CN102652050A - 可利用流体运行的操纵器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可利用流体运行的由多个沿着延伸曲线(10)以堆叠的方式布置的操纵器节段(5;70;80)形成的操纵器，操纵器节段(5;70;80)分别包括至少一个联结板(19;73)和至少两个横向于延伸曲线(10)成间距地布置在联结板(19;73)处的以在流体方面分离的方式构造的流体腔(20;71;81)，其中，流体腔(20;37;71)的每一个具有至少一个可弹性地变形的壁区域(25;72)，该壁区域(25;72)构造成，在利用流体加载各个流体腔(20;37;71)时使的流体腔(20;37;71)的体积变化成为可能以用于基本上平行于延伸曲线(10)的线性运动，并且其中，联结板(19;73)的主延伸面(26)设置成用于至少基本上垂直于延伸曲线(10)布置。根据本发明设置成，至少两个流体腔(20;71;81)与至少一个联结板(19;73)一起构造成单件。
Description
技术领域
本发明涉及一种可利用流体运行的包括多个沿着延伸曲线以堆叠的方式布置的操纵器节段(Manipulatorsegment)的操纵器，操纵器节段分别包括至少一个联结板和至少两个横向于延伸曲线成间距地布置在联结板处的以在流体方面分离的方式构造的流体腔，其中，流体腔的每一个具有至少一个可弹性地变形的壁区域，其构造成，在利用流体加载各个流体腔时使流体腔体积变化成为可能以用于基本上平行于延伸曲线的线性运动，并且其中，联结板的主延伸面设置成用于至少基本上垂直于延伸曲线布置。
背景技术
从文件DE 198 33 340 A1中已知蠕虫状的工作机械，其可摆动并且可在其长度上调整。该工作机械包括三个执行器，其分别由一系列彼此贴靠的盒(Tasche)或垫组成并且可填充有气体的或液体的压力介质。由柔性的、易弯曲的(biegeschlaffen)材料制成的执行器安装在形状稳定的支撑结构处，其用于保持执行器的间距并且对于确定工作机械的外部的形状具有影响力。
文件WO96/35877公开了一种操纵机构，其由多个彼此成行的形状稳定的承载元件和沿着承载元件的堆叠方向构造的、由易弯曲的材料制成的泵器械构建而成。通过利用压力流体为泵元件的至少一个加载压力，可实现操纵器械的弯曲。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可利用流体运行的操纵器，其具有简单的结构形式。
该目的针对带有权利要求1的特征的开头提及的类型的流体的操纵器而实现。在此设置成，至少两个流体腔与至少一个联结板一起构造成单件。
通过使流体腔与联结板设计成单件，可如此设计在流体腔的可弹性地变形的壁区域和形状稳定的联结板之间的力流(Kraftfluss)，即，避免在可弹性地变形的壁区域中的应力峰值，从而在大量载荷循环(Lastspielen)之后也保证操纵器的耐久性。优选地，通过材料强度的变化一方面预设可弹性地变形的壁区域的变形特性以及另一方面预设形状稳定的联结板的变形特性。补充地，在形状稳定的联结板处也可构造三维的支撑结构、尤其地框架结构，以用于在重量小和材料消耗低的情况下实现高的刚性。流体腔和联结板的单件的实施方案的另一正面的效果在于，可简单地设计流体腔的密封，因为由于单件的实施方案，尤其地在流体腔和联结板之间的过渡处不需要附加的密封措施。尤其地，当流体腔和联结板在共同的制造过程中由相同的材料制成时，将流体腔和联结板称为单件。
本发明的有利的改进方案为从属权利要求的对象。
适宜的是，流体腔的优选地可弹性地变形的壁区域构造成用于尤其地以单件的形式连接相邻地布置的联结板。由此，流体腔具有双重功能，因为除了在利用流体加载时提供至少基本上线性的伸展运动之外，其也用于机械地连接邻近的联结板。由此，可取消附加的外部的和/或内部的支撑结构，从而就此保证根据本发明的操纵器的简单的结构。优选地，流体腔的壁区域至少几乎可完全地弹性变形，以便在利用液态的或气态的流体进行压力加载时至少可使流体腔的显著的一部分变形以用于流体腔的体积变化。相应地，如此实施联结板，即，在压力加载流体腔时联结板不经历明显的外形变化，并且由此联结板可称为形状稳定的。流体腔与彼此相邻的联结板构造成单件的方案是尤其有利的。由此，可取消在流体腔和联结板之间高成本的密封措施。此外，通过单件的设计方案以简单的方式保证在流体腔和联结板之间的力传递。
有利的是，邻近的操纵器节段的沿着延伸曲线布置的流体腔以流通的方式相互连接。由此，以简单的方式使通过共同的输入管路利用压力流体共同地加载多个流体腔成为可能。通过流体加载可引起各个流体腔的体积变化，其表现为流体腔的伸展或压缩并且可通过该体积变化至少基本上平行于延伸曲线引起流体腔的长度变化。
在本发明的改进方案中设置成，以在流体方面分离地且可独立地操控的方式构造邻近的操纵器节段的沿着延伸曲线布置的流体腔。利用可选择地操控流体上分离的流体腔，可实现操纵器的尤其灵敏的偏转。此外，可通过恒定的压力加载将操纵器的单个的流体腔保持在预定的体积或长度伸展上，由此例如可在可预定的空间方向预加载操纵器。
有利的是，在联结板的径向地位于外部的表面处构造有至少一个引导器件以用于容纳曲率传感器(Krümmungssensor)的传感构件。由此，使至少一个曲率传感器在操纵器处简单的且成本最适宜的安装成为可能。借助于该曲率传感器例如可获得在两个联结板之间的操纵器的局部的弯曲或操纵器在其总长度或其长度的一部分上的局部的弯曲。优选地，引导器件设置成用于容纳用于测量长度的传感构件(例如应变片、线性电位计、励磁线圈组件)或与长度测量装置相联结的拉索(Seilzug)。
在本发明的另一设计方案中设置成，利用生成式制造方法(generativen Herstellungsverfahren，也称为快速原型成型制造方法(rapid prototype production))(例如借助于选择性激光烧结)制造操纵器节段。生成式制造方法为原型成型方法(Urformverfahren)，在其中，通过将能量引入无形状的物质(例如反应树脂(Reaktionsharz)或塑料或金属粉末)中直接地且在不应用模具的情况下尤其地以成层的方式制造操纵器节段。这种方法例如为选择性激光烧结，在其中，激光光束使薄的粉末层通过局部地熔化连接成连续的结构。在应用生成式制造方法时有利的是，可以简单的方式通过改变用于制造过程的数据记录(例如CAD数据)改变操纵器节段的几何形状。由此，实现用于针对操纵器节段的根据应用情况特定的变型的高的灵活性。此外，在使用生成式制造方法时可以简单的方式制造底切的(hinterschnitten)几何形状。
适宜的是，操纵器节段的由流体腔和联结板确定的横截面构造成在相应地垂直于延伸曲线取向的横截面平面中沿着延伸曲线逐渐变细。通过彼此成行的操纵器节段沿着延伸曲线逐渐变细，实现用于操纵器的重量优化。优选地，在操纵器的远侧的、即远离操纵器的锚定部位的区段(在该处尤其地安装有工具或工具架)处设置比在操纵器的近侧的、直接邻近锚定部位的区段处更小的用于操纵器节段的横截面。这与这样的事实有关，即，除了待从操纵器传递到工具或工件上的力，附加地在近侧的区段处也必须承载远侧的区段的重力。
有利的是，联结板具有布置在流体腔之间的凹口，其优选地构造成用于沿着延伸曲线使供给线路(Versorgungsleitung)通过。凹口使供给线路、尤其地流体的和/或电的供给线路布置在操纵器的中性纤维(neutrale
Faser)附近成为可能。中性纤维为操纵器的这样的延伸曲线，即，其在操纵器弯曲时不经历长度变化。通过供给线路布置在中性纤维附近，在操纵器弯曲时，在供给线路和限制凹口的联结板之间仅仅发生小的相对运动，这有利地影响用于操纵器的运动阻力和供给线路的磨损。
优选地，流体腔的至少一个可弹性地变形的、构造在邻近的联结板之间的壁区域构造成波纹管形、优选地旋转对称、尤其地带有双S的轮廓。由此，可实现在各个流体腔的最小和最大伸展(尤其地在长度伸展方向上)之间的有利的比例。在最小的伸展(其例如也可用作中间位置)时流体腔的可弹性地变形的壁区域也具有这样的邻近的部分区段，即，其面法线优选地包夹锐角。在流体腔的体积变化(在其中从最小的伸展起出现流体腔的长度变化)时可弹性地变形的壁区域的邻近的部分区段相对于彼此倾斜。在达到最大伸展时，邻近的部分区段的面法线至少几乎平行地取向。
在本发明的改进方案中设置成，如此构造流体腔，即，对于平行于延伸曲线取向的力其具有线性的变形阻力，该线性的变形阻力明显小于针对横向于延伸曲线取向的力的线性的变形阻力。这通过流体腔的尤其地可弹性地变形的壁区域的合适的材料选择和几何的尺寸设计实现。优选地，如此构造流体腔，即，在压力加载时其最大外形变化平行于延伸曲线取向，并且在延伸曲线的方向上的线性的变形阻力为横向于延伸曲线的线性的变形阻力的一部分、优选地小于50%、尤其地小于20%。由此保证，操纵器具有针对围绕延伸曲线的扭矩的高的抗扭强度。这种类型的扭矩导致对流体腔的剪切力负载(Schubbelastung)。然而，由于流体腔的在负载方向上高的线性的变形阻力，该剪切力负载仅仅引起流体腔很小的变形。
在本发明的改进方案中设置成，将多个操纵器节段连接成操纵器区段，该操纵器区段在至少一个端部区域处具有连结部，其构造成用于安装在另一操纵器区段的对应地实施的连结部处。优选地，由至少两个可分别彼此无关地以流体的方式加载的操纵器区段形成操纵器。由此，例如可调整操纵器的S形的弯曲。
优选地，邻近地布置的操纵器区段分别具有至少两个可分离地操控的流体腔。由此，可实现各个操纵器区段分别在至少一个运动平面中、优选地在两个、尤其地彼此垂直地取向的运动平面中偏转。尤其优选地，设置三个、尤其地以均匀的角分度(Winkelteilung)布置的流体腔用于至少一个操纵器区段，可分离地操纵这些流体腔并且这些流体腔使操纵器区段的端部区域在球形的运动空间中偏转成为可能。
适宜的是，流体地相互联结的流体腔分别关联有至少一个阀装置。优选地，阀装置布置在操纵器区段旁边，并且通过至少一个例如可构造成独立的软管或集成到流体腔或联结板中的通道的流体管路与相应流体腔处于流通的连接中。
在本发明的改进方案中设置成，阀装置与控制装置电联结，控制装置构造成用于操控阀装置并且借助于至少一个与至少一个操纵器区段相关联的曲率传感器设定成用于操纵器区段的端部区域的位置调节。控制装置通过与阀装置相联结实现通过借助于阀装置实施的选择性地压力加载流体腔来使至少一个操纵器区段有目的地变形。为了使操纵器的远侧的端部区域在三维的空间中可尽可能精确地定位在可预定的部位处成为可能，设置用于端部区域的位置调节，在其中控制装置使用由至少一个曲率传感器提供的曲率信号。优选地，无线地、例如通过无线电连接进行在阀装置和控制装置之间的通讯。
有利的是，至少一个流体腔与回位器件相关联，如此构造该回位器件，即，其辅助流体腔的与柔性的壁区域的通过压力加载引起的伸展运动相反的回位运动。借助于回位器件可提高操纵器的运动动力特性(Bewegungsdynamik)，因为加速了从各个流体腔的通过流体腔的压力加载引起的伸展位置中到流体腔在无内部的压力加载的情况下占据的中间位置中的回位运动。这尤其地归因于，除了由于流体腔的弹性的变形而在柔性的壁区域中储存的复原能(Rückverformungsenergie)，附加地还通过回位器件提供附加的复原能。由此，与在没有相应的回位器件的情况下的弹性的复原相比，可在更短的时间内进行在回位运动中进行的弹性的壁区域的弹性的复原，由此实现期望的动力特性的改进。这尤其地表现为操纵器的更高的运动速度。此外，如果如此应用操纵器，即，流体腔的自重在未发生压力加载的情况下(例如在将操纵器悬挂在空间覆盖物(Raumdecke)处时)导致流体腔至少部分地伸展，在合适的设计方案中回位器件也可用于至少部分地补偿操纵器的自重。
尤其优选地，回位器件构造成用于提供回位力，其作用在流体腔之内和/或在邻近的流体腔之间。回位器件例如可构造成用于在相对的柔性的壁区域之间或在柔性的壁区域和设计成刚性的壁区域之间的力传递。回位器件也可在两个或多个流体腔上延伸。优选地，流体腔沿着延伸曲线彼此成行并且回位器件与相应端侧的流体腔相连接。优选地，回位器件也与这样的流体腔相联结，即，其在行中串在布置在端侧的流体腔之间。回位器件的回位力或者可作为在各个流体腔中的内力或者可作为在邻近的流体腔之间的内力或外力起作用。
在本发明的有利的改进方案中设置成，回位器件包括至少一个弹性装置，其在流体腔之内安装在邻近的、尤其地在相对的壁区域处。利用例如可为盘簧(Spiralfeder)或螺旋弹簧(Wendelfeder)的弹性装置，可以简单的方式提供期望的回位力。通过布置在各个流体腔之内，不需要用于弹性装置的附加的结构空间。弹性装置可为线性的、累减地或累加地作用的弹簧。
优选地，回位器件包括至少一个这样的弹性装置，即，其使邻近的、尤其地直接邻近的流体腔和/或联结板相互连接。当应以可更换的方式构造弹性装置例如以使得弹性装置的弹性特性可与操纵器的不同的应用情况相匹配时，这是有利的。
有利的是，弹性装置具有带有中性纤维的包络几何形状(Hüllgeometrie)，其构造成在几何形状方面与延伸曲线的对应的区段相似。由此保证，弹性装置在操纵器的至少几乎所有运行状态中紧凑地贴靠在操纵器处，并且由此不具有对操纵器的空间伸展的负面影响。
适宜的是，尤其地以单件的方式模制在流体腔处和/或在联结板处的固定区域构造成用于安装弹性装置。该固定区域构造成用于优选地形状配合地安装弹性装置并且使在邻近的、尤其地直接邻近的流通腔或联结板之间的有利的力传递成为可能。例如，固定区域可构造成孔眼，弹性装置的、尤其地螺旋弹簧的弹簧端部可悬挂到该孔眼中。
在本发明的改进方案中，弹性装置与至少一个流体腔和/或联结板一起构造成单件。相应的弹性装置可布置在流体腔的外表面处并且补充地或备选地可构造在由流体腔限制的体积区段中。优选地，以生成式制造过程尤其地以激光烧结过程与各个流体腔一起或与流体腔和联结板的组一起制造弹性装置。尤其优选地，弹性装置如此与各个流体腔或流体腔的组的弹性特性相匹配，即，弹性装置在流体腔的无压力的静止位置中具有预紧，其导致流体腔的优选的位置。
有利的是，回位器件包括真空装置(Unterdruckeinrichtung)，其构造成用于在流体腔的至少一个处提供真空(Unterdruck)。除了弹性装置的作用外，附加地或备选地，借助于真空装置可通过对流体腔或流体腔的组进行真空加载实现回位力。此外，在真空加载流体腔时发生主动的放气，从而可更快地从流体腔中抽出容纳在流体腔中的流体体积并且已经由此引起流体腔更快地回位到中间位置中。通过更快地使流体腔放气的组合的效果和附加地可能的利用真空加载流体腔以使得可导致流体腔的可预定的优选位置，可以有利的方式提高操纵器的动力特性。
优选地，真空装置与阀装置、尤其地与阀装置的排气通道流体地相连接，以用于使取决于阀位置真空加载相关联的流体腔成为可能。由此，实现在真空装置和各个流体腔或流体腔的组之间有利的流体的联结。不需要用于将真空提供到流体腔处或流体腔的组处的附加的流体管路，相反地可能的是，通过唯一的流体管路将整个流体供给和流体导出分别引导到流体腔中或从流体腔中引导出来。
有利的是，真空装置构造成用于通过控制装置操控，以使得取决于各个阀装置的运行状态提供真空成为可能。由此，可分别在这样的时刻有目的地提供真空，即当设置相应地相关联的流体腔或流体腔的组回位时。这通过控制装置协调，其相应于真空需求操控真空装置。例如，真空装置可为根据喷射器原理工作的真空源，其在利用压力加载的流体流通时将真空提供到各个流体腔或流体腔的组处。优选地，在这种情况中，通过与控制装置有效连接的阀器件控制真空装置的用压力加载的流体的供给，从而总地可保证操纵器的高能效的运行。
附图说明
在图纸中示出本发明的有利的实施形式。其中：
图1显示了在功能状态中的由三个操纵器区段构建的操纵器的示意性的图示，
图2显示了由多个单件地彼此成行的操纵器节段构建的操纵器区段的透视的图示，
图3显示了根据图2的操纵器区段的截面图，
图4显示了用于连接彼此邻接的操纵器区段的连结部的剖切的细节图，
图5显示了以剖切的方式示出的操纵器区段的第二实施形式，以及
图6显示了以剖切的方式示出的操纵器区段的第三实施形式。
具体实施方式
在图1中示出的操纵器1构造成长鼻形或蠕虫形，并且示例性地由三个串联布置的操纵器区段2构建而成。操纵器1用于定位可安装在远侧的端部区域3处的、未示出的工具架、工件支撑部或工具。操纵器节段2的每一个可通过加载下述详细解释的流体腔绕两个彼此垂直地取向的运动轴线弯曲。此外，在合适地操控时，各个操纵器区段2在轴向的延伸方向上延长或缩短是可能的。由此，操纵器区段2的每一个使各个远侧的端部区域在由两个彼此同心地取向的球壳区段(Kugelschalenabschnitt)限制的运动空间中运动成为可能。在操纵器1的该实施形式中，通过三个操纵器区段2的联结可利用操纵器1的远侧的端部区域3的彼此不同的定向操控在三维的空间中的部位，由此保证对于不同的操作目的灵活地应用操纵器1。
如在图1中仅仅示意性地指出的并且下述针对图2和3详细解释的那样，操纵器区段2的每一个由多个彼此成行的(aneinander gereiht)且单件地相互连接的操纵器节段5构建而成。在操纵器节段5的径向地位于外部的表面区域处分别(尤其地以单件的方式)构造有示例性地构造成引导孔眼的引导器件6。引导器件6用于引导传感构件7，其示例性地构造成拉索。传感构件7与端侧地布置在操纵器1的近侧的端部区域4处的曲率传感器8相联结并且固定在远侧的端部区域3的连结盘9处。
优选地，曲率传感器8构造成位置传感器(Wegmeßsensor)并且获得在操纵器1运动时各个传感构件7的与曲率相关的相对运动，以用于从中产生位置信息。在操纵器1的所示出的实施形式中设置两个曲率传感器8，其优选地以相对于延伸曲线10相同的径向间距和相同的角分度而布置。优选地，延伸曲线10与操纵器1的中性纤维一致，该中性纤维为在操纵器1的内部中的这样的空间中的线，即，在操纵器区段2弯曲时其不经历长度变化。中性纤维和延伸曲线10的形状随着操纵器区段2的曲率变化。在操纵器1的未示出的中性位置中(在其中所有操纵器区段2位于未弯曲的状态中)，中性纤维和延伸曲线10沿着直线伸延。
曲率传感器8通过连接线路11与控制装置12电连接，控制装置12处理曲率传感器8的长度信息。控制装置12从长度信息中获得与远侧的端部区域3在三维的空间中的位置相关的以及与远侧的端部区域3相对于其空间的位置取向相关的位置信息。控制装置12可将该位置信息与由未详细示出的压力传感器提供的压力值相比较，该压力传感器与各个操纵器区段2的流体腔相关联并且使通过控制装置获得取向信息成为可能。
从取向信息(其相应于相关联的操纵器区段2的相应的曲率的粗略测定)与位置信息的比较(Abgleich)中进行合理性检查。由此，可确保(absichern)由控制装置获得的位置信息并且将其用作用于操纵器1的线路规划的可靠的基础，以用于例如使远侧的端部区域从当前位置中运动到新的位置中。为此，控制装置12操纵多个阀装置15，其通过连接线路与控制装置12电连接并且构造成用于阻断或释放到操纵器区段2的下文详细描述的流体腔处的压力加载的流体、尤其地压缩空气。
阀装置15的每一个在输入侧与压缩空气源16相联结并且在输出侧与压缩空气软管17相连接。示例性地设置成，压缩空气软管17通过可在图2中看出的中央的凹口18被引导到各个流体腔。通过流体软管17布置在操纵器的中性纤维附近，即使在操纵器区段2强烈弯曲时也不需要或者仅仅需要稍微重新定位(Nachführung)流体软管17，以用于平衡操纵器1的可能的长度变化。
从图1至3中可看出，操纵器1构造成沿着延伸曲线10逐渐变细。由此实现用于操纵器1的重量优化，因为在远侧的端部区域3处主要必须吸收未示出的工具或工件的反作用力，而在近侧的端部区域4处必须附加地吸收通过远侧的端部区域3的重力引起的力。
如从图2和3中得到的那样，由多个沿着延伸曲线10彼此成行的操纵器节段5以单件的形式构建所示出的操纵器区段2。如在图2和3中显示的那样，在示例性的操纵器区段2的中间位置中，延伸曲线10沿着直线伸延。在操纵器区段的未示出的实施形式中在中间位置中可在一个或两个空间方向上弯曲地构造延伸曲线。
对于操纵器区段2的结构的以下解释假设，操纵器节段5分别包括一个联结板19和三个安置在联结板19上的流体腔20。在图3中通过点划线21和22指出由此确定的操纵器节段5的边界。然而，在此仅仅涉及多个可能的用于操纵器节5的界限中的一个。在操纵器区段2的所示出的实施形式中，基本上通过三个在此构造成圆环形的支撑环23和连接支撑环23的桥接部24确定联结板19。桥接部24在径向地位于内部的区域中限制凹口18的中心，例如在图1中示意性地指出的压缩空气软管17可在中性纤维附近被引导通过凹口18。如此设计支撑环23和桥接部24的尺寸，即，在根据规定使用操纵器1时通过在此出现的力不使或者仅仅在非常小的程度上使支撑环23和桥接部24变形，以使得始终可保证操纵器1的可明确预测的外形。在此，由实心的材料制成支撑环23和桥接部24。支撑环23和桥接部24的面对以单件的形式模制的流体腔20的表面形成主延伸面26，其面法线平行于延伸曲线10取向。
与用于操纵器区段2的加工方法相关地，尤其地在使用生成式制造方法(例如选择性激光烧结)时，支撑环23和/或桥接部24也可局部地具有凹处，例如以蜂窝状结构的形式，以使得在基本上同样的稳定性时可保证更快的制造和更小的重量。
如从图3的截面图中得到的那样，单件地布置在联结板19上的流体腔20具有比支撑环23和桥接部24明显更小的壁厚。示例性地，流体腔20实施成在其整个延伸上带有恒定的壁厚，并且由此具有可连续地弹性变形的壁区域25。示例性地，壁区域25在所示出的中间位置中实施成以旋转对称的方式带有双S形的轮廓的波纹管的形式。由此，在利用压力加载的流体、尤其地压缩空气加载流体腔20时，可实现流体腔20的大的体积变化。在体积变化时，发生壁区域的弹性的变形，其导致各个流体腔20的长度变化。由于每个操纵器节段5的示例性地三个流体腔20借助于联结板19的运动学的联结，可实现邻接到流体腔20的端部区域处的操纵器节段5的联结板19的倾斜或者联结板19的线性的运动。在利用同样的压力加载一个或两个流体腔20时，其经历长度变化，而剩下的两个流体腔20或剩下的一个流体腔20由于壁区域25的弹性特性至少几乎不经历长度变化。由此，使联结板19相对于邻近的联结板19倾斜。如果利用相同的流体压力加载所有三个流体腔20，同样所有三个流体腔经历相同的长度变化，从而引起邻近的联结板19的线性的相对运动。
在操纵器区段2的当前实施形式中，邻近的操纵器节段5的串联地沿着延伸曲线10布置的流体腔20以连通的方式相互连接，从而其形成通过的压力腔28。在操纵器区段的未示出的实施形式中，操纵器节段的例如三个流体腔分别构造成在流体方面相互分离并且可与邻近的操纵器节段的流体腔隔开地利用流体加载。
在图2和3中示出的操纵器区段2在图1中示出的操纵器1中形成近侧的端部并且为了该目的具有锚定板29，其构造成操纵器节段5的形式并且同样载有三个流体腔20。在面向外的端侧处，锚定板29构造成用于固定在未示出的锚定面处。该锚定面例如可为工业机器人的端部区段或者刚性的机架或者车辆的表面。在锚定板29中构造有在此实施成孔的流体联接部30以用于压力腔28的每一个，未示出的压缩空气软管17可联接在该流体联接部30处。
在图2和3中示出的操纵器区段2的与锚定板29相反的端部区域处构造有第一连结部31，其设置成用于连结到在图4中局部地示出的第二连结部32处。第一连结部31具有与联结板19相似的轮廓，其中，代替支撑环23设置覆盖盘33，其分别密封地封闭邻接的流体腔20。在第一连结部31的面向外的上侧处分别构造有联结环34。该联结环34示例性地布置成与流体腔20同心，并且在此分别具有四个在径向的方向上伸延的且示例性地以相同的角分度布置的螺纹孔35。联结环34与在此构造成相对于各个流体腔20同心的、径向地位于尾部的、环绕的对中凸缘36一起限制容纳槽37。
设置成用于联结到在图2和3中示出的操纵器节段2处的未示出的操纵器节段的第二连结部32包括对中环38，其设置成用于容纳在容纳槽37中，如这在根据图4的截面图中显示的那样。对中环38具有未示出的布置成与螺纹孔35同心的通过孔，其使两个连结部31和32的螺纹连接成为可能。为了使接近用于连接连结部31,32的未示出的螺栓的螺栓头部成为可能，在对中凸缘36处且以相同的方式在第二连结部32的未示出的端面处分别设置有半圆柱形的凹口39。在第一连结部处构造有穿过对中凸缘36和联结环34的半圆柱形的软管通道40，其相应地同样以未示出的方式设置在第二连结部32中。软管通道40使在图4中以虚线指出的压缩空气软管通过第二连结部32的接近孔41通向到操纵器节段2的压力腔28中成为可能。在此，通过在软管通道40和接近孔41之间的强制弯曲可靠地锁止压缩空气软管17。
在图5和6中以局部的方式示出的操纵器区段70,80以与在图1至3中示出的操纵器区段2,34相同的方式由彼此成行的流体腔71,81构建而成。在操纵器节段70中，在流体腔71中分别布置有在联结板73之间延伸的且示例性地与联结板73和柔性的壁区域72构造成单件的弹性装置75。弹性装置75示例性地构造成螺旋形的拉力弹簧，其将拉力引入到相应地邻近的联结板73上。优选地，如此构造弹性装置75，即，其在流体腔71的所示出的静止位置中也具有预紧，预紧抵抗与通过流体腔71的压力加载引起的伸展运动。在流体腔71的这种类型的压力加载时，流体腔71在轴向的方向上沿着延伸曲线10伸展，由此也进行弹性装置75的伸展，由此提高其内应力，从而在邻近的联结板73之间的拉力同样尤其地线性地增加。由此将期望的回位力施加到各个流体腔71上。
通过已经结合图1描述的由控制装置12、阀装置15、压缩空气源16以及压缩空气软管17组成的组件实现流体腔71的流体供给。在图5中示出的实施例中，附加地设置真空装置90，其例如可根据喷射器原理构建。真空装置90如阀装置15那样通过连接线路11与控制装置12电联结并且联接到从压缩空气源16引出的供给线路91处。优选地，真空装置90配备有未示出的内部的阀以用于阻断或释放通过供给线路91提供的压缩空气，从而取决于从控制装置12到真空装置80处的切换信号通过真空管路82将真空提供到阀装置15的空气排出联接部处。
例如，当应使与阀装置12流体地相联结的流体腔71放气以使得应从未示出的长度伸展的膨胀位置中回到在图5中示出的静止位置中时，由控制装置12激活真空装置90以用于提供真空。真空装置90为更快速地使流体腔71放气做出贡献。此外也可设置成，借助于真空装置90利用这样的真空加载流体腔71，即，其小于包围操纵器节段70的大气的压力，以使得由此实现更快速地占据中间位置。由此，可实现用于操纵器的尤其高的运动动力。在图5中示出的弹性装置75和真空装置90可以组合的形式或单个地安装在相应的操纵器节段70处，在图5中当前共同的图示不应给出这样的暗示，即，仅仅可共同地设置这两个不同的回位器件。
与如在图5中示出的操纵器节段70的第二实施形式不同地，在图6中示出的操纵器节段80的第三实施形式具有布置在外部的弹性装置85,86。优选地，以二选一的方式应用该弹性装置85,86，然而也可如在图6中示出的那样以混合的结构形式设置该弹性装置85,86。虽然在根据图5的操纵器节段70中弹性装置75与联结板73和壁区域72构造成单件，在根据图6的实施形式中设置弹性装置85,86的分立的实施方案。为了有利地安装弹性装置85,86，在联结板83处设置有横向于延伸曲线10伸出的孔眼86，其分别具有用于形状配合地容纳各个弹性装置85,96的端部区域的孔。示例性地，弹性装置85,86为螺旋弹簧，其具有柱形的包络线87，其中性纤维88在几何方面与延伸曲线10相似地伸延。如同样在根据图5的实施形式中那样，在根据图6的实施形式中，可通过真空装置90补充流体腔81的流体供给。
Claims (24)
1. 一种可利用流体运行的操纵器，其由多个沿着延伸曲线(10)以堆叠的方式布置的操纵器节段(5;70;80)形成，所述操纵器节段(5;70;80)分别包括至少一个联结板(19;73)和至少两个横向于所述延伸曲线(10)成间距地布置在所述联结板(19;73)处的在流体方面分离的方式构造的流体腔(20;71;81)，其中，所述流体腔(20;37;71)的每一个具有至少一个可弹性地变形的壁区域(25;72)，所述壁区域(25;72)构造成，在利用流体加载各个流体腔(20;37;71)时使流体腔(20;37;71)的体积变化成为可能以用于基本上平行于所述延伸曲线(10)的线性运动，并且其中，所述联结板(19;73)的主延伸面(26)设置成用于至少基本上垂直于所述延伸曲线(10)布置，其特征在于，所述至少两个流体腔(20;71;81)与所述至少一个联结板(19;73)一起构造成单件。
2. 根据权利要求1所述的操纵器，其特征在于，所述流体腔(20;37;71)的优选地可弹性地变形的壁区域(25;72)构造成用于尤其地以单件的形式连接相邻地布置的联结板(19;73)。
3. 根据权利要求1或2所述的操纵器，其特征在于，邻近的操纵器节段(5;70;80)的沿着所述延伸曲线(10)布置的流体腔(20;37;71)以流通的方式相互连接。
4. 根据权利要求1或2所述的操纵器，其特征在于，以在流体方面分离且可独立地操控的方式构造邻近的操纵器节段(5;70;80)的沿着所述延伸曲线(10)布置的流体腔(20;37;71)。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，在所述联结板(19;73)的径向地位于外部的表面处构造有至少一个引导器件(6)以用于容纳曲率传感器(8)的传感构件(7)。
6. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，利用生成式制造方法、尤其地借助于选择性激光烧结制造所述操纵器节段(5;70;80)。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述操纵器节段(5;70;80)的由所述流体腔(20;37;71)和所述联结板(19;73)确定的横截面在相应地垂直于所述延伸曲线(10)取向的横截面平面中构造成沿着所述延伸曲线(10)逐渐变细。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述联结板(19;73)具有布置在所述流体腔(20;37;71)之间的凹口(18)，所述凹口(18)优选地构造成用于沿着所述延伸曲线(10)使供给线路(17)通过。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述流体腔(20;37;71)的至少一个可弹性地变形的、构造在邻近的联结板(19;73)之间的壁区域(25;72)构造成波纹管形、优选地旋转对称、尤其地带有双S的轮廓。
10. 根据前述权利要求之任一项所述的操纵器，其特征在于，如此构造所述流体腔(20;37;71)，即，对于平行于所述延伸曲线(10)取向的力所述流体腔(20;37;71)具有线性的变形阻力，该变形阻力明显小于用于横向于所述延伸曲线(10)取向的力的线性的变形阻力。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，将多个操纵器节段(5;70;80)连接成操纵器区段(2)，所述操纵器区段(2)在至少一个端部区域(3)处具有连结部(31)，所述连结部(31)构造成用于安装在另一操纵器区段(2)的对应地实施的连结部(32)处。
12. 根据权利要求10所述的操纵器，其特征在于，邻近地布置的操纵器区段(2)分别具有至少两个可分离地操控的流体腔(20)。
13. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述流体地相互联结的流体腔(20)分别关联有至少一个阀装置(15)。
14. 根据权利要求13所述的操纵器，其特征在于，所述阀装置(15)与控制装置(12)电联结，所述控制装置(12)构造成用于操控所述阀装置(15)并且所述控制装置(12)借助于至少一个与至少一个操纵器区段(2)相关联的曲率传感器(8)设定成用于所述操纵器区段的端部区域的位置调节。
15. 根据前述权利要求中任一项所述的操纵器，其特征在于，至少一个流体腔(20;37;71)关联有回位器件(75;85;90)，如此构造所述回位器件(75;85;90)，即，所述回位器件辅助所述流体腔(20;37;71)的与所述柔性的壁区域(38;72)的通过压力加载引起的伸展运动相反的回位运动。
16. 根据权利要求15所述的操纵器，其特征在于，所述回位器件(75;85;90)构造成用于提供回位力，该回位力作用在所述流体腔(20;37;71)之内和/或邻近的流体腔(20;37;71)之间。
17. 根据权利要求15或16所述的操纵器，其特征在于，所述回位器件(75;85;90)包括至少一个弹性装置，该弹性装置布置在所述流体腔(20;37;71)之内、优选地安装在邻近的、尤其地相对的壁区域(25;38;72)处。
18. 根据权利要求15,16或17所述的操纵器，其特征在于，所述回位器件(75;85;90)包括至少一个弹性装置，该弹性装置使邻近的、尤其地直接邻近的流体腔(20;37;71)和/或联结板(19;73)相互连接。
19. 根据权利要求17或18所述的操纵器，其特征在于，所述弹性装置(75;85)具有带有中性纤维(98)的包络几何形状(97)，所述中性纤维(98)构造成在几何方面与所述延伸曲线(10)的对应的区段相似。
20. 根据权利要求17,18或19所述的操纵器，其特征在于，尤其地以单件的方式模制在所述流体腔(20;37;71)处和/或所述联结板(19;73)处的固定区域(96)构造成用于安装所述弹性装置(85)。
21. 根据权利要求17,18或19所述的操纵器，其特征在于，所述弹性装置(75)与至少一个流体腔(20;37;71)和/或联结板(19;73)一起构造成单件。
22. 根据权利要求15至21中任一项所述的操纵器，其特征在于，所述回位器件包括真空装置(90)，该真空装置(90)构造成用于在所述流体腔(20;37;71)的至少一个处提供真空。
23. 根据权利要22所述的操纵器，其特征在于，所述真空装置(90)流体地与所述阀装置(15)、尤其地与所述阀装置(15)的空气排出通道相连接，以用于使取决于阀位置真空加载相关联的流体腔(20;37;71)成为可能。
24. 根据权利要求22或23所述的操纵器，其特征在于，所述真空装置(90)构造成用于通过所述控制装置(12)进行操控，以使得取决于各个阀装置(15)的运行状态提供真空成为可能。
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