-
Die Erfindung betrifft eine Roboter-Hand mit Handbasis und an dieser befestigbaren Fingern.
-
Eine Roboter-Hand ist ein Instrument, das vielfältig eingesetzt werden kann. Üblicherweise sind die Finger-Oberflächen aus demselben Material wie die Hand, vorzugsweise Aluminium oder harte Kunststoffe. Fingerspitzen sind teilweise gummiert oder mit einem gummierten Materialüberzug versehen, um eine verbesserte Reibung beispielsweise zum Greifen von Gegenständen zu erreichen. Anpassungen an spezielle Umgebungen sind im allgemeinen bereits in die spezielle Ausführung und Mechanik einer Roboter-Hand eingebunden, so beispielsweise bei der NA-SA-Hand.
-
Im allgemeinen ergeben sich die Oberflächen von Roboter-Händen bereits meistens aus der Form der für die Hardware bzw. Mechanik der Roboter-Hand wesentlichen Bauteile, die dann allenfalls noch mit zusätzlichen Abdeckteilen kombiniert werden, welche verhindern sollen, dass beispielsweise Fremdteile in das Innere einer Roboter-Hand gelangen.
-
Da, wie vorstehend erwähnt, irgendwelche Anpassungen an spezielle Umgebungen fest in die Konstruktion der Roboter-Hand eingebunden sind, ist eine Anpassung einer Roboter-Hand an andere Aufgaben mit einem Neuaufbau der Roboter-Hand gleichzusetzen.
-
Zur Überbrückung eines Gelenks mit einem Freiheitsgrad werden flexible Leiterfolien verwendet, die jedoch nur in einer Richtung und zwar in Längsrichtung der Leiterfolie gebogen werden können. Gelenke mit zwei Freiheitsgraden werden mit Kabeln überbrückt. Zum Kontaktieren der Kabel ist zusätzlicher Platz erforderlich. Ferner müssen an den Kabelenden Stecker angebracht werden. Die Energieübertragung über Schleifkontakte vorzunehmen, ist ebenfalls nachteilig, da wiederum der Platzbedarf groß ist und Schleifkontakte obendrein einem Verschleiß unterliegen.
-
US 3,818,122 A beschreibt eine flexible Leiterfolie mit einer Vielzahl von Leiterbahnen und einstückig ausgebildeten streifenförmigen Leiterfolien-Abschnitten. Dabei ist zwischen einzelnen Leiterbahnenbündeln bzw. allen Leiterbahnen einer Leiterfolie parallel zu den Leiterbahnen verlaufende Schnitte eingebracht. Hierdurch wird die Flexibilität der Leiterbahn in mehrere Richtungen bzw. die Ebenen der Leiterfolie erhöht.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Roboterhand so auszubilden, dass sie eine sichere Datenübertragung über Gelenke mit einem bzw. zwei Freiheitsgraden gewährleistet ist. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 sowie in den unmittelbar und mittelbar auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen gelöst.
-
Um mit einer Roboter-Hand vielfältige Aufgaben im Hinblick auf unterschiedliche Anforderungen zu erfüllen, ist bevorzugt die jeweilige Handbasis entsprechend an die an eine Roboter-Hand gestellten Anforderungen geformt und ausgebildet. Ferner sind an der Handbasis befestigbare Finger modular aufgebaut.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist insbesondere auf der bestückten Roboter-Hand sowie den modular aufgebauten Fingern eine an unterschiedliche Aufgaben angepasste, abnehmbare Hülle mit entsprechender Oberflächenausführung vorgesehen. In vorteilhafter Weise kann die Hülle ein- oder mehrlagig ausgeführt sein, wobei vorzugsweise nur die oberste Lage abnehmbar ausgeführt sein kann.
-
Um beispielsweise eine Roboter-Hand im Servicebereich einzusetzen, sollte ihre Oberfläche angenehm anzufassen sein und ein gefälliges Erscheinungsbild haben. Eine Roboter-Hand für einen Einsatz in einem für Menschen gefährlichen Umfeld muss entsprechend robust ausgeführt sein und zusätzlich eine speziell an diese gefährliche Umgebung angepasste Oberfläche besitzen. Um mit der Roboter-Hand Gegenstände mit glatter Oberfläche zu greifen und zu heben, muss die Oberfläche der Hülle bzw. die oberste Lage einer Hülle besonders rutschfest ausgebildet sein.
-
Um ein Gelenk mit zwei Freiheitsgraden überbrücken zu können, sind gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung rechtwinklig zueinander ausgerichtete, einstückig ausgebildete streifenförmige Leiterfolien-Abschnitte vorgesehen, wobei die parallel zueinander laufenden Leiterbahnen dem Verlauf der Leiterfolien-Abschnitte angepasst sind. Aufgrund dieser Ausbildung der Leiterfolien-Abschnitte ist es ermöglicht, den einen Leiterfolien-Abschnitt in der einen Richtung und den anderen Leiterfolien-Abschnitt in einer dazu senkrecht verlaufenden Richtung zu biegen.
-
Aufgrund dieser Ausbildung der rechtwinklig zueinander ausgerichteten Leiterfolien-Abschnitte ist ein Verdrehen der Leiterfolien nicht mehr erforderlich und es besteht auch nicht die Gefahr, dass Leiterfolien durch Knicken beschädigt bzw. Leiterbahnen durch Knicken brechen und dadurch unterbrochen werden.
-
Um ein Verdrehen bis zu einem gewissen Grad zu ermöglichen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, entweder zwischen nur jede zweite oder dritte Leiterbahn einer Leiterfolie parallel zu den Leiterbahnen verlaufende Schlitze einzubringen, oder wenn eine höhere Flexibilität der Leiterbahnen hinsichtlich einer Verdrehung (Torsion) sinnvoll erscheint, können die Schnitte zwischen allen Leiterbahnen vorgesehen werden.
-
Da der zur Verfügung stehende Raum in Gelenken oft sehr beschränkt ist, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, einen streifenförmigen Leiterfolien-Abschnitt in einem in Richtung der Fingermodul-Längsachse verlaufenden Schlitz in einer ein derartiges Gelenk abdeckenden Schale unterzubringen.
-
Hierzu wird gemäß der Erfindung durch Falten parallel und mittig zu einer streifenförmigen Leiterfolie ein stegförmiger Folienabschnitt geschaffen. Um im Bereich des stegförmigen Folienabschnitts ein Brechen der Folie auszuschließen, ist in den stegförmigen Bereich zusätzlich ein Schlitz eingebracht. In vorteilhafter Weise sind die Leiterbahnen so aufgebracht, dass sie Faltkanten jeweils unter rechtem Winkel queren.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1a und 1b in Draufsicht sowie in einer Schnittansicht eine in herkömmlicher Weise ausgeführte Handbasis mit daran angebrachten Fingern;
- 2a bis 2d verschiedene Ausbildungsformen einer an entsprechende Aufgaben und Anforderungen angepasste Handbasis;
- 3 den Bereich eines durch eine Schale abgedeckten Gelenks eines Fingermoduls;
- 4a in Draufsicht eine für ein Falten vorbereitete Leiterfolie;
- 4b und 4c in einer Seitenansicht und einer Draufsicht eine gefaltete Leiterfolie, und
- 5 in Draufsicht rechtwinklig zueinander ausgerichtete Leiterfolien-Abschnitte.
-
In 1a und 1b ist in Draufsicht und in Vorderansicht eine herkömmliche in sich ebene Handbasis 1 schematisch wiedergegeben, an welcher ebenfalls schematisch wiedergegebene Finger 2 befestigt sind. Ferner ist über eine Schwenkeinheit 3 ein mit den Fingern 2 entsprechender Daumen dargestellt.
-
In 2a ist in einer schematischen Vorderansicht eine gebogene bzw. gewölbte Handbasis 1a wiedergegeben, an welcher drei Fingermodule 2 unmittelbar befestigt sind und ein sogenannter baugleicher Daumen-Fingermodul 2 über eine Schwenkeinheit 3 angeschlossen ist.
-
Ebenfalls in einer Vorderansicht ist in 2b eine dreigeteilte Handbasis 1b wiedergegeben, wobei die einzelnen Handbasis-Abschnitte unter einem spitzen Winkel, beispielsweise einem Winkel von 60° zueinander angeordnet sind.
-
In 2c ist ebenfalls in Draufsicht eine schmale Handbasis 1c wiedergegeben, auf welcher ein gebeugt dargestellter Fingermodul 2 sowie über eine Schwenkeinheit 3 ein ebenfalls gebeugter Fingermodul 2 angebracht sind.
-
In 2d ist in einer schematischen Darstellung ein einer Handbasis entsprechendes gewölbtes Basiselement 1e wiedergegeben, an dessen Oberseite gegebenenfalls auch Unterseite insgesamt sechs Fingermodule 2 befestigt sind.
-
In 3 ist ein Gelenkabschnitt eines angedeuteten Fingermoduls 2 dargestellt, wobei das Gelenk durch eine schalenförmige Abdeckung 8 abgedeckt ist. In Richtung der Fingermodul-Längsachse ist ein schmaler Schlitz 7 ausgebildet.
-
In 4a ist in Draufsicht eine Leiterfolie 5 mit auf ihr aufgebrachten Leiterbahnen 6 dargestellt. In der Mitte der Leiterbahn ist eine gestrichelt wiedergegebene Mittellinie angegeben. Ferner sind quer und unter spitzem Winkel zu dieser Mittellinie verschiedene Faltlinien 10 gestrichelt angedeutet. Im Bereich der zur Mittellinie unter spitzem Winkel angeordneten Faltlinien 10 sind Leiterbahnabschnitte 6a dargestellt, die unter rechtem Winkel zu den vorerwähnten Faltlinien 10 verlaufen. Durch diesen Verlauf ist einem Brechen oder Knicken der entsprechenden Leiterbahnen wirksam vorgebeugt.
-
Mit dem Bezugszeichen 9 ist ein Steg bzw. stegförmiger Leiterfolien-Abschnitt bezeichnet, der in Richtung der Mittellinie längs geschlitzt ist. Durch den Längsschlitz 11 ist sichergestellt, dass die von dem stegförmigen Leiterfolien-Abschnitt 9 weggehenden Folienbereiche im gefalteten Zustand eng aneinander anliegen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Leiterfolie 5 an dieser Stelle knicken bzw. brechen würde.
-
Während der Endmontage eines Fingermoduls 2 werden vor dem Aufsetzen der schalenförmigen Abdeckung 8 der stegförmige Abschnitt 9 in den Schlitz 7 eingeführt; der eine angrenzende Abschnitt der Leiterbahn 5 wird in den in 3 oberen Teil des Fingermoduls 2 eingeführt, während der andere in 4a untere Teil in den unteren Teil des Fingermoduls 2 eingebracht wird. Auf diese Weise kann die entsprechend 4a bis 4c gefaltete Leiterfolie 5 problemlos unter der schalenförmigen Abdeckung 8 untergebracht werden, ohne dass die Leiterfolie 5 verformt werden muss, und ohne dass ein Beugen des Fingermoduls 2 in irgend einer Weise beeinträchtigt wird.
-
In 5 sind zum Überbrücken einer nicht dargestellten Gelenkeinheit mit zwei Freiheitsgraden einstückig ausgebildete streifenförmige Leiterfolien-Abschnitte 5a, 5b dargestellt, die, wie der Draufsicht in 5 zu entnehmen ist, rechtwinklig ausgerichtet sind. Auf den Leiterfolien-Abschnitten 5a und 5b sind parallel zueinander verlaufende Leiterbahnen 6 so aufgebracht, dass sie dem Verlauf der Leiterfolien-Abschnitte angepasst sind. Im Bereich einer gestrichelt eingetragenen Linie sind die Leiterbahnen 6 rechtwinklig auf die Leiterfolie 5a, 5b aufgebracht.
-
Aufgrund dieser Ausbildung der Leiterfolien-Abschnitte 5a und 5b sowie der Anordnung der Leiterbahnen ist sichergestellt, dass die beiden Leiterbahn-Abschnitte 5a und 5b in zueinander senkrechten Richtungen gebogen werden können, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Leiterfolie verdreht wird. Auf diese Weise ist auch ein Knicken bzw. Brechen der Leiterfolie 5a, 5b sowie der auf ihr aufgebrachten Leiterbahnen 6 unterbunden.
-
Bei den bisher verwendeten Roboter-Händen weisen die Fingerspitzen bzw. -kuppen eine verhältnismäßig komplizierte Geometrie auf. Daher sind dort auftreffende Kräfte nur mit großem Aufwand zu erfassen und mit einem noch größeren Rechenaufwand genau zu bestimmen. In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, die Fingerkuppe als einen sphärischen Finger-Endabschnitt auszubilden, an welchen sich fingerseitig entweder ein Kreiszylinder oder ein ellipsoidförmiger Körper anschließt. Im Falle eines ellipsoidförmigen Abschnitts muss die Oberfläche des Ellipsoids tangential an die Oberfläche des kugelförmigen Abschnitts anschließen.
-
Um die auf eine derart ausgebildete Fingerkuppe auftreffenden, im allgemeinen geringen Kräfte und Momente zu erfassen, kann ein in
DE 102 17 019 C1 beschriebener hoch-genauer Kraft-Momentensensor verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Handbasis
- 1a - 1d
- Handbasis
- 1e
- Basiselement
- 2
- Fingermodul
- 3
- Schwenkeinheit
- 5
- Leiterfolien
- 5a, 5b
- Leiterfolien-Abschnitte
- 6
- Leiterbahnen
- 7
- Schlitz
- 8
- schalenförmige Abdeckung
- 9
- Steg/stegförmiger Abschnitt
- 10
- Falten
- 11
- Schlitz in 9
