DE8434357U1

DE8434357U1 - Greiferhand bei einem manipulator

Info

Publication number: DE8434357U1
Application number: DE19848434357U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-11-23
Filing date: 1984-11-23
Publication date: 1985-04-04
Also published as: WO1986003156A1; EP0203156A1; US4740126A; EP0203156B1

Description

Die Neuerung bistrifft eine 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 programmierbarist, wenn in die Greiferhand eine menschliche diese Bewegungen ausführende Hand eingesetzt ist und dieser Arm Bewegungen in drei zueinander senkrechten Achsen und Drehbewegungen auszuführen vermag.

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-

-5-

8880/49 .5J₄.'.** ,22.,

ch-ha

1984

stell getragen wird, Das Fahrgestell ist an einem Gelenkmechanismus 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 Programmierer» 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 Kettengliedern zugeordneten Sensoren erfasst und die von den Sensoren erzeugten Signale werden aufgezeichnet und bestimmen sodann die vom Manipulator und der Greiferhand auszuführenden Bewegungen, jeweils über die Stel1 antriebe gesteuert.

Hierbei ist der Manipulator speziell ausgebildet.

\ Es sind eine Reihe weiterer Manipulatoren bekannt, d'e 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 auszurüsten, 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 Bewegungsbahn nachgeführt werden kann. Zwei Ausführungsformen eines

S derartigen Programmiergriffs zeigt die vorgenannte Österreich·

-6-

8880/49 c h - h ä

«It til

1(11 I I I ■ I I ItI

¹⁹⁸⁴

ische Patentschrift 365 503,

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.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen de?· Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Die der Lösung zugrunde liegende Problematik sei wie folgt erläutert:

Den Gliedern der Greiferhand ist jeweils ein Sensor zugeordnet, 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.

Ein Manipulator, dessen Glieder nicht von Hand bewegbar sind und dessen Bewegungen bei der Programmierung mittels eines Programmiergriffes durch dessen Stellantriebe bewirkt 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 Koordinatentransformation unterworfen und führen zu Steuersignalen für die einzelnen Stellantriebe des Manipulators. Ist beispielsweise eine senkrechte Bewegung auszuführen,

-7-

■ β

• ·

■ ••ti

8880/49 "⁷~ ·'■·'^ΙΙ22. 'RtiVembeV'1984

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. '

Diese getrennten Programmierprinzipien können mit der ; vorliegenden Neuerung vereint werden. \

Zwei Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte

Greiferhand und deren Verbindung mit einem Arm des Manipulators mit einer Programmiervorrichtung gern, einer ersten Ausführungs- ■, form und

Fig. 2 eine schematische Darstellung der Verbindung unter Verwendung einer Programmiervorrichtung gem. einer zweiten Ausführungsform.

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. Beidseits des Gelenks 3 ist am Glied 2 je ein Bowdenzug 5* 6 befestigt. Jeder Bowdenzug 5, 6 führt zu einem hydraulischen 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 f Bewegungen des jeweiligen Bowdönzugs erfasst.

-8-

8880/49 -8- .:..".,· .:. .ft2\^:,fjovqiTiber 1984

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 Bewegungen 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 beispielsweise das Fingerkuppenglied 2des zuvor von Hand ausgeführten und nunmehr programmierten Bewegungen nachvollzieht .

Alle Stellantriebe 7 und,Sensoren 8 sind auf einem Handrückenglied 9 angeordnet.

Mit 10 ist schematisch das Ende eines Arms eines beliebigen Manipulators bezeichnet. Mit diesem Armende 10 verbunden ist eine Programmiervorrichtung 11, deren Aufbau nachfolgend noch erläutert wird. Das dem Armende 10 abgewandte Ende der Programmiervorrichtung 11 weist eine Kupplung 27 auf, mit welcher dieses Programmiervorrichtungsende verbindbar ist mit dem Handrückenglied 9. Parallel zur Programmiervorrichtung 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 ist.

Zum Programmieren wird die Kupplung 15 gelöst und bevorzugt durch Lösen der Kupplung 13 das Kupplungsstück 14 ent-

-9-

"·· till I₁₁₁

• I I

·. Ill ι

■ I V

■ ■ It

8880/49 -⁹" 22. 'November 1984

ch-ha

fernt, so daß keine Verbindung zwischen dem Handrückenglied 9 und dem Verbindungsstück 12 besteht. Das Handrückenglied 9 ist jedoch über die Kupplung 27 mit der Programmiervorrichtung 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 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.,

Nach durchgeführter Programmierung wird das Kupplungssti'ck 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.

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 Verfügung steht. Danach wird die Greiferhand 1 wie zuvor beschrieben über die Kupplungen

J J «··! Il I I I I ι .

" 10-

'Vl
■% _m _<β _rr

8880/49 "¹⁰V \ . *:2^i yo>e>ii^,r 1984

13, 15 und das Kupplungsstück 14 mit dem Verbindungsstück 12 verbunden.

Gemäß Fig. 1 findet eine Programmiervorrichtung 11 Anwendung, wie sie als Programmiergriff in der österreichischen Patentschrift 365 503 beschrieben ist. Diese Programmiervorrichtung 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 Programmiervorrichtung ist mit 20 bezeichnet. Eine Programmierung in Richtung X sei nachfolgend erläutert.

ι Mit dem Innenteil 18 sind zwei Blattfedern 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 verbunden sind. Beidseits der Blattfeder 21 sind Sensoren

24, 24' und beidseits der Blattfeder 21' sind Sensoren

25, 25' angeordnet. Wird eine Bewegung in X-Richtung ausgeführt, dann werden die Federn 21, ZV verbogen, wodurch d^J»e Sensoren 24, 25 zueinander gleich große Signale erzeugen, die unterschiedlich sind zu den zueinander gleichgroßen Signalen der Sensoren 24¹, 25'.

' Wird dagegen von der Hand 16 eine Drehbewegung dz um die Achse

ζ ausgeführt,dann erzeugen die Sensoren 24, 25' zueinander

-11-

It t I II I

• · ti

• I I I I I « I

'ti. November 1984

gleich große Signale , die unterschiedlich sind zu den
zueinander gleich großen Signalen der Sensoren 24', 25.
Bei den vorerwähnten ßewegungen χ und dz wird die Blattfeder 26 nicht beeinflußt, welche die Bewegung in y-Richtung

erfasst. Der weitere Aufbau und die Wirkungsweise der

ψ. Programmiervorrichtung 11 ist der vorerwähnten österreichischen;

Patentschrift 365 503 entnehmbar. I

ά Bei der Programmiervorrichtung 11 nach Fig. 1 handelt es si

sich um eine solche, bei welcher die Sensoren vergleich- f bar mit einer elektrischen Parallelschaltung zwischen I Innenteil 18 und Hülse 19 angeordnet sind, derart , |;_;

daß jeweils ein Sensorenpaar einer Bewegungsrichtung
zugeordnet ist und nur dieses Sensorenpaar Signale erzeugt/ wenn eine Bewegung ausgeführt wird, deren Bewegungsrichtung sie zugeordnet sind. Unterschiedlich dazu
ist eine Programmiervorrichtung II¹ , 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 vorgesehen,! dere Ebene rechtwinklig zur Ebene der Blattfeder 29 |

verläuft. Diese Blattfeder 29 ist über ein weiteres I

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 Programmiervorrichtung II¹ eingeleitet, dann erzeugen die den
Blattfedern 28, 29 , 30 zugeordneten Sensoren Signale,
die jedoch für die Bewegungsrichtungen einander überlagert sind. Bei einer Bewegung um die z-Achse beispielsweise werden die Federn 28, 30 verbogen, wodurch die

-12-

4 * f * · t e * % i t

• · tt (f I« 14 0

• · ' « I P O (■

• · * 'IC A[i j

• · · tr

8880/49 -12- 22. November 1984

entsprechenden Serisoren Signale Erzeugen, die anschließend eitler Entkoppelung bedürfen.

An der Programmiervorrichtung 11 ist ein Tastenschalter 31 vorgesehen, der als Totschaltiir dient und während der Programmierer von einem Finger der anderen Hand der programmierenden Person betätigt wird. Tritt bei der Programmierung eine Fehlbewegung des Manipulators auf, dann wird durch Freigabe des Tastenschalters 31 der gesamte Antrieb des Manipulators schlagartig still· gesetzt.

Claims

DipL-Ing.

RolfCharrier

Patentanwalt

Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

D-89C0 Augsbuig 31

Telefon 0821/36015+3 6016

Telex 53 3 275

Postscheckkonto: München Nr. 154789-801 ΑΠΙΠ.: Ing. Hans Richter

8880/49 Augsburg, den 22. November 1984

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 gekennzeichnet, daß am Arm (10) eine Programmiervorrichtung (11, II¹) 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) abgewandte Ende der Programmiervorrichtung (11, II¹) 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 Verbindungsstuck (12) lösbar verbindbar ist.

8880/49 -2"..'..· 2|. davember 51984
2. Greiferhand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Arm (10) abgewandte Ende der Programmiervorrichtung (11, II¹) eine zweite Kupplung (27) aufweist, mit der die Programmiervorrichtung (11, 11^!) lösbar mit dem letzten Glied (9) verbunden ist.
3. Greiferhand nach Anspruch 1 gder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmiervorrichtung (11, II¹) lösbar mit dem Arm (10) verbunden ist.
4. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmiervorrichtung (11, II¹} für jede Bewegungsrichtung des Armes (10) mindestens einen Sensor (z.B. 24, 24', 25, 25') aufweist.
5. Greiferhand nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Verbindungsstück (12) ein etwa dreiecksförmiges Kupplungsteil (14) trägt, das über eine dritte Kupplung (13) mit dem Verbindungsstück (12) lösbar verbunden ist und das die erste Kupplung (15) trägt.
6. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen (13„ 27) Schraubk'jpplungen sind.
7. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 6» dadurch gekennzeichnet, daß das letzte Glied (9) das Handrückeng! ied ist.

8880/49

-20

i i ■ > · I

I I t I ι

No<vemb'er 1984

c h - h a
8. Greiferhand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmiervorrichtung (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, dadurch gekennzeichnet, daß an der Programmiervorrichtung (11* II¹) ein Tastenschalter (31) angeordnet ist.

-4-