichtung 130A (und 157) entlang ihrer ganzen Länge gleichmäßig
zusamniengedrückt wird. Wenn die Kraft nicht direkt über dem Kopf 128A (sondern
innerhalb des Bereiches der Projektion der Federeinrichtung 130A) wirksam ist, wird
die Platte 144 geneigt, und die Federeinrichtung 130A wird dort in höherem Maß zusammengedrücktt
wo die Kraft direkt oder am ehesten direkt einwirkt. In beiden Fällen wird bei gleicher
auf die Platte 144 einwirkender Betätigungskraft die Blende 122A um die gleiche
Strecke verschoben. Innerhalb der Elastizitätsgrenze der Federeinrichtung 130A wird
infolgedessen die Strecke um die die Blende 122A beim Niederdrücken der Platte 144
verschoben wird, zu der wirkenden einwärtsgerichteten Kraft direkt proportional
sein. Wie bei der Federeinrichtung 130 erfolgt auch bei der Federeinrichtung 130A
das Ausbauen und Auswechseln, wenn im Bedarfsfalle der Wandler für andere Betribseigenschaften
und/oder einen anderen Betriebsbereich eingerichtet werden soll, leicht und in einfacher
Weise.
-
Es folgt nun eine Beschreibung der Schlupffühler 92. Wie oben bemerkt,
sind die Schlupffühler 92 in den Backen 29 und 30 von gleicher Ausbildung, jedoch
zum Erfassen eines Schlupfes des gefaßten Gegenstandes in beliebiger Richtung in
einer zu den Greifflächen der Backen parallelen Ebene unterschiedlich ausgerichtet.
Zur Erleichterung des Einbaues der Schlupffühler in die Backenkörper sind die Wandlereinrichtungen
88 innerhalb des Backens 29 in der Längsrichtung (unterbrochene Linien in Fig.
-
1) und im Backen 30 in der Querrichtung ausgerichtet. Wie in Fig.
3 und 8 dargestellt, weist der Schlupffühler 92 zwei Lagerglieder 160 auf, die beispielsweise
mittels Schrauben 162 in einem Abstand voneinander an der Backenwand 86 befestigt
sind. An einer in den Lagergliedern 160 drehbar befestigten Welle 166 ist eine Scheibe
164 befestigt, die als Bewegungsfunler und Kodierrad wirkt. Die Welle 166 ist in
Langlöchern 168 in den Lagergliedern 160 gelagert und zusammen mit der daran befestigten
Scheibe 164 durch eine Federeinrichtung 170, beispielsweise durch Glieder
aus
einen Elastomeren, am inneren Ende der Öffnungen derart radial auswärts belastet,
datå die Scheibe von der Greiffläciie der zacken durcil einen Schlitz 172 nach außen
vorspringt. Wenn also ein Ge,<enstand zwischen den Backen gefaßt wird, werden
die Scheiben gelen die kraft der Federeinrichtungen 170 nach innen gedrärlgt. Dabei
bleibt jedoch die Scheibe 164 ohne Rücksicht auf ihre lladialstellung drehbar gelagert.
Zur Belastung der Scheibe I'nneii natiiriich anstelle der elastomeren Glieder 170
andere Einrichtungen, beispielsweise Federn, die auf die Lager der Welle 166 einwirken,
verwendet werden.
-
Die Scheibe kann codiert oder markiert sein, indem darin beispielweise
eine iteihe von radialgerichteten lichtdurchlässigen Bereichen, wie länglichen Schlitzen,
174, vorgesehen sind, durch lichtundurchlässige Bereiche voneinander getrennt sind.
Bei der dargestellten Anordnung ist aus im folgenden ersichtlichen Gründen eine
ungerade Anzahl von Schlitzen vorgesehen. Die Lagerglieder 160 weisen an diagonal
gegenüberliegenden Stellen beiderseits der Enden der länglichen Lagerlöcher 168
axial fluchtende Öffnungen für die Lagerung der Lichtemissionseinrichtungen 176und
178 bzw. der Lichtfühleinrichtungen 180 und 182 an gegenüberliegenden Seiten der
Scheibe 164 in der Gegend der Öffnungen 174 auf. Wenn die Öffnungen 174 mit den
Lichtstrahlenachsen fluchten, lassen sie Licht aus der Lichtquelle hindurch, und
dieses wird von den Lichtfühlern erfaßt. Eine Radialbewegung der Scheibe beim Fassen
eines Gegenstandes hat wegen der Ausbildung der Öffnungen 174 als Längsschlitze
und wegen der örtlichen Anordnung der Lichtemissions- und -fühleinrichtungen in
bezug auf diese im wesentlichen keine Wirkung auf die Ausgangssignale des Fühlers.
-
Tritt hingegen zwischen dem von dem Backen gefaßten Gegenstand und
den Backen ein Schlupf auf, werden je nach Richtung des Schlupfes in bezug auf die
Backen die eine, die andere oder beide Schlupffühlscheiben an den gegenüberstehenden
Backen verdreht. Bei der Drehung einer Scheibe 164 werden von den Fühlern 180 und
182 veränderliche Ausgangdsignale geliefert, die in dem
Schema
der Fig. 9 als Wellenformen 180A und 182A dargestellt sind. Die Fühler 180 und 182
sind im Kranz um den Wirkkreis an£reordnet, so daß die Ausgangssignale des einen
FiiAllers gegenüberdenen des anderen um annähernd 900 vor- oder nacheilen.
-
In dem dellenformendiagramm gemäß Fig. 9 ist die Wellenform, die die
Summe der Spannungen angibt, mit 184 bezeichnet. Bei kenntnis des Scheibendurchmessers
und der Anzahl der darin gebildeten Öffnungen läßt sich jedes der Signale 180A,
182A oder 184 in Impulse nawandeln, deren Anzahl das Ausmaß des Schlupfes a,it.
Es ist auch ersichtlich, daß die Phase der beiden Sir,nale 10A und 182A für die
Richtung; des Schlupfes, d.h. für die Richtung der drehung der Scheibe kennizeichnend
ist. Diese Anwaben hinsichtlich Richtung und Größe der von dem Schlupf eines Gegeilstandes
zwischen den i3acken erzeugten Drehung der Scheiben kann einer (nicht dargestellten)
Mutzungseinrichtung zugeführt werden.
-
Die Leitungen von und zu den Schlupffühlern und Kraftwandlern imerhalb
der Backen können, wie bei 186 in Fig. 1 angedeutet, verdrahtet und von den zacken
zum Gehäuse 16 geführt sein. Linie An£'abe über die Relativstellung der Backen 29
und 30 kann mittels eines Regelwiderstandes oder Potentiometers 190 entwickelt werden,
das mittels Schrauben 192 an der Grundplatte 22 des Gehäuses 16 befestigt und über
Stirnräder 194 mit einem der Zahnradsegmente 50 gekoppelt ist. Die Einstellung des
Potentiometers hängt direkt von der Backenstellung ab, und nicht dargestellte Leitungen
von. diesem Regelwiderstand können durch das Glied 10 nach hinten zum Anschluß an
eine geeignete Nutzungsschaltung geführt sein. Die verschiedenen Signale für Kraft,
Schlupf und Backenstellung, die der neue Manipulator gemäß der Erfindung liefert,
können in dem Fachmann bekannter Weise zu Anzeige-und/oder Steuerungszwecken verwendet
werden.
-
Um den Manipulator noch anpassungsfähiger zu gestalten, kann die Hand
mit einer Werkzeughalteeinrichtung versehen sein, die aus konsolen 194 besteht,
die von der oberen und unteren Vorderkante des Gehäuses 16 vorspringen. Die vorderen
Enden der
konsolen sind, wie bei 196gezeigt, für die Aufnahme des
Kopfes eiiies T-förmigen Griffes 200 eines Werkzeugs 19% geschlitzt (Fig. 10 und
11). das Werkzeug weist einen quergerichteten kopi 20C, der in die Schlitze oder
Einschnitte 196 einsetzbar ist, sowie einen Schaft rnit Kantflächen 202 an gegenüberlietgenden
Seiten für den straffen Angriff der dacken auf. Im dargestellten beispiel ist das
Werkzeug an seinen vorderen Ende iiit einer Schraubenzieherkante ausgestattet. Am
Grund <1er Ausparung 196 Kann ein (nicht dargesteilter) Schalter vorsehen sein,
der anzeigt, da£ der T-förmige Griffknebel rest eingesetzt ist und daß das Werkzeug
nun gefaßt werden Kann. Teil das Werkzeug einwandfrei gefaßt ist, lieferii die inneren
Backenfühler 8 ein Signal. ßei der dargestellten Anordnung ist das Werkzeug straff
gefaßt uiid kann nun ohne Schlupf erheblichen Kräften und Momeiiten ausesetzt sein.
-
ille Erfindung wurde oben eingehend beschrieben, jedoch sinus mannigfaltige
Abweichungen und Abwandlungen, für den Fachman erkennbar, ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken,
möglich.
-
Beispielsweise können die proportional arDeitenden Kraftwandler derart
abgewandelt werden, daß die elastischen Federeinrichtungen an anderer Stelle in
der Konstruktion angeordnet werden konnen. Auch könnnen anstatt i)ruckfedern Zugfedern
verwendet werden. Der Licht schirm kann derart angeordnet sein, daß er bei Betätigung
des Wandlers weniger Licht statt mehr Licht zu dem Lichtfühler durchläßt. Ausserdem
ist eine vollständige Abschirmung gegen das Licht durch die Lichtblende nicht erforderlich,
da die Nutzungsschaltung, der die Ausgangssignale des Lichtfühlers zugeftihrt werden,
derart eingerichtet sein kann, daß sie bei Fehlen einer Betätigungskraft auf die
Wandler vorhandene Ausgangspotentiale elektrisch ausgleicht. Auch braucht von den
Manipulatorbacken der eine beweglich zu sein, und die Schlupf fühler könnten beide
in nur eine Backen angeordnet sein. Ferner könnten die Kraftwandier ohne die Schlupfwandler
und umgekehrt die Schlupfwandler ohne die Kraftwandler vorgesehen sein.
-
Außerdem brauchen Kraftwandler nicht notwendigerweise an
jeder
Fläche der Backen noch in der in der Zeichnung dargestellten Anzahl verwendet zu
werden. Solche und andere Enden rungen und A5wandlungen liegen durchaus innerhalb
des Raiimens des Erfindungsgedankens, der in den folgenden Ansprüchen niedergelegt
ist.
-
Patentansprüche