专利摘要:

公开号:WO1986003156A1
申请号:PCT/EP1985/000637
申请日:1985-11-22
公开日:1986-06-05
发明作者:O. E. Weber
申请人:Richter Hans;
IPC主号:B25J15-00
专利说明:
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[0002] Die Neuerung betrifft eine Greiferhand bei einem Manipu¬ lator , welche aus mehreren der menschlichen Hand nachge- bildeten hohlen Gliedern besteht, die gelenkig miteinander verbunden sind, wobei jedem Glied ein reversibel betätig¬ barer Stellantrieb und ein Sensor zugeordnet ist, zum Programmieren die Sensoren die Bewegungen der Glieder erfassen, die von einer in die Greiferhand eingesetzten menschlichen Hand ausgeführt werden und die Signale der Sensoren das Programm bestimmen, das die Glieder, ge¬ steuert durch den jeweiligen Stellantrieb ausführen, wobei die Greiferhand an einem Arm angeordnet ist, der durch die Bewegungen der Greiferhand programmierbar ist, wenn in die Greiferhand eine menschliche diese Be¬ wegungen ausführende Hand eingesetzt ist und dieser Arm Bewegungen in drei zueinander senkrechten Achsen und Drehbewegungen auszuführen vermag.
[0003] Eine derartige Greiferhand ist in WO 83/02249 dargestellt. Sie ist Teil eines Manipulators, der aus mehreren , dem menschlichen Arm nachgebildeten Armgliedern besteht, die an einem Brustglied angelenkt sind, das von einem Fahrge-
[0004] ERSATZBLATT stell getragen wird. Das Fahrgestell ist an einem Gelenk¬ mechanismus angeordnet, dessen Ende, das dem Fahrgestell abgewandt ist, an einem starren Träger angeordnet ist. In der Gelenkkette zwischen dem starren Träger und der Greiferhand ist jedem Kettenglied ein Stellantrieb und mindestens ein Sensor zugeordnet. Zum Programmieren des Manipulators und der Greiferhand nimmt eine Person auf dem Fahrgestell Platz und führt die zu programmierenden Bewegungen aus. Diese werden von den den Gliedern der Greiferhand zugeordneten Sensoren und den den Ketten¬ gliedern zugeordneten Sensoren erfasst und die von den Sensoren erzeugten Signale werden aufgezeichnet und be¬ stimmen sodann die vom Manipulator und der Greiferhand auszuführenden Bewegungen, jeweils über die Stellantriebe gesteuert.
[0005] Hierbei ist der Manipulator speziell ausgebildet.
[0006] Es sind eine Reihe weiterer Manipulatoren bekannt, die nach dem Prinzip eines Vier- oder Fünfgelenks aufgebaut sind. Ein solcher Manipulator ist beispielsweise dargestellt in der österreichischen Patentschrift 365 503. Es ist bekannt, derartige Manipulatoren mit einem Programmiergriff auszu¬ rüsten, um die Bewegungen des Manipulators programmieren zu können . Der Programmiergriff ist hierbei am letzten Glied des Handhabungsgeräts angeordnet. Beim Programmieren wird der Programmiergriff erfasst und die ihm zugeordneten Sensoren erzeugen Signale, die aufgezeichnet werden und die gleichzeitig die Stellantriebe des Manipulators steuern, wodurch das letzte Glied des Manipulators, an welchem der Programmiergriff angeordnet ist, einer gewünschten Bewegungs» bahn nachgeführt werden kann. Zwei Ausführungsformen eines derartigen Programmiergriffs zeigt die vorgenannte Österreich
[0007] ERSATZBLATT ische Patentschrift 365 503.
[0008] Es besteht die Aufgabe, die vorgenannte Greiferhand so mit einem beliebigen Manipulator zu verbinden, daß mit der Programmierung der Bewegungen der Glieder der Greifer¬ hand gleichzeitig der Manipulator programmierbar ist und dessen Teil , an dem die Greiferhand befestigt ist, Bewegungen ausführt, die die Greiferhand auszuführen hat .
[0009] Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merk¬ malen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
[0010] Die der Lösung zugrunde liegende Problematik sei wie folgt erläutert :
[0011] Den Gliedern der Greiferhand ist jeweils ein Sensor zuge¬ ordnet, der die Bewegungen des ihm zugeordneten Glieds erfasst, wenn dieses von Hand bewegt wird. Die Aufzeichnungen der Signale des Sensors steuern dann dem diesem Glied zugeordneten Stellantrieb.
[0012] Ein Manipulator, dessen Glieder nicht von Hand bewegbar sind und dessen Bewegungen bei der Programmierung mittels eines Programmiergriffes durch dessen Stellantriebe be¬ wirkt werden, erfolgt jedoch auf andere Weise. Die im Programmiergriff angeordneten Sensoren erfassen die von Hand eingeleiteten Bewegungen und setzen diese in elektrische Signale um. Diese elektrischen Signale werden einer Ko¬ ordinatentransformation unterworfen und führen zu Steuer¬ signalen für die einzelnen Stellantriebe des Manipulators. Ist beispielsweise eine senkrechte Bewegung auszuführen, - 4
[0013] dann erzeugt der dieser senkrechten Bewegung zugeordnete Sensor ein Signal, das nach Transformation zu Steuer¬ signalen führt, die mehr als einen Stellantrieb steuern, in deren Zusammenwirken dann die senkrechte Bewegung zustande kommt.
[0014] Diese getrennten Programmierprinzipien können mit der vorliegenden Neuerung vereint werden.
[0015] Zwei Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
[0016] Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte
[0017] Greiferhand und deren Verbindung mit einem Arm des Manipulators mit einer Programmier¬ vorrichtung gem. einer ersten Ausführungs¬ form und
[0018] Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verbin¬ dung unter Verwendung einer Programmier¬ vorrichtung gem. einer zweiten Ausführungs¬ form.
[0019] Aufbau und Wirkungsweise der Greiferhand 1 ist ausführlich in WO 83/02249 dargestellt und erläutert. Es sei deshalb nachfolgend nur die Bewegung eines Daumenfingerkuppen¬ glieds 2 beschrieben. Das Fingerkuppenglied 2 ist über ein Gelenk 3 mit dem Fingerzwischenglied 4 verbunden. Bei d- seits des Gelenks 3 ist am Glied 2 je ein Bowdenzug 5, 6 befestigt. Jeder Bowdenzug 5, 6 führt zu einem hydrau¬ lischen Stellantrieb 7, der aus einem Zylinder mit Kolben besteht, an welchem der Bowdenzug befestigt ist. Weiterhin ist dem Stellantrieb 7 ein Sensor 8 zugeordnet, der die Bewegungen des jeweiligen Bowdenzugs erfasst. - 5 -
[0020] Zum Programmieren wird eine Hand in die Greiferhand 1 eingeführt. Deren Glieder sind zu diesem Zwecke hohl. Wird der Daumen der Hand bewegt, dann werden die Be¬ wegungen beispielsweise des Fingerkuppengliedes 2 auf die den Bowdenzügen 5, 6 zugeordneten Sensoren 8 übertragen, deren Signale aufgezeichnet werden. Diese Signale steuern beim Betrieb der Greiferhand die den Bowdenzügen 5, 6 zugeordneten Stellantriebe 7, wodurch beispiels¬ weise das Fingerkuppengl ied 2 des zuvor von Hand ausge¬ führten und nunmehr programmierten Bewegungen nachvoll¬ zieht.
[0021] Alle Stellantriebe 7 und Sensoren 8 sind auf einem Hand- rücke'nglied 9 angeordnet.
[0022] Mit 10 ist schemat.isch das Ende eines Arms eines beliebigen Manipulators bezeichnet. Mit diesem Armende 10 verbunden ist eine Programmiervorrichtung 11, deren Aufbau nachfolgend hoch erläutert wird. Das dem Armende 10 abgewandte Ende der Programmiervorrichtung 11 weist eine Kupplung 27 auf, mit welcher dieses Programmiervorri chtungsende verbind¬ bar ist mit dem Handrückenglied 9. Parallel zur Programmier¬ vorrichtung 11 verläuft ein starres Verbindungsstück 12 , das mit dem Armende 10 starr verbunden ist. An seinem dem Armende 10 abgewandten Ende ist dieses über eine Kupplung 13 mit einem Kupplungsstück 14 verbunden , das seinerseits über eine Kupplung 15 mit dem Handrückenglied 9 verbunden i st .
[0023] Zum Programmieren wird die Kupplung 15 gelöst und bevor¬ zugt durch Lösen der Kupplung 13 das Kupplungsstück 14 ent- fernt, so daß keine Verbindung zwischen dem Handrücken¬ glied 9 und dem Verbindungsstück 12 besteht. Das Handrücken¬ glied 9 ist jedoch über die Kupplung 27 mit der Programmier¬ vorrichtung 11 verbunden. Ist eine menschliche Hand 16 in die Greiferhand eingesetzt, dann werden deren Bewegungen über die Kupplung 12 auf die Programmiervorrichtung 11 übertragen. Damit sind nicht nur die Glieder der Hand 1 wie vorerwähnt programmierbar sondern auch der Manipulator, an dessen Armende 10 die Greiferhand 1 angeschlossen ist. Die Programmierung des Manipulators erfolgt über die Programmiervorrichtung 11.
[0024] Nach durchgeführter Programmierung wird das Kupplungs¬ stück 14 wieder eingesetzt und das Handrückenglied 9 über, die Kupplungen 13, 15 mit dem Verbindungsstück 12 und damit mit dem Armende 10 starr verbunden. Die von den Sensoren der Programmiervorrichtung 11 erzeugten Signale steuern sodann nach Transformation als aufgezeichnete Steuersignale die Stellantriebe des Manipulators und damit die zuvor durch die Hand 16 eingegebenen Bewegungen des Armendes 10. Die Steuerung der Fingerglieder der Hand 1 erfolgt über die Stellantriebe 7 in Abhängigkeit der zuvor aufgezeichneten Signale der Sensoren 8 , wie bei der Programmierung erzeugt.
[0025] Bevorzugt ist die Verbindung zwischen dem Armende 10 und der Programmiervorrichtung 11 lösbar , in dem eine Kupplung 17 vorgesehen ist. Am Ende des Programmiervorganges und vor dem Einsetzen des Kupplungsstücks 14 wird die Kupplung 27 gelöst und die Greiferhand entfernt. Sodann kann die Programmiervorrichtung 11 vom Armende 10 durch Lösen der Kupplung 17 abgezogen werden, womit sie zur Programmierung weiterer Manipulatoren zur uerfügung steht. Danach wird die Greiferhand 1 wie zuvo eschri eben über die Kupplungen - 7 -
[0026] 13, 15 und das Kupplungsstück 14 mit dem Verbindungs¬ stück 12 verbunden.
[0027] Gemäß Fig. 1 findet eine Programmiervorrichtung 11 An¬ wendung, wie sie als Programmiergriff in der österreichischen Patentschrift 365 503 beschrieben ist. Diese Programmier¬ vorrichtung 11 weist ein Innenteil 18 auf, das starr mit dem Armende 10 verbunden ist. Dieses Innenteil 18 wird umgeben von einer Hülse 19, die mit der Kupplung 27 starr verbunden ist. Zwischen Hülse und Innenteil sind Blattfedern vorgesehen. Jede Feder ist an einem Ende am Innenteil angeordnet und trägt am anderen Ende eine Kugel, gegen welche Anschläge anliegen, die mit der Hülse starr verbunden sind. Jeder Blattfeder sind zwei Sensoren zugeordnet. Der Koordinatenmittelpunkt der Programmier¬ vorrichtung ist mit 20 bezeichnet. Eine Programmierung in Richtung X sei nachfolgend erläutert.
[0028] Mit dem Innenteil 18 sind zwei Bl attfedern 21 , 21 ' ver- bunden die beidseits des Koordinatenmittelpunktes 20 quer zur X-Achse angeordnet sind. Die Kugeln der beiden Blattfedern 21, 21' werden beidseits durch Anschläge 22, 22' und 23, 23' umfasst, welche mit der Hülse 19 ver¬ bunden sind. Beidseits der Blattfeder 21 sind Sensoren
[0029] 24, 24' und beidseits der Blattfeder 21' sind Sensoren
[0030] 25, 25' angeordnet. Wird eine Bewegung in X-Richtung aus¬ geführt, dann werden die Federn 21, 21' verbogen, wodurch die Sensoren 24, 25 zueinander gleich große Signale er¬ zeugen, die unterschiedlich sind zu den zueinander gleich großen Signalen der Sensoren 24', 25' .
[0031] Wird dagegen von der Hand 16 eine Drehbewegung dz um die Achs z ausgeführt ,dann erzeugen die Sensoren 24. 25' zueinander gleich große Signale , die unterschiedlich sind zu den zueinander gleich großen Signalen der Sensoren 24' , 25. Bei den vorerwähnten Bewegungen x und dz wird die Blatt¬ feder 26 nicht beeinflußt, welche die Bewegung in y-Richtung erfasst. Der weitere Aufbau und die Wirkungsweise der Programmiervorrichtung 11 ist der vorerwähnten österreichisc Patentschrift 365 '503 entnehmbar.
[0032] Bei der Programmiervorrichtung 11 nach Fig. 1 handelt es sich um eine solche, bei welcher die Sensoren vergleich¬ bar mit einer elektrischen Parallelschaltung zwischen In.nenteil 18 und Hülse 19 angeordnet sind, derart , daß jeweils ein Sensorenpaar einer Bewegungsrichtung zugeordnet ist und nur dieses Sensorenpaar Signale er¬ zeugt/ wenn eine Bewegung ausgeführt wird, deren Be¬ wegungsrichtung sie zugeordnet sind. Unterschiedlich dazu ist eine Programmiervorrichtung 11' , die schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. Hier ist eine erste Blattfeder 28 mit zugeordneten Sensoren vorgesehen, die einerseits mit dem Armende andererseits mit einem Verbindungsstück verbunden ist.. In Verlängerung des Verbindungsstücks ist eine zweite Blattfeder 29 mit zugeordneten Sensoren vorgesehe dere Ebene rechtwinklig zur Ebene der Blattfeder 29 verläuft. Diese Blattfeder 29 ist über ein weiteres Verbindungsstück verbunden mit einer Blattfeder 30 mit zugeordneten Sensoren, deren Ebene rechtwinklig zu den Ebenen der Blattfedern 28, 29 verläuft. Diese Blattfeder 30 ist sodann verbunden mit der Kupplung 27. Werden Be¬ wegungen der Hand 16 über die Kupplung 27 auf die Programmier Vorrichtung 11' eingeleitet, dann erzeugen die den Blattfedern 28, 29 , 30 zugeordneten Sensoren Signale, die jedoch für die Bewegungsrichtungen einander über¬ lagert sind. Bei einer Bewegung um die z-Achse beispiels¬ weise werden die Federn 28, 30 verbogen, wodurch die entsprechenden Sensoren Signale erzeugen, die an¬ schließend einer Entkoppelung bedürfen.
[0033] An der Programmiervorrichtung 11 ist ein Tastenschalter 31 vorgesehen, der als Totschalter dient und während der Programmierer von einem Finger der anderen Hand der programmierenden Person betätigt wird. Tritt bei der Programmierung eine Fehlbewegung des Manipu¬ lators auf, dann wird durch Freigabe des Tastenschalters 31 der gesamte Antrieb des Manipulators schlagartig still gesetzt .
权利要求:
Claims

Ansprüche
Greiferhand bei einem Manipulator , welche aus mehreren der menschlichen Hand nachgebildeten hohlen Gliedern besteht, die gelenkig miteinander verbunden sind, wobei jedem Glied ein Reversibel betätigbarer Stellantrieb und ein Sensor zugeordnet ist, zum Programmieren die Sensoren die Bewegungen der Glieder erfassen, die von einer in die Greiferhand eingesetzten menschlichen Hand ausgeführt werden und die Signale der Sensoren das Programm bestimmen, das die Glieder, gesteuert durch den jeweiligen Stellantrieb, ausführen, wobei die Greiferhand an einem Arm angeordnet ist, der durch die Bewegungen der Greiferhand programmierbar ist, wenn in die Greiferhand eine menschliche , diese Bewegungen ausführende Hand eingesetzt ist und diese Armbewegungen in drei zueinander senkrechten Achsen und Drehbewegungen auszuführen vermag, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß am Arm (10) eine Programmier vorrichtung (11, 11') und parallel dazu ein starres Verbindungsstück (12) vorgesehen sind, das dem Arm (10) abgewandte Ende des Verbindungsstücks (12) eine erste Kupplung (15) aufweist, das dem Arm (10) abge¬ wandte Ende der Programmiervorrichtung (11, 11') mit dem dem Arm (10) zugewandten letzten Glied (9) der Greiferhand (1) verbunden ist und dieses Glied (9) über die erste Kupplung (15) mit dem Verbindungsstück (12) lösbar verbindbar ist. 2. Greiferhand nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß das dem Arm (10) abgewandte Ende der Programmiervorrichtung (11, 11') eine zweite Kupplung (27) aufweist, mit der die Programmiervor¬ richtung (11, 11') lösbar mit dem letzten Glied (9) verbunden ist.
3. Greiferhand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Programmiervor¬ richtung (11, 11') lösbar mit dem Arm (10) ver¬ bunden ist.
4. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Program i ervor-
. richtung (11, 11') für jede Bewegungsrichtung des Armes (10) mindestens einen Sensor (z.B. 24, 24', 25, 25') aufwei st .
5. Greiferhand nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n - z e i c h n e t , daß das Verbindungsstück (12) ein etwa dreiecksförmiges Kupplungsteil (14) trägt, das über eine dritte Kupplung (13) mit dem Verbindungs¬ stück (12) lösbar verbunden ist und das die erste Kupplung (15) trägt.
6. Greiferhand nach ' einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kupplungen (13, 1 27) Schraubkupplungen sind.
7. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das letzte Glied (9) das Handrückenglied ist. - 12 -
3. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Pro¬ grammiervorrichtung (11) ein mit dem Arm (10) starr verbindbares Innenteil (18) und eine das Innenteil (18) übergreifende Hülse (19) aufweist, welche mit dem letzten Glied (9) verbindbar ist und zwischen Innenteil (18) und Hülse (19) die Sensoren (z.B. 24, 24', 25, 25') angeordnet sind.
9. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da¬ durch g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Programmiervorrichtung (11, 11') ein Tastenschalter (31) angeordnet ist.
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