DE102007017417A1 - Actuator for use as e.g. gripping device, has contraction drive griping working elements, which covers element connection at opposite sides, with both end sections of drive, where contraction hose passes to hinge region of connection - Google Patents

Actuator for use as e.g. gripping device, has contraction drive griping working elements, which covers element connection at opposite sides, with both end sections of drive, where contraction hose passes to hinge region of connection Download PDF

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Abstract

The actuator (1) has actuator units with bend-proof working elements (4) that are articulately linked to each other by forming a link chain so that the elements are pivoted relative to each other in a working plane. A tension element is actuated by fluid force, and a contraction drive (13) having a contraction hose (24) is formed, where the hose contracts during fluid admission in its interior space. The drive grips the working elements, which covers an element connection at opposite sides, with both end sections of the drive, where the hose passes to a hinge region (6) of the connection.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, mit mindestens einer mehrgliedrigen Aktuatoreinheit, die mehrere in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnete biegesteife Arbeitsglieder enthält, die unter Bildung einer Gliederkette derart gelenkig miteinander verkettet sind, dass sie in einer Arbeitsebene relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei sich entlang mindestens eines mehrere der Arbeitsglieder enthaltenden Gliederverbundes ein Längsgestalt aufweisendes biegeflexibles Zugelement erstreckt, das an dem mindestens einen Gelenkbereich des Gliederverbundes vorbeiläuft, sodass seine eine Zugkraft hervorrufende Aktivierung ein Krümmen dieses Gliederverbundes herbeiführen kann.The The invention relates to an actuator with at least one multi-membered Actuator unit, which arranged several in a row consecutively rigid working members containing the formation of a Link chain are hinged together so articulated that they are pivotable relative to each other in a working plane, wherein along at least one of the working members containing Linking a flexible flexure having a longitudinal shape Pulling element extends, which at the at least one joint region passes through the member compound, so that its a pulling force causing Activation bring about a bending of this linkage can.

Die DE 24 33 710 A1 offenbart einen Aktuator dieser Art als Bestandteil einer eine menschliche Hand nachbildenden Prothese. Mehrere die Finger und die Mittelhand repräsentierende mehrgliedrige Aktuatoreinheiten beinhalten jeweils mehrere zu einer Gliederkette zusammengefasste Arbeitsglieder, die relativ zueinander verschwenkbar sind, um eine jeweilige Gliederkette, beispielsweise zum Ausführen eines Greifvorganges, in einer Arbeitsebene zu krümmen. Die Krümmungskraft wird durch einen externen, am Unterarm befestigten Pneumatikantrieb erzeugt und über ein als Zugseil ausgebildetes Zugelement auf die jeweilige Gliederkette übertragen. Hierbei erstreckt sich das Zugseil längs neben den Arbeitsgliedern, um am letzten Arbeitsglied der Gliederkette befestigt zu sein. Mit diesem bekannten Aktuator lässt sich zwar die Greiffunktion einer Hand oder der Finger einer Hand recht gut nachahmen. Der für die Unterbringung der einzelnen Komponenten einschließlich des Pneumatikantriebes erforderliche Platzbedarf ist jedoch relativ groß und wird noch größer, wenn Maßnahmen getroffen werden sollen, die eine voneinander unabhängige Aktivierung mehrerer Aktuatoreinheiten gestatten.The DE 24 33 710 A1 discloses an actuator of this type as part of a human hand replicating prosthesis. A plurality of multi-limb actuator units representing the fingers and the middle hand each include a plurality of working members combined into a link chain which are pivotable relative to each other to curve a respective link chain in a working plane, for example to carry out a picking operation. The curvature force is generated by an external, attached to the forearm pneumatic drive and transmitted via a traction cable designed as a traction element on the respective link chain. In this case, the pull rope extends longitudinally next to the working members to be attached to the last working member of the link chain. Although the gripping function of a hand or the finger of a hand can be mimicked quite well with this known actuator. However, the space required to house the individual components, including the pneumatic drive, is relatively large and becomes even greater when measures are to be taken to allow independent activation of multiple actuator units.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Aktuator der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass er sich in kompakter Bauweise realisieren lässt.It It is therefore an object of the present invention to provide an actuator of the aforementioned type so that it is in a compact Construction can be realized.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass das Zugelement von einem mittels Fluidkraft betätigbaren, einen sich bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraumes verkürzenden Kontraktionsschlauch aufweisenden Kontraktionsantrieb gebildet ist, der mit seinen beiden Endabschnitten an den beiden den Gliederverbund an entgegengesetzten Seiten abschließenden Ar beitsgliedern angreift, wobei sein Kontraktionsschlauch den mindestens einen Gelenkbereich des Gliederverbundes passiert.to Solution to this problem is provided that the tension element from a fluid-actuated one at Fluid supply to its interior shortening contraction tube having formed contracting drive, with its two End sections at the two the linkage on opposite Being the end of the work is attacking its members Contraction hose the at least one joint region of the linkage happens.

Bei einem solchen Aktuator wird die zum Krümmen eines Gliederverbundes erforderliche Zugkraft nicht mehr von einem externen Fluidantrieb erzeugt, sondern durch einen unmittelbar als Zugelement fungierenden Kontraktionsantrieb, der an der Gliederkette angeordnet ist und sich längs dieser erstreckt. Dieser Kontraktionsantrieb beinhaltet als Kernkomponente einen sich bei Innendruckbeaufschlagung verkürzenden Kontraktionsschlauch, sodass bei Aktivierung des Kontraktionsantriebes in die den Gliederverbund abschließenden Arbeitsglieder eine Zugkraft eingeleitet wird, die ein Krümmen des Gliederverbundes herbeiführen kann, indem die aneinander angelenkten Arbeitsglieder relativ zueinander verschwenken. Bei diesem Verschwenken wird der biegeflexible Kontraktionsschlauch in den Gelenkbereichen mit abgebogen, er kann also die Krümmung des Gliederverbundes ohne weiteres mitmachen.at Such an actuator is used to bend a linkage required traction no longer from an external fluid drive generated, but by acting directly as a tension element Contraction drive, which is arranged on the link chain and extending along this. This contraction drive contains as a core component in an internal pressurization shortening contraction tube, so when activated of the contraction drive in the final linkage Working links a tensile force is initiated, a curving of the linkage can bring about by putting together pivoted articulated work members relative to each other. at this pivoting is the bend flexible contraction tube in the joint areas with bent, so he can the curvature join the link easily.

Der Gliederverbund enthält wenigstens zwei gelenkig miteinander verbundene Arbeitsglieder, kann aber ohne weiteres auch eine größere Anzahl gelenkig miteinander verketteter Arbeitsglieder umfassen. Bei einer mehr als zweigliedrigen Gliederkette besteht der durch einen einzigen Kontraktionsantrieb betätigbare Gliederverbund vorzugsweise aus sämtlichen Ar beitsgliedern der Gliederkette. Allerdings wäre es hier auch möglich, die Gliederkette funktionell in mehrere Gliederverbunde einzuteilen, denen jeweils ein eigener Kontraktionsantrieb zugeordnet ist, insbesondere wenn an bestimmten Gelenkbereichen ein voneinander unabhängiges Abknicken der Gliederkette ermöglicht werden soll.Of the Linkage contains at least two articulated with each other connected working members, but can easily a larger Include number hingedly interconnected work members. In a more than two-member link chain consists of by a single contraction drive operable linkage preferably from all Ar beitsgliedern the link chain. However, it would also be possible here, the link chain functional into several member associations, each with its own Contraction drive is assigned, in particular if at certain Joint areas an independent kinking the link chain should be enabled.

Für den Kontraktionsantrieb empfiehlt sich besonders ein Aufbau, wie er beispielsweise aus der WO 00/61952 A1 oder aus der EP 1 602 831 B1 hervorgeht. Demnach enthält der Kontraktionsschlauch zweckmäßigerweise einen gummielastischen Schlauchkörper, dem eine koaxiale Strangstruktur zugeordnet ist, welche zweckmäßigerweise in die Wandung des Schlauchkörpers eingebettet ist. Die Strangstruktur kann eine sich überkreuzende Konfiguration aufweisen, ähnlich einer Gitterstruktur. Wird der Innenraum des Kontraktionsschlauches mit einem Antriebsfluid beaufschlagt, weitet sich der Schlauchkörper radial auf, was zu einer Verkürzung der sich hierbei verformenden Strangstruktur führt, mit der Folge von an den Endabschnitten des Kontraktionsantriebes abgreifbaren Zugkräften.For the contraction drive is particularly recommended a structure, as for example from the WO 00/61952 A1 or from the EP 1 602 831 B1 evident. Accordingly, the contraction tube expediently contains a rubber-elastic tube body, to which a coaxial strand structure is assigned, which is expediently embedded in the wall of the tube body. The strand structure may have a crossover configuration, similar to a grid structure. If the interior of the contraction tube is acted on by a drive fluid, the tube body widens radially, which leads to a shortening of the thereby deforming strand structure, with the consequence of tappable at the end portions of the contraction drive tensile forces.

Um ein exakt definiertes Krümmungsverhalten der Gliederkette zu gewährleisten, ist es von Vorteil, wenn der Kontraktionsantrieb derart an der Gliederkette angeordnet ist, dass seine Zugachse mit Querversatz an dem oder den Gelenkbereichen des Gliederverbundes vorbeiläuft.Around a precisely defined curvature behavior of the link chain To ensure it is beneficial when the contraction drive is arranged on the link chain such that its traction axis with transverse offset passes by the joint area or areas of the linkage.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.advantageous Further developments of the invention will become apparent from the dependent claims out.

Zumindest eine Aktuatoreinheit kann einen beweglichen Finger bilden. Hierbei kann es sich insbesondere um einen mehrgliedrigen Finger handeln. Ohne weiteres können mehrere, insbesondere fingerartig gestaltete Aktuatoreinheiten nebeneinander angeordnet werden, beispielsweise, um die Finger einer menschlichen Hand nachzubilden. Mehrere Aktuatoreinheiten können auch ein gemeinsames Arbeitsglied enthalten, an dem die Kontraktionsantriebe mehrerer Aktuatoreinheiten angreifen.At least an actuator unit can form a movable finger. in this connection it may in particular be a multi-limbed finger. Without Further, several, in particular finger-like designed Actuator units are arranged side by side, for example, to imitate the fingers of a human hand. Several actuator units may also include a common working member which attack the contraction drives of several actuator units.

Der Kontraktionsantrieb könnte sich prinzipiell längsseits neben und außerhalb der zugeordneten Gliederkette erstrecken. Vorteilhafter ist jedoch eine Integration derart, dass der Kontraktionsantrieb im Innern der Gliederkette verläuft. Diese kann hierbei insbesondere über eine Hohlstruktur verfügen.Of the Contraction drive could in principle be alongside extend next to and outside the associated link chain. However, more advantageous is an integration such that the contraction drive runs inside the link chain. This can in particular about have a hollow structure.

In Verbindung mit einer Integration des Kontraktionsantriebes in die Gliederkette ist es von Vorteil, wenn ein oder mehrere Arbeitsglieder an ihrer dem Krümmungszentrum der Aktuatorein heit zugewandten inneren Längsseite über mindestens eine Öffnung verfügen, durch die hindurch sich der Kontraktionsschlauch bei Aktivierung des Kontraktionsantriebes nach außen radial ausbauchen kann. Der sich hier ausbauchende Wandabschnitt des Kontraktionsschlauches kann in vorteilhafter Weise als nachgiebige Greiffläche herangezogen werden, wenn die Aktuatoreinheit beispielsweise als Greifvorrichtung konzipiert ist.In Connection with an integration of the contraction drive in the Link chain, it is advantageous if one or more working links at its the curvature center of the Aktuatorein unit facing inner longitudinal side over at least one opening through which the contraction tube passes upon activation of the contraction drive radially outward can bulge. The bulging wall section of the contraction tube can advantageously as a resilient gripping surface be used when the actuator unit, for example, as Gripping device is designed.

Für die einzelnen Arbeitsglieder empfiehlt sich insbesondere ein schalenartiger Aufbau. An der dem Krümmungszentrum zugewandten inneren Längsseite können ein oder mehrere Arbeitsglieder mindestens ein Gurtelement aufweisen, das den Kontraktionsschlauch umschließt und ihn im Innern der Gliederkette zurückhält, wenn eine Aktivierung stattfindet. Die Gurtelemente sind zugfest, können ansonsten aber flexibel sein. Zweckmäßigerweise handelt es sich aber um insgesamt starre Elemente, die zweckmäßigerweise einstückige Bestandteile der Arbeitsglieder sind.For the individual working members are recommended in particular a dish-like Construction. At the center of curvature facing inner longitudinal side can one or more working members at least one belt element have, which encloses the contraction tube and holding him back inside the link chain if an activation takes place. The belt elements are resistant to tension, otherwise they can but be flexible. Appropriately, acts but it is a total of rigid elements, which expediently integral parts of the working members are.

Für den Aktuator sind vielfältige Verwendungsmöglichkeiten denkbar. Er kann insbesondere als Greifvorrichtung eingesetzt werden, sei es in einer Ausführung als nachgebildete Hand eines humanoiden Roboters oder als eigenständiger Greifer zur Handhabung von Gegenständen in der Fertigungs- und Montage technik und/oder in der Verpackungsindustrie. Der Aktuator kann auch als Spannvorrichtung fungieren, um zu bearbeitende Werkstücke lösbar gegen eine Unterlage zu spannen, wobei er an die Stelle sonst üblicher Pratzenspanner oder Kniehebelspanner treten kann. Auch in der Prothetik kann der Aktuator ohne weiteres eingesetzt werden. Die aufgezählten Anwendungsgebiete sind nicht als abschließend zu verstehen.For the actuator are versatile uses conceivable. It can be used in particular as a gripping device, be it in an embodiment as a replicated hand of a humanoid robot or as an independent gripper for handling of objects in manufacturing and assembly technology and / or in the packaging industry. The actuator can also be called Clamping act to workpieces to be machined releasably against a base to tension, whereby he to the Place otherwise usual Pratzenspanner or toggle clamp can occur. Also in prosthetics, the actuator can easily be used. The listed application areas are not to be understood as final.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:following The invention will be more apparent from the accompanying drawings explained. In this show:

1 eine bevorzugte erste Bauform des erfindungsgemäßen Aktuators mit einer mehrgliedrigen Aktuatoreinheit im unbetätigten Ausgangszustand, 1 a preferred first design of the actuator according to the invention with a multi-unit actuator unit in the unactuated initial state,

2 den Aktuator aus 1 in einem betätigten Zustand bei gekrümmter Gliederkette, 2 the actuator off 1 in an actuated state with a curved link chain,

3 eine Rückansicht des Aktuators aus 2 mit Blickrichtung gemäß Pfeil III, wobei strichpunktiert eine mögliche Ausgestaltung als Aktuator mit mehreren Aktuatoreinheiten angedeutet ist, und 3 a rear view of the actuator 2 with viewing direction according to arrow III, wherein a dot-dash line a possible embodiment is indicated as an actuator with a plurality of actuator units, and

4 einen Längsschnitt durch den betätigten Aktuator gemäß Schnittlinie IV-IV aus 3. 4 a longitudinal section through the actuated actuator according to section line IV-IV 3 ,

Die Zeichnung zeigt einen in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Aktuator 1, der von einer im unbetätigten Ausgangszustand stabförmigen Aktuatoreinheit 2 gebildet ist. Die Aktuatoreinheit 2 ist mehrgliedrig aufgebaut und enthält mehrere in Richtung ihrer Längsachse 3 aneinandergereihte biegesteife Arbeitsglieder 4, die unter Bildung einer Gliederkette 5 in zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Arbeitsgliedern 4 liegenden Gelenkbereichen 6 schwenkbeweglich miteinander verkettet sind.The drawing shows a reference in its entirety 1 designated actuator 1 that of a rod in the unactuated initial state actuator unit 2 is formed. The actuator unit 2 is multi-limbed and contains several in the direction of its longitudinal axis 3 strung together rigid working members 4 , forming a link chain 5 in between directly consecutive work members 4 lying joint areas 6 are pivotally linked together.

In den Gelenkbereichen 6 kann die Gliederkette 5 durch relatives Verschwenken der dort aneinander angelenkten Arbeitsglieder 4 in einer Arbeitsebene 7 abgeknickt werden. Die Arbeitsebene 7 verläuft in 2 parallel zur Zeichenebene und fällt in 4 mit der Zeichenebene zusammen.In the joint areas 6 can the link chain 5 by relative pivoting of there hinged to each other work members 4 in a work plane 7 be bent. The work plane 7 runs in 2 parallel to the drawing plane and falls in 4 with the drawing plane together.

Durch die Gelenkbereiche 6 wird jeweils eine Gelenkachse 8 definiert. Die Gelenkachsen 8 sämtlicher Gelenkbereiche 6 verlaufen zweckmäßigerweise parallel zueinander und rechtwinkelig zu der Arbeitsebene 7.Through the joint areas 6 each becomes a hinge axis 8th Are defined. The joint axes 8th all joint areas 6 expediently run parallel to each other and at right angles to the working plane 7 ,

Zweckmäßigerweise ist die aus den Arbeitsgliedern 4 bestehende Gliederkette 5 als Hohlstruktur ausgeführt. Die Wandung der Arbeitsglieder 4 definiert einen zwischen sämtlichen Arbeitsgliedern 4 durchgehenden Aufnahmeraum 12 für einen noch näher zu erläuternden, mittels Fluidkraft betätigbaren Kontraktionsantrieb 13.Conveniently, that is from the working members 4 existing link chain 5 executed as a hollow structure. The wall of the working members 4 defines one between all working members 4 continuous reception room 12 for a still to be explained, actuated by fluid force contraction drive 13 ,

Die einzelnen Arbeitsglieder 4 sind vorzugsweise im Wesentlichen schalenförmig ausgebildet. Sie verfügen jeweils über einen schalen- oder rinnenförmig profilierten Basisabschnitt 14 mit – wie in 3 bei 16 ersichtlich – im Wesentlichen U-förmigem Querschnitt.The individual work members 4 are preferably substantially cup-shaped. They each have a shell-shaped or channel-shaped profiled base section 14 with - as in 3 at 16 apparent - substantially U-shaped cross-section.

Damit kein Achskörper den Aufnahmeraum 12 durchquert, stehen in Richtung der Längsachse 3 benachbarte Arbeitsglieder 4 zur Definition ihrer gemeinsamen Gelenkachse 8 an zwei in der Achsrichtung der Gelenkachse 8 zueinander beabstandeten Lagerstellen 15 in schwenkbeweglichem Eingriff miteinander. Beispielsweise ragen vom Basisabschnitt 14 des einen Arbeitsgliedes 4 zwei in Achsrichtung der Gelenkachse 8 beabstandete Lagerarme 17 weg, die jeweils einen kreisförmig konturierten Lagerfortsatz 18 tragen, der in eine komplementär konturierte Lagerausnehmung 19 des anderen Arbeitsgliedes 4 drehbeweglich eingreift.So that no axle body the receiving space 12 crosses, standing in the direction of the longitudinal axis 3 neighboring working members 4 to define their common hinge axis 8th at two in the axial direction of the hinge axis 8th spaced bearings 15 in pivotal engagement with each other. For example, protrude from the base section 14 of a working member 4 two in the axial direction of the joint axis 8th spaced bearing arms 17 away, each with a circular contoured bearing extension 18 carry in a complementarily contoured bearing recess 19 of the other working member 4 rotatably engaged.

Die einander zugewandten Stirnseiten benachbarter Arbeitsglieder 4 sind insbesondere so gestaltet, dass ausgehend von dem in 1 gezeigten gestreckten Ausgangszustand ein Verschwenken in nur einer Richtung möglich ist. An einem Verschwenken in entgegengesetzter Richtung blockieren sich die Arbeitsglieder 4 mit ihren aneinander anliegenden Basisabschnitten 14 gegenseitig.The mutually facing end faces of adjacent working members 4 are particularly designed so that starting from the in 1 shown extended initial state pivoting in only one direction is possible. At a pivoting in the opposite direction, the working members block 4 with their abutting base sections 14 each other.

Durch das Verschwenken der aneinander angelenkten Arbeitsglieder 4 lässt sich ein gekrümmter Verlauf der Gliederkette 5 erhalten, wie er exemplarisch aus 2 und 4 hervorgeht. Die Krümmung muss hierbei nicht gleichförmig sein. Insbesondere können die zwischen unmittelbar aneinander angelenkten Arbeitsgliedern 4 momentan auftretenden Schwenkwinkel innerhalb der Gliederkette 5 variieren.By pivoting the hinged to each other working members 4 can be a curved course of the link chain 5 get, as he exemplifies 2 and 4 evident. The curvature does not have to be uniform. In particular, the work members articulated between each other directly 4 currently occurring swivel angle within the link chain 5 vary.

Die Gliederkette 5 wird an in Richtung der Längsachse 3 entgegengesetzten Seiten von einem ersten und einem zweiten Abschlussglied 4a, 4b der Arbeitsglieder 4 abgeschlossen. Bei einer nur zweigliedrigen Gliederkette 5 sind die beiden Abschlussglieder 4a, 4b die beiden einzigen Arbeitsglieder 4. Nach Bedarf kann zwischen die beiden Abschlussglieder 4a, 4b eine beliebige Anzahl von als Zwischenglieder 4c fungierenden Arbeitsgliedern 4 eingegliedert sein, wobei beim Ausführungsbeispiel zwei solcher Zwischenglieder 4c vorhanden sind.The link chain 5 becomes in the direction of the longitudinal axis 3 opposite sides of a first and a second end member 4a . 4b the working links 4 completed. For a bipartite link chain only 5 are the two final members 4a . 4b the only two working members 4 , As needed, between the two final members 4a . 4b any number of as intermediate links 4c working members 4 be incorporated, wherein in the embodiment, two such intermediate links 4c available.

Der schon erwähnte Kontraktionsantrieb 13 ist in dem Aufnahmeraum 12 und somit im Innern der Gliederkette 5 aufgenommen. Hierbei durchläuft er einen sich aus sämtlichen vorhandenen Arbeitsgliedern 4 zusammensetzenden Gliederverbund. Mit seinem einen, ersten Endabschnitt 22 endet er innerhalb des ersten Abschlussgliedes 4a, und mit seinem entgegengesetzten zweiten Endabschnitt 23 endet er im Innern des zweiten Abschlussgliedes 4b. Hierbei passiert er sämtliche Gelenkbereiche 6 der Gliederkette 5.The already mentioned contraction drive 13 is in the recording room 12 and thus inside the link chain 5 added. In doing so, he goes through one of all available working elements 4 composite linkage. With its one, first end section 22 it ends within the first closing term 4a , and with its opposite second end portion 23 it ends inside the second end member 4b , Here he passes all joint areas 6 the link chain 5 ,

Die Einbettung des Kontraktionsantriebes 13 in die Gliederkette 5 schafft zum einen kompakte Abmessungen und sorgt zum anderen für eine geschützte Unterbringung des Kontraktionsantriebes 13. Insofern hat diese Bauform Vorteile gegenüber einer prinzipiell ebenfalls möglichen Ausgestaltung, bei der sich der Kontraktionsantrieb 13 außerhalb der Gliederkette 5 längsseits neben dieser erstreckt.The embedding of the contraction drive 13 in the link chain 5 on the one hand creates compact dimensions and on the other hand ensures a protected housing of the contraction drive 13 , In this respect, this design has advantages over a basically also possible embodiment in which the contraction drive 13 outside the link chain 5 alongside this extends.

Mit seinen beiden Endabschnitten 22, 23 ist der Kontraktionsantrieb 13 an dem ersten beziehungsweise zweiten Abschlussglied 4a, 4b derart befestigt, dass er in diese Arbeitsglieder 4 eine Zugkraft einleiten kann.With its two end sections 22 . 23 is the contraction drive 13 at the first and second end member, respectively 4a . 4b so fastened that he is in these working members 4 can initiate a tensile force.

Der Kontraktionsantrieb 13 hat eine Längserstreckung, wobei er quer zu dieser elastisch biegbar ist. Die Biegeelastizität rührt von einem Kontraktionsschlauch 24 her, der sich zwischen den beiden Endabschnitten 22, 23 erstreckt.The contraction drive 13 has a longitudinal extent, wherein it is elastically bendable transversely to this. The bending elasticity comes from a contraction tube 24 forth, between the two end sections 22 . 23 extends.

Wie dem vergrößerten Detail der 4 zu entnehmen ist, enthält der Kontraktionsschlauch 24 einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Schlauchkörper 25 und eine koaxial zu diesem Schlauchkörper 25 angeordnete Strangstruktur 26. Der Schlauchkörper 25 besteht vorzugsweise aus Gummi oder einem Elastomermaterial. Die Strangstruktur 26 setzt sich aus einer Vielzahl von biegeflexiblen, gleichzeitig aber eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweisenden einzelnen Strängen zusammen, die beispielsweise aus Textilfasern und/oder aus Kunstfasern bestehen, wobei ein mehrfasriger Aufbau möglich ist. Zweckmäßigerweise ist die Strangstruktur 26 komplett in die Wandung des Schlauchkörpers 25 eingebettet, sodass sie vor Beschädigung geschützt ist. Die einzelnen Stränge der Strangstruktur 26 sind in einer Überkreuzkonfiguration angeordnet, sodass sich in radialer Draufsicht eine gitterähnliche Konfiguration mit einer Vielzahl rautenähnlicher Bereiche ergibt.Like the enlarged detail of the 4 can be seen contains the contraction tube 24 a hose body made of material with rubber-elastic properties 25 and a coaxial to this hose body 25 arranged strand structure 26 , The hose body 25 is preferably made of rubber or an elastomeric material. The strand structure 26 consists of a variety of bending flexible, but at the same time a very high tensile strength having individual strands, which consist for example of textile fibers and / or synthetic fibers, a multi-fiber structure is possible. Conveniently, the strand structure 26 completely in the wall of the hose body 25 embedded so that it is protected from damage. The individual strands of the strand structure 26 are arranged in a cross-over configuration so that a grid-like configuration with a plurality of diamond-like areas results in a radial top view.

Endseitig ist der Kontraktionsschlauch 24 unter Abdichtung zugfest an den beiden Endabschnitten 22, 23 befestigt, bei denen es sich insbesondere um eigenständige Kopfstücke handelt, insbesondere aus Metall oder aus Kunststoffmaterial.The end is the contraction tube 24 under sealing tension-resistant at the two end portions 22 . 23 fastened, which are in particular independent head pieces, in particular made of metal or plastic material.

Der am ersten Abschlussglied 4a befestigte erste Endabschnitt 22 ist von einem Steuerkanal 27 durchsetzt, der mit dem vom Kontraktionsschlauch 24 umschlossenen Innenraum 28 verbunden ist. Über eine an den Steuerkanal 27 angeschlossene Fluidleitung 32 kann ein Arbeitsfluid zu- oder abgeführt werden, um eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung des Innenraumes 28 hervorzurufen.The first graduation member 4a fixed first end section 22 is from a control channel 27 interspersed with that of the contraction tube 24 enclosed interior 28 connected is. About one to the control channel 27 connected fluid line 32 For example, a working fluid may be added or removed to provide controlled fluid admission to the interior 28 cause.

Bei einer solchen Innendruckbeaufschlagung erfährt der im drucklosen Zustand eine im Wesentlichen lineare Strecklage einnehmende Schlauchkörper 25 eine radiale Aufweitung, was zu einer Verzerrung des von der Strangstruktur 26 gebildeten Rautengitters bewirkt, woraus eine axiale Verkürzung der Strangstruktur 26 und mithin des gesamten Kontraktionsschlauches 24 resultiert. Somit werden die beiden Endabschnitte 22, 23 im Sinne einer gegenseitigen axialen Annäherung mit einer Zugkraft beaufschlagt. Diese Zugkraft wird in die beiden Abschlussglieder 4a, 4b der Gliederkette 5 eingeleitet.In the case of such an internal pressure application, the tube body occupying a substantially linear expanded position in the unpressurized state undergoes a 25 a radial expansion, resulting in a distortion of the strand structure 26 formed Rautengitters causes, resulting in an axial shortening of the strand structure 26 and therefore of the whole th contraction tube 24 results. Thus, the two end sections become 22 . 23 acted upon in the sense of a mutual axial approach with a tensile force. This traction is in the two final members 4a . 4b the link chain 5 initiated.

Im drucklosen, also deaktivierten Zustand des Kontraktionsantriebes 13 nimmt die Aktuatoreinheit 2 die aus 1 gezeigte Strecklage mit linearem Verlauf ihrer Längsachse 3 ein. Bei Aktivierung des Kontraktionsantriebes 13 durch Fluidbeaufschlagung des Innenraumes 28 werden die beiden Endabschnitte 22, 23 zueinandergezogen. Eine axiale Verkürzung der Gliederkette 5 ist jedoch nicht möglich, weil die einzelnen Arbeitsglieder 4 sich in Richtung der Längsachse 3 aneinander abstützen. Somit knickt die Gliederkette 5 in den Gelenkbereichen 6 ab und erfährt eine vom Ausmaß der Fluidbeaufschlagung abhängige mehr oder weniger starke Krümmung, zum Beispiel gemäß 2 und 4.In the depressurized, ie deactivated state of the contraction drive 13 takes the actuator unit 2 from 1 shown extended position with a linear course of its longitudinal axis 3 one. Upon activation of the contraction drive 13 by fluid admission of the interior 28 become the two end sections 22 . 23 drawn together. An axial shortening of the link chain 5 However, it is not possible because the individual working members 4 in the direction of the longitudinal axis 3 support each other. Thus, the link chain bends 5 in the joint areas 6 and experiences a more or less strong curvature depending on the extent of the fluid loading, for example according to FIG 2 and 4 ,

Um diesen Krümmungsvorgang problemlos auszulösen, ist ein dahingehender Verlauf des Kontraktionsantriebes 13 von Vorteil, bei dem seine mit seiner Längsachse zusammenfallende Zugachse 33 auch schon im deaktivierten Ausgangszustand zur Seite des gewünschten Krümmungszentrums hin mit Querversatz an den Gelenkachsen 8 vorbeiläuft.To initiate this curving process easily, is a pending course of the contraction drive 13 advantageous in which its coincident with its longitudinal axis pull axis 33 even in the deactivated initial state to the side of the desired center of curvature out with transverse offset at the joint axes 8th passes.

Wird durch entsprechende Ansteuerung der Innendruck im Kontraktionsschlauch 24 wieder abgebaut, kehrt der Kontraktionsantrieb 13 aufgrund der Gummielastizität des Kontraktionsschlauches 24 selbsttätig wieder in die Strecklage zurück. Zur Verbesserung des Ansprechverhaltens kann man allerdings unterstützende Rückstellmittel vorsehen, beispielsweise Rückstellfedern oder auch aktiv zu betätigende Rückstellaktuatoren.Is by appropriate control of the internal pressure in the contraction tube 24 dismantled again, the contraction drive returns 13 due to the rubber elasticity of the contraction tube 24 automatically back to the extended position. To improve the response but you can provide supportive return means, for example, return springs or active actuated Rückstellaktuatoren.

Aufgrund seiner Biegeelastizität ist es dem Kontraktionsschlauch 24 ohne weiteres möglich, sich in den Gelenkbereichen 6, wo die Arbeitsglieder 4 sich gegeneinander verschwen ken, abzubiegen. Er kann also die Krümmung der Gliederkette 5 ohne Beschädigungsgefahr mitmachen.Due to its bending elasticity, it is the contraction tube 24 easily possible in the joint areas 6 where the working links 4 Fear each other, turn off. So he can the curvature of the link chain 5 without risk of damage.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen für einen bei der Aktuatoreinheit 2 verwendbaren Kontraktionsantrieb 13 offenbaren beispielsweise die WO 00/61952 A1 und die EP 1 602 831 B1 .Particularly advantageous embodiments for a in the actuator unit 2 usable contraction drive 13 reveal, for example, the WO 00/61952 A1 and the EP 1 602 831 B1 ,

Während beim Ausführungsbeispiel der von dem Kontraktionsantrieb 13 beeinflussbare Gliederverbund aus der Gesamtheit der vorhandenen Gliederkette 5 besteht, sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen innerhalb ein und derselben Gliederkette 5 mehrere Kontraktionsantriebe 13 hintereinander angeordnet sind, die jeweils auf einen nur einen Teil der Arbeitsglieder der Gliederkette 5 umfassenden Gliederverbund einwirken.While in the embodiment of the contraction drive 13 influenceable linkage of the totality of the existing link chain 5 There are also conceivable embodiments in which within one and the same link chain 5 several contraction drives 13 are arranged one behind the other, each one on only one part of the working links of the link chain 5 affect comprehensive linkage.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass sich auf Basis des erfindungsgemäßen Prinzips in besonders vorteilhafter Weise Aktuatoreinheiten realisieren lassen, die einen beweglichen Finger bilden, insbesondere auch einen mehrgliedrigen Finger. Auf dieser Basis können beispielsweise Prothesen realisiert werden oder auch Bestandteile einer Hand eines humanoiden Roboters. Ebenso lässt sich auf dieser Basis vorteilhaft eine Greifvorrichtung realisieren, insbesondere ein Mehrfinger greifer, mit dem sich Werkstücke oder sonstige Objekte festhalten lassen, um eine Umpositionierung vorzunehmen.Out The drawing shows that based on the invention Principle of realizing actuator units in a particularly advantageous manner, which form a movable finger, in particular a multi-membered Finger. For example, prostheses can be used on this basis be realized or even components of a hand of a humanoid Robot. Likewise can be advantageous on this basis realize a gripping device, in particular a multi-finger gripper, with which to hold workpieces or other objects leave to reposition.

Auch eine Spannvorrichtung lässt sich ohne weiteres realisieren, mit der zu bearbeitende Werkstücke gegen eine Unterlage gespannt werden können.Also a clamping device can be easily realized, with the workpieces to be processed against a base can be stretched.

Normalerweise wird beim Einsatz des Aktuators das erste Abschlussglied 4a festgehalten, sodass die daran angeordneten weiteren Arbeitsglieder 4, 4c, 4b die den Krümmungsvorgang hervorrufende Schwenkbewegung ausführen.Normally, when using the actuator, the first termination member 4a held so that the other working members arranged thereon 4 . 4c . 4b perform the bending operation causing pivotal movement.

Um beispielsweise einen Mehrfingergreifer zu realisieren, können mehrere Aktuatoreinheiten 2 in der in 3 angedeuteten Weise nebeneinander angeordnet werden. Hierbei besteht die Möglichkeit, mehreren Aktuatoreinheiten 2 ein gemeinsames erstes Abschlussglied 4a zuzuordnen, an dem die Kontraktionsantriebe 13 sämtlicher Aktuatoreinheiten 2 einenends angreifen.For example, to realize a multi-finger gripper, multiple actuator units 2 in the in 3 indicated manner be juxtaposed. There is the possibility of several actuator units 2 a common first final member 4a assign to which the contraction drives 13 all actuator units 2 attack at one end.

Aufgrund der Schalenstruktur der Arbeitsglieder 4 und deren entsprechender Ausrichtung ist die Gliederkette 5 an der dem Krümmungszentrum zugewandten Längsseite offen. Damit der Kontraktionsantrieb 13 und insbesondere dessen Kontraktionsschlauch 24 beim Krümmen der Gliederkette 5 dennoch innerhalb des Aufnahmeraumes 12 verbleibt, ist er im Bereich der offe nen Längsseite des Aufnahmeraumes 12 von mehreren in Richtung der Längsachse 3 mit Abstand zueinander angeordneten Gurtelementen 34 umgriffen, die an den Basisabschnitten 14 befestigt sind. Solche Gurtelemente 34 befinden sich insbesondere bei den Gelenkbereichen 6. Jedes Arbeitsglied 4 kann ein oder mehrere solche Gurtelemente 34 aufweisen.Due to the shell structure of the working members 4 and their corresponding orientation is the link chain 5 at the curvature center facing longitudinal side open. Thus the contraction drive 13 and in particular its contraction tube 24 at curving the link chain 5 nevertheless within the reception room 12 remains, he is in the range offe NEN longitudinal side of the receiving space 12 from several in the direction of the longitudinal axis 3 with spaced apart belt elements 34 embraced at the base sections 14 are attached. Such belt elements 34 are located in particular in the joint areas 6 , Every working member 4 can one or more such belt elements 34 exhibit.

Beim Ausführungsbeispiel verfügen das erste Abschlussglied 4a und jedes Zwischenglied 4c über ein Gurtelement 34, die mit geringem axialen Abstand zur zugeordneten Gelenkachse 8 angeordnet sind. Beispielhaft erstreckt sich je ein Gurtelement 34 zwischen den beiden Lagerarmen 17 eines jeweiligen Arbeitsgliedes 4.In the embodiment, have the first termination member 4a and every link 4c via a belt element 34 , with a small axial distance to the associated hinge axis 8th are arranged. By way of example, a belt element each extends 34 between the two bearing arms 17 a respective working member 4 ,

Die Gurtelemente 34 sind insbesondere als starre, bügelartige Elemente ausgeführt, die zweckmäßigerweise einstückig mit dem zugeordneten Basisabschnitt 14 ausgebildet sind. Sie könnten allerdings ohne weiteres auch über eine gewisse Flexibilität verfügen und beispielsweise aus einem zugfesten Fasermaterial bestehen.The belt elements 34 are in particular designed as a rigid, bow-shaped elements, which advantageously integrally with the associated Ba sisabschnitt 14 are formed. However, they could easily have a certain flexibility and for example consist of a tensile fiber material.

Zwischen benachbarten Gurtelementen 34 sowie zwischen den letzten Gurtelementen 34 und den Befestigungsstellen 35 für die Endabschnitte 22, 23 des Kontraktionsantriebes 13 verbleiben unabgedeckte Öffnungen 36. Diese gestatten es dem Kontraktionsschlauch 24, sich zum Krümmungszentrum hin abschnittsweise aus der Gliederkette 5 heraus auszubauchen, wenn der Kontraktionsantrieb 13 aktiviert wird. Die in 2 gut ersichtlichen ausgebauchten Abschnitte 37 des Kontraktionsschlauches 24 können dazu verwendet werden, ein Objekt schonend zu umgreifen. Auch kann durch einen entsprechend hohen Reibungskoeffizienten des Schlauchkörpermaterials ein sicheres Festhalten von Objekten gewährleistet werden.Between adjacent belt elements 34 as well as between the last belt elements 34 and the attachment points 35 for the end sections 22 . 23 of the contraction drive 13 remain uncovered openings 36 , These allow the contraction tube 24 , to the center of curvature sections of the link chain 5 to bulge out when the contraction drive 13 is activated. In the 2 well-visible bulged sections 37 of the contraction tube 24 can be used to protect an object gently. Also, a secure retention of objects can be ensured by a correspondingly high coefficient of friction of the tubular body material.

An den Befestigungsstellen 35 können die beiden Endabschnitte 22, 23 durch beliebige geeignete Befestigungsmittel 38 am dortigen Abschlussglied 4a, 4b fixiert sein. Beispielhaft sind die genannten Teile miteinander verstiftet. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit der Aufzählung wäre auch eine Schraubverbindung möglich.At the attachment points 35 can the two end sections 22 . 23 by any suitable fastening means 38 at the final member there 4a . 4b be fixed. By way of example, the parts mentioned are pinned together. Without claim to completeness of the list, a screw connection would be possible.

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Claims (19)

Aktuator, mit mindestens einer mehrgliedrigen Aktuatoreinheit (2), die mehrere in einer Reihe aufeinanderfolgend angeordnete biegesteife Arbeitsglieder (4) enthält, die unter Bildung einer Gliederkette (5) derart gelenkig miteinander verkettet sind, dass sie in einer Arbeitsebene (7) relativ zueinander verschwenkbar sind, wobei sich entlang mindestens eines mehrere der Arbeitsglieder (4) enthaltenden Gliederverbundes ein Längsgestalt aufweisendes biegeflexibles Zugelement erstreckt, das an dem mindestens einen Gelenkbereich (6) des Gliederverbundes vorbeiläuft, sodass seine eine Zugkraft hervorrufende Aktivierung ein Krümmen dieses Gliederverbundes herbeiführen kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugelement von einem mittels Fluidkraft betätigbaren, einen sich bei Fluidbeaufschlagung seines Innenraumes (28) verkürzenden Kontraktionsschlauch (24) aufweisenden Kontraktionsantrieb (13) gebildet ist, der mit seinen beiden Endabschnitten (22, 23) an den beiden den Gliederverbund an entgegengesetzten Seiten abschließenden Arbeitsgliedern (4, 4a, 4b) angreift, wobei sein Kontraktionsschlauch (24) den mindestens einen Gelenkbereich (6) des Gliederverbundes passiert.Actuator, with at least one multi-unit actuator unit ( 2 ), which comprises a plurality of bending-resistant workpieces ( 4 ) forming a link chain ( 5 ) are hinged together in such a way that they are in a working plane ( 7 ) are pivotable relative to each other, wherein along at least one of the plurality of working members ( 4 ) having a longitudinal shape exhibiting flexurally flexible tension member extending at the at least one hinge region ( 6 ) passes through the linkage, so that its activation causing a tensile force can cause a bending of this linkage, characterized in that the tension element of an actuated by fluid force, one in Fluidbeaufschlagung its interior ( 28 ) shortening contraction tube ( 24 ) having contraction drive ( 13 ) is formed, with its two end portions ( 22 . 23 ) at the two members joining the link on opposite sides ( 4 . 4a . 4b ), whereby its contraction tube ( 24 ) the at least one joint region ( 6 ) of the link network happens. Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontraktionsantrieb (13) so angeordnet ist, dass seine längsverlaufende Zugachse (33) mit Querversatz an der dem mindestens einen Gelenkbereich (6) des Gliederverbundes zugeordneten Gelenkachse (8) vorbeiläuft.Actuator according to claim 1, characterized in that the contraction drive ( 13 ) is arranged so that its longitudinal traction axis ( 33 ) with transverse offset at the at least one hinge region ( 6 ) of the linkage associated joint axis ( 8th ) passes by. Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mit einem Kontraktionsantrieb (13) ausgestattete Gliederverbund aus sämtlichen Arbeitsgliedern (4) der Gliederkette (5) zusammensetzt.Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that with a contraction drive ( 13 ) equipped members from all members of the working group ( 4 ) of the link chain ( 5 ). Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Aktuatoreinheit (2) einen beweglichen Finger bildet.Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one actuator unit ( 2 ) forms a movable finger. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Aktuatoreinheit (2) einen mehrgliedrigen Finger bildet.Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least one actuator unit ( 2 ) forms a multi-limbed finger. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mehrere nebeneinander angeordnete Aktuatoreinheiten (2).Actuator according to one of claims 1 to 5, characterized by a plurality of juxtaposed actuator units ( 2 ). Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mehrere Aktuatoreinheiten (2), die ein gemeinsames Arbeitsglied (4, 4a) enthalten, an dem die Kontraktionsantriebe (13) mehrerer Aktuatoreinheiten (2) einenends angreifen.Actuator according to one of Claims 1 to 6, characterized by a plurality of actuator units ( 2 ), which is a common working link ( 4 . 4a ), on which the contraction drives ( 13 ) of several actuator units ( 2 ) attack at one end. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kontraktionsantrieb (13) im Innern der Gliederkette (5) erstreckt.Actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that the contraction drive ( 13 ) inside the link chain ( 5 ). Aktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsglieder (4) zumindest teilweise an ihrer dem Krümmungszentrum der Gliederkette (5) zugewandten inneren Längsseite über mindestens eine Öffnung (36) verfügen, durch die hindurch sich der Kontraktionsschlauch (24) bei Aktivierung des Kontraktionsantriebes (13) nach außen ausbauchen kann.Actuator according to claim 8, characterized in that the working members ( 4 ) at least partially at its the center of curvature of the link chain ( 5 ) facing inner longitudinal side via at least one opening ( 36 ) through which the contraction tube ( 24 ) upon activation of the contraction drive ( 13 ) can bulge outward. Aktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsglieder (4) schalenartig ausgebildet sind.Actuator according to claim 9, characterized in that the working members ( 4 ) are formed like a shell. Aktuator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Arbeitsglieder (4) im Bereich seiner dem Krümmungszentrum der Gliederkette (5) zugewandten inneren Längsseite mindestens ein den Kontraktionsschlauch (24) umschließendes Gurtelement (34) aufweist, das den Kontraktionsschlauch (24) an einem Austritt aus der Gliederkette (5) hindert.Actuator according to one of claims 8 to 10, characterized in that at least one of the working members ( 4 ) in the region of its center of curvature of the link chain ( 5 ) facing inner longitudinal side at least one of the contraction tube ( 24 ) surrounding belt element ( 34 ) having the contraction tube ( 24 ) at an exit from the link chain ( 5 ) hinders. Aktuator nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gurtelement (34) einem Gelenkbereich (6) zugeordnet ist.Actuator according to claim 11, characterized in that at least one belt element ( 34 ) a joint area ( 6 ) assigned. Aktuator nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gurtelement (34) starr ausgebildet ist.Actuator according to one of claims 11 or 12, characterized in that the belt element ( 34 ) is rigid. Aktuator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gurtelement (34) ein einstückiger Bestandteil des es tragenden Arbeitsgliedes (4) ist.Actuator according to claim 13, characterized in that the belt element ( 34 ) an integral part of the working member ( 4 ). Aktuator nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch mehrere längs der Gliederkette (5) mit Abstand zueinander verteilte Gurtelemente (34).Actuator according to one of claims 11 to 14, characterized by several along the link chain ( 5 ) with spaced-apart belt elements ( 34 ). Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontraktionsschlauch (24) einen aus Material mit gummielastischen Eigenschaften bestehenden Schlauchkörper (25) und eine zu dem Schlauchkörper (25) koaxiale, in dessen Wandung zweckmäßigerweise eingebettete Strangstruktur (26) aufweist.Actuator according to one of claims 1 to 15, characterized in that the contraction tube ( 24 ) a hose body consisting of material with rubber-elastic properties ( 25 ) and one to the hose body ( 25 ) coaxial, in the wall expediently embedded strand structure ( 26 ) having. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Greifvorrichtung bildet.Actuator according to one of claims 1 to 16, characterized in that it forms a gripping device. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Spannvorrichtung bildet.Actuator according to one of claims 1 to 16, characterized in that it forms a tensioning device. Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Bestandteil einer Hand eines Roboters bildet.Actuator according to one of claims 1 to 18, characterized in that it is a component a hand of a robot forms.
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