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VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der
Koreanischen Patentanmedlung mit der Nr. 2006-0069422 ,
angemeldet am 25. Juli 2006 mit dem Titel "Joint Apparatus and Hand Appratus for
Robot using the same";
die hiermit durch Bezugnahme umfasst ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Ausführungsformen
der Erfindung betreffen einen Roboter, und um genauer zu sein, um
humanoide Gelenke, die mit einer Struktur, einem Gelenk und einem
Betätigungselement
in Zusammenhang stehen, für
ein verbessertes Leistungsvermögen
eines Roboters bereitzustellen, der in der Lage ist, menschähnliches
Abtasten und Berühren
durchzuführen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
humanoider Roboter ist ein Roboter, dessen Gesamterscheinung auf
der des menschlichen Körpers
basiert. Im Allgemeinen weisen humanoide Roboter einen Torso mit
einem Kopf, Armen und Beinen auf. Einige Formen humanoider Roboter
dürfen lediglich
einen Teil des Körpers,
zum Beispiel das Gesicht, die Augen, den Mund und Hände nachbilden.
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Diese
humanoiden Roboter gleichen dem menschlichen Körper und sind in der Lage,
eine Vielfalt komplexer menschlicher Aufgaben gemäß Kommandos
oder durch vorhergehende Programmierung durchzuführen. Jedoch gibt es Schwierigkeiten
bei der mechanischen Umsetzung solcher Funktionen des menschlichen
Körpers,
insbesondere solcher, die strukturelle Mechanismen erfordern, um
den Mechanismus der Körperbewegung
umzusetzen. Beispielsweise weist die Hand des humanoiden Roboters
mehrere Fingemechanismen auf (z.B. für einen Daumen, Zeigefinger,
Mittelfinger, Ringfinger und einen kleinen Finger), die sich von
den distalen Enden eines Hauptkörpers
erstrecken, und jeder Fingermechanismus ist mit mehreren Gelenkbereichen
und mehreren Verbindungsgliedern, welche jeweils zwischen dem Gelenk
und den verbundenen Bereichen in Reihenfolge angeordnet sind, versehen.
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Eine
Anzahl an Techniken sind entwickelt worden, um Roboterhände vorzuschlagen,
die die Funktionalität
einer menschlichen Hand nachbilden. Um dies zu erreichen, sind Betätigungselemente,
um die Gelenkbereiche jedes Fingermechanismus anzutreiben, an einer,
jedem Fingermechanismus entsprechenden Stelle vorgesehen. Daher
ist es erforderlich, dass jeder Gelenkbereich durch Verwendung eines
Betätigungselements
direkt oder über
ein Draht angetrieben wird, der einer Riemenscheibe zugeordnet ist,
um die die Drähte
gewickelt sind. Einige dieser traditionellen Herangehensweisen zur
Ausgestaltung eines solchen Handmechanismus sind vollständig in
der
japanischen Patentoffenlegung
mit der Nr. sho 60-207795 und
Hei
6-8178 beschrieben.
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Jedoch
weisen diese herkömmlichen
Techniken viele Nachteile auf. Zum Beispiel sind bei einer herkömmlichen
Handvorrichtung mit mehreren Fingern mehrere Betätigungselemente erforderlich,
die an jedem Fingermechanismus vorgesehen sind. Somit, obwohl die
Expandier- und Zusammenziehaktion jedes Fingermechanismus unabhängig kontrolliert werden
kann, bestehen insoweit Nachteile, dass separate Räume erforderlich
sind, die den Elementen zur Umsetzung dieser Vorgehensweise zugeordnet sind.
Folglich gestattet diese Herangehensweise keinen praktischen Weg;
sie macht eine komplizierte Struktur und eine erhebliche Zeit beim
Einsatz der Vorrichtung erforderlich.
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Des
Weiteren können
separate Drähte
zur Verbindung der Fingermechanismen und Betätigungselemente, die jedem
beweglichen Punkt entsprechen, ein Hindernis darstellen. Zum Beispiel werden
Räume,
durch welche der Draht zur elektrischen Verbindung, um die Roboterhände zu betätigen, hindurchgeführt wird,
an jedem Gelenkmechanismus für
einen Finger erforderlich. Es ist offensichtlich, dass all diese
Anforderungen die Struktur komplizieren.
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KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese
und andere Bedürfnisse
werden durch die Erfindung angesprochen, durch die eine Herangehensweise
präsentiert
wird, um den Arten der Anwendungen gerecht zu werden, um so auf
effektive Weise ein humanoides Gelenk in einem Robotersystem aufzunehmen.
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Gemäß einem
Aspekt einer Ausführungsform
der Erfindung beinhaltet eine Gelenkvorrichtung ein Halteteil; und
ein Drehteil, das ausgestaltet ist, durch eine auf das Halteteil übertragene
Drehkraft gedreht zu werden, worin das Drehteil mit dem Halteteil
gekuppelt ist; und ein Gelenk, das ausgestaltet ist, die Drehkraft
in eine Drehbewegung unter Verwendung einer Gleitreibkraft zu konvertieren,
die an Anliegeflächen
erzeugt wird, die am Ende von in Kontakt stehenden Gelenkteilen
des Gelenks ausgebildet sind, worin ein erstes Gelenkteil innerhalb
des Drehteils und ein zweites Gelenkteil innerhalb des Halteteils
aufgenommen ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt einer Ausführungsform
der Erfindung ist eine Handvorrichtung für einen Roboter offenbart.
Die Handvorrichtung beinhaltet ein Handgelenkteil; mehrere Fingerteile,
die parallel am Handgelenkteil mit mehreren Verbindungsgliedern
angeordnet sind; ein Gelenk, das zwischen den Verbindungsgliedern
angeordnet ist, wobei das Gelenk so ausgestaltet ist, dass es eine Drehkraft,
die durch über
ein erstes Gelenkteil aufgebracht wird, in eine Drehbewegung eines
zweiten Gelenkteils konvertiert, worin die Drehkraft in eine Handbewegung
konvertiert wird, die an den gegenseitig anliegenden Kontaktoberflächen jedes
Gelenkteils auftritt; und ein an dem Handgelenkteil ausgebildetes Daumenteil,
das ausgestaltet ist, gedreht zu werden.
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Gemäß einem
anderen Aspekt einer Ausführungsform
der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Händen eines
humanoiden Roboters offenbart. Mehrere Gelenkelemente sind mit mehreren
Strukturen zur Ausgestaltung einer Hand eines humanoiden Roboters
gekuppelt, worin jedes Gelenkelement ein Paar ist und jedes Paar
eine symmetrische Gestalt am Ende aufweist; Mittel zur Anordnung
des Paares innerhalb der Struktur und worin jede Struktur drehgelenkig
miteinander verbunden ist, worin ein Raum an dem drehgelenkig verbunden Teil
ausgebildet ist; und
Mittel zur Bereitstellung einer Drehkraft
an dem Gelenkelement, worin die bereitgestellte Drehkraft in eine
Drehbewegung über
eine Gleitreibkraft konvertiert werden kann, die an einem Kontaktbereich,
der durch die symmetrische Gestalt jedes aneinander anliegenden
Paares gebildet wird, auftritt, worin die Drehbewegung in eine Handbewegung
konvertiert wird, indem die Drehbewegung innerhalb des Raumes beschränkt wird,
wobei ein gewünschte
Bewegung für
die Hand des humanoiden Roboters erreicht werden kann.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt einer Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitstellung eines humanoid
Gelenks für
ein Robotersystem bereitgestellt. Das Verfahren umfasst: Ausgestalten
mehrerer Elemente zur Verkörperung
des humanoiden Robotersystems, worin die Elemente ein Halteteil,
ein Bewegungsteil und ein Gelenk beinhalten können; Bilden eines ersten Kontaktbereichs
mit halbkugelförmiger
Gestalt am Ende eines der Gelenkteile; Bilden eines zweiten Kontaktbereichs
mit halbkugelförmiger
Gestalt an dem Ende des anderen Gelenkteils, worin das Gelenk ein
Paar ist; Anordnen des jeweiligen Gelenkteils innerhalb des Halteteils
beziehungsweise des Bewegungsteils, worin das Halteteil und das
Bewegungsteil drehgelenkig verbunden sind; Bereitstellen einer Antriebskraft
an ein Gelenkteil mit dem ersten Kontaktbereich zur Erzeugung einer
Drehkraft, worin die Drehkraft auf den zweiten Kontaktbereich übertragen
wird, der am ersten Kontaktbereich anliegt, an dem eine Gleitreibkraft
auftritt, worin die Gleitreibkraft eine Bewegung des zweiten Kontaktbereichs
bewirkt, worin die Bewegungen des Kontaktbereichs innerhalb des Raums,
der an dem drehgelenkig verbunden Bereich ausgebildet ist, beschränkt ist,
wobei diverse Bewegungen für
das humanoide Gelenk erreicht werden können.
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Noch
andere Aspekte, Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der Erfindung
sind aus der folgenden, detaillierten Beschreibung einfach durch die
Veranschaulichung einer Anzahl besonderer Ausführungsformen und Implementierungen,
einschließlich
der beabsichtigten besten Ausführungsform
der Erfindung, offensichtlich. Die Erfindung kann auch andere und
unterschiedliche Ausführungsformen
beinhalten, und ihre diversen Details können in vielfältigen,
offensichtlichen Aspekten abgewandelt werden, ohne dass dabei vom
Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird. Folglich dienen
die Figuren und die Beschreibung lediglich der Anschauung und sind
nicht einschränkend
zu verstehen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die
Ausführungsformen
der Erfindung werden mittels Beispielen, die nicht einschränkend zu verstehen
sind, in den Figuren der begleitenden Zeichnungen erläutert, und
in denen gleiche Bezugszeichen sich auf ähnliche Elemente beziehen und
in denen:
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1A eine perspektivische Ansicht einer Gelenkvorrichtung
gemäß einer
Ausführungsform der
Erfindung zeigt;
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2 eine
perspektivische Explosionsansicht der Gelenkvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist;
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3 eine
Querschnittsansicht der Gelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung ist;
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4 eine
perspektivische Ansicht einer Handvorrichtung für einen Roboter ist, wobei
die Gelenkvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird;
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5 eine
untere perspektivische Ansicht der Handvorrichtung für den Roboter
ist, wobei die Gelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird;
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6 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht der Handvorrichtung für
den Roboter ist, wobei die Gelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung verwendet wird; und
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7 eine
teilweise freigelegte perspektivische Ansicht ist, die den inneren
Aufbau eines Zeigefingerteils der Handvorrichtung für den Roboter
zeigt, wobei die Gelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ein
Gerät und
Verfahren zur Bereitstellung eines humanoiden Gelenks für ein Robotersystem werden
beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden für die Zwecke
der Erläuterung
zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein tiefes Verständnis der
Ausführungsformen
der Erfindung bereitzustellen. Es wird jedoch dem Fachmann offensichtlich sein,
dass die Ausführungsformen
der Erfindung in der Praxis ohne diese spezifischen Details oder
mit einer äquivalenten
Anordnung umgesetzt werden können.
In anderen Fällen
werden gut bekannte Aufbauten und Geräte in Blockdiagrammform gezeigt, um
unnotwendige Unklarheiten betreffend die Ausführungsformen der Erfindung
zu vermeiden.
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Obwohl
die Ausführungsformen
der Erfindung in Bezug auf eine humanoide Roboterhand beschrieben
werden, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass die Ausführungsformen
der Erfindung bei jeder Art von Robotersystem sowie bei irgendeinem
Mechanismus zur Anwendung kommen können.
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Wie
in den 1 bis 3 gezeigt ist, beinhaltet eine
Gelenkvorrichtung 100 der vorliegenden Erfindung eine Halteeinheit 110 und
eine Dreheinheit 120, welche jeweils in einem äußeren Rahmen
ausgebildet sind und drehbar miteinander gekoppelt sind, eine Gelenkeinheit 130,
welche auf einer Innenseite der Halteeinheit 110 und der
Dreheinheit 120 vorgesehen ist, so dass die Dreheinheit 120 durch eine
Gleitreibbewegung in Drehung versetzt wird, die erzeugt wird, wenn
eine Kraft auf die Halteeinheit 110 übertragen wird, und eine Antriebseinheit
(nicht dargestellt) zur Bereitstellung eines Drehmoments an die
Gelenkeinheit 130.
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In
diesem Beispiel sind die Halteeinheit 110 und die Dreheinheit 120 durch
einen Betriebszustand unterschieden. Daher können die Rollen der Halteeinheit 110 und
der Dreheinheit 120 dem Betriebszustand entsprechend ausgetauscht
werden.
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An
der Halteeinheit 110 und der Dreheinheit 120 sind
ein äußeres Kupplungsteil 112 und
ein inneres Kupplungsteil 122 an ihren Enden, die aneinander
angrenzen, ausgebildet, so dass das äußere und innere Kupplungsteil 112 und 122 drehbar
miteinander gekuppelt sind, und ein Raum zur Aufnahme der Gelenkeinheit 130 zwischen
dem äußeren und
dem inneren Kupplungsteil 112 und 122 ausgebildet
ist. Ein Drehzentrum sowohl des äußeren als
auch des inneren Kupplungsteils 112 und 122 fällt mit
dem der Gelenkeinheit 130 zusammen.
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Die
Gelenkeinheit 130 ist mit einem ersten Gelenkteil 132a,
welches drehbar auf der Innenseite des Halteeinheit 110 in
einer Längsrichtung
der Halteeinheit 110 angeordnet ist, und einem zweiten
Gelenkteil 132b versehen, welches drehbar auf einer Innenseite
der Dreheinheit 120 in einer Längsrichtung der Dreheinheit 120 angeordnet
ist. An jedem Ende des ersten und zweiten Gelenkteils 132a und 132b sind
jeweils erste und zweite, halbkugelförmige Andruckteile 134a und 134b vorgesehen.
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Beispielsweise
sind das erste und zweite halbkugelförmige Andruckteil 134a und 134b mit
einer ersten beziehungsweise zweiten Kontaktfläche 136a bzw. 136b versehen,
welche dieselbe Gestalt aufweist und über die das erste und zweite
halbkugelförmige
Andruckteil 134a und 134b in engem Kontakt miteinander
stehen. Die erste und zweite Kontaktfläche 136a und 136b sind
jeweils im selben Winkel geneigt. Ein erstes und zweites Wellenloch 138a und 138b sind
jeweils in einem mittleren Bereich der ersten bzw. zweiten Kontaktfläche 136a und 136b so ausgebildet,
dass eine Drehwelle 139 in das erste und zweite Wellenloch 138a und 138b eingesetzt
ist, um so in einem Zustand in Drehung versetzt zu werden, bei dem
die erste und zweite Kontaktfläche 136a und 136b in
engem Kontakt miteinander stehen.
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Die
Antriebseinheit ist vorgesehen, um eine Antriebskraft für das erste
Gelenkteil 132a bereitzustellen, welches drehbar in der
Halteeinheit 110 angeordnet ist. Ein bürstenloses Gleichstrommotor (BLDC)
wird als Antriebseinheit verwendet. Ebenso können ferner ein Reduktionsgetriebe
(nicht dargestellt) zur Anpassung des Drehverhältnisses, ein Codierer (nicht
dargestellt) um den Drehausschlag zu detektieren und Ähnliches
vorgesehen sein.
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Im
Rahmen einer beispielhaften Ausführungsform
wird die Arbeitsweise der Gelenkvorrichtung im Detail beschrieben.
Es soll deutlich werden, dass jedes Element, das nachfolgend beschrieben wird,
anhand der 1 bis 3 und der
obigen Beschreibungen verstanden werden solle.
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Bei
der zuvor beschriebenen Gelenkvorrichtung 110 erzeugt die
Antriebseinheit eine Kraft um das Drehteil 120, das mit
dem Halteteil 110 gekuppelt ist, in Drehung zu versetzen.
Daher wird die Kraft, die von der Antriebseinheit erzeugt wird,
auf das erste Gelenkteil 132a, das in dem Halteeinheit 110 angeordnet
ist, übertragen,
um so das erste Gelenkteil 132a in Drehung zu versetzen.
Durch die Drehung des ersten Gelenkteils 132a wird die
Kraft vom ersten Gelenkteil 132a auf das zweite Gelenkteil 132b übertragen.
Wie anhand des Gelenks offensichtlich ist, wird das zweite Gelenkteil 132b auch
in Drehung versetzt. Das erste Gelenkteil 132a und das
zweite Gelenkteil 132b stehen über die erste und zweite Kontaktfläche 136a und 136b des
ersten bzw. zweiten halbkugelförmigen
Andruckteils 134a und 134b in engem Kontakt miteinander.
Die erste und zweite Kontaktfläche 136a und 136b stehen
durch die Drehwelle 139 miteinander in Kontakt und sind
darüber gekuppelt,
wobei sie einen geneigten Zustand mit einem gewünschten Winkel bezüglich einer
Drehachse des ersten und zweiten Gelenkteils 132a und 132b einnehmen.
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Daher
kommt es, wenn eine Drehkraft von dem ersten Gelenkteil 132a auf
das zweite Gelenkteil 132b übertragen wird, zu einer Gleitreibbewegung zwischen
der ersten und zweiten Kontaktfläche 136a und 136b und
somit wird das zweite Gelenkteil 132b in Drehung versetzt
mit der Drehwelle 139 im Zentrum.
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Da
jedoch das erste und zweite Gelenkteil 132a und 132b durch
das äußere und
innere Kupplungsteil 112 und 122 der Halteeinheit 110 bzw.
der Dreheinheit 120 eingespannt sind, wird die Dreheinheit 120 bezüglich der
Halteeinheit 110 in einem Zustand gedreht, dass die Drehbewegung
des zweiten Gelenkteils 132b auf eine Richtung beschränkt ist, um
die die Dreheinheit 120 gedreht werden kann. Daher kann
die Drehkraft der Antriebseinheit in die Drehbewegung der Dreheinheit 120 bezüglich der Halteeinheit 110 umgewandelt
werden.
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Die
Handvorrichtung für
den Roboter, die die Gelenkvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung verwendet, weist eine ähnliche
Gestalt wie eine menschliche Hand auf. Das heißt, wie die menschliche Hand
ist die Handvorrichtung mit einem Daumen, einem Zeigefinger, einem
Mittelfinger, einem Ringfinger und einem kleinem Finger versehen. Jedoch
kann bei Bedarf die Anzahl der Finger der Handvorrichtung geändert werden.
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Ferner
kann die Anzahl der Verbindungsglieder und der Gelenke, die jeden
Finger in der Handvorrichtung bilden, dieselbe sein wie die der
menschlichen Hand. Jedoch kann dies bei Bedarf auch geändert werden.
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Des
Weiteren entspricht der Aufbau des Verbindungsglieds und des Gelenks
der Gelenkvorrichtung. Nachfolgend wird ein Aufbau und eine Arbeitsweise
des Gelenks anhand der Figuren erläutert.
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Wie
in den 4 und 5 gezeigt ist, beinhaltet die
Handvorrichtung 200, die die Gelenkvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung verwendet, ein Handgelenkteil 210, welches drehbar
an einem Armteil (nicht dargestellt) des Roboters (nicht dargestellt)
angeordnet ist, und mehrere Fingerteile (ein Daumenteil 220,
ein Zeigefingerteil 230, ein Mittelfingerteil 240,
ein Ringfingerteil 250 und ein kleiner-Finger-Teil 260),
die sich von dem Handgelenkteil 210 erstrecken.
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Das
Daumenteil 220 ist drehbar an einer Außenseite des Handgelenkteils 210 angeordnet,
welche zu einer Seite des Zeigefingerteils 230 benachbart
ist. Das heißt,
das Daumenteil 220 kann auf eine untere Seite des Zeigefingerteil 230 von
der Seite des Zeigefingerteils 230 gedreht werden.
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Das
Daumenteil 220 beinhaltet eine haltende Verbindung 226 zur
drehbaren Halterung des Daumenteils 220 bezüglich des
Handgelenkteils 210 und eine drehende Verbindung 224,
deren eines Ende durch einen Drehmotor 226a in Drehung
versetzt wird und deren anderes Ende mit einem gewünschten
Teil des Daumenteils 220 gekuppelt ist.
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Falls
die drehende Verbindung 224 durch den Drehmotor 226a in
Drehung versetzt wird, wird das Daumenteil 220, das mit
dem anderen Ende der drehenden Verbindung 224 gekuppelt
ist, in Drehung versetzt, und das Daumenteil 220 wird auf
die untere Seite des Zeigefingerteils 230 gedreht, während es von
der drehenden Verbindung 224 gehalten wird. Der Drehmotor 226a kann
ferner mit einem Codierer 226b, um die die Drehung des
Drehmotors 226a zu detektieren, und einem Reduktionsgetriebe 226c zur Anpassung
des Drehverhältnisses
des Drehmotors 226a versehen sein.
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Das
Zeigefingerteil 230, das Mittelfingerteil 240 und
das Ringfingerteil 250 erstrecken sich von einem mittleren
Bereich des Handgelenkteils 210 in eine Richtung mit dem
Mittelfingerteil 240 im Zentrum. Das Zeigefingerteil 230 und
das Ringfingerteil 250, die auf beiden Seiten des Mittelfingerteils 240 angeordnet
sind, sind so angeordnet, dass sie in einer horizontalen Richtung
bezogen auf die Verlängerungsrichtung
jedes Fingerteils 230, 240, 250, 260 gedreht
werden.
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Des
Weiteren ist sowohl das Zeigefingerteil 230, das Mittelfingerteil 240,
das Ringfingerteil 250 und das kleiner-Finger-Teil 260 mit
mehreren Verbindungsgliedern 232a, 232b, 232c und 232d,
und mehreren Gelenken 234a, 234b, 234c und 234d,
die zwischen benachbarten Verbindungsgliedern angeordnet sind, versehen.
Bevorzugt weist jedes Fingerteil 220, 230, 240, 250 und 260 einen ähnlichen
Aufbau wie die menschliche Hand auf.
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Da
in diesem Beispiel das Zeigefingerteil 230, das Mittelfingerteil 240,
das Ringfingerteil 250 und das kleiner-Finger-Teil 260 denselben
Aufbau und die Gestalt mit der Ausnahme der Richtungen der Verbindungsglieder
und der Gelenke, welche jedes Fingerteil bilden, aufweisen, wird
lediglich ein Zeigefingerteil beschrieben und die Beschreibung der
anderen Fingerteile entfällt.
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Wie
in den 6 und 7 gezeigt ist, ist das Zeigefingerteil 230 der
Handvorrichtung 200 für den
Roboter gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung mit dem Handgelenkteil 210 so gekuppelt, dass
es horizontal gedreht wird und beinhaltet ein erstes Verbindungsglied 232a,
welches einen Handflächenbereich
der Handvorrichtung 200 bildet, ein zweites Verbindungsglied 232b,
das mit dem ersten Verbindungsglied 232a so gekuppelt ist,
dass es vertikal gedreht wird, ein drittes Verbindungsglied 232c, das
mit dem zweiten Verbindungsglied 232b so gekuppelt ist,
dass es vertikal gedreht wird, ein viertes Verbindungsglied 233d,
das mit dem dritten Verbindungsglied 232c so gekuppelt
ist, dass es vertikal gedreht wird.
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Ein
Horizontaldrehgelenkteil 212 ist am Handgelenkteil 210 so
ausgebildet, dass das erste Verbindungsglied 232a horizontal
bezüglich
des von den Fingerteilen gebildeten Handflächenbereichs gedreht werden
kann. Ein Horizontaldrehteil 236a, das mit dem Horizontaldrehgelenkteil 212 gekuppelt
ist, ist an einem Ende des ersten Verbindungsglieds 232a ausgebildet.
Ferner ist auf einer unteren Seite des Horizontaldrehgelenkteils 212 und
dem Horizontaldrehteil 236a ein erstes Gelenk 234a vorgesehen,
dessen eine Seite mit dem Handgelenkteil 210 und dessen
andere Seite mit dem ersten Verbindungsglied 232a gekuppelt
sind. Ein erstes Vertikaldrehteil 236b ist zwischen dem
ersten Verbindungsglied 232a und dem zweiten Verbindungsglied 232b so
vorgesehen, dass das zweite Verbindungsglied 232b so gelagert
ist, dass es vertikal bezüglich
des ersten Verbindungsglieds 232a gedreht wird. Ein zweites
Gelenk 234b ist auf einer Innenseite des ersten Vertikaldrehteils 236b so
vorgesehen, dass das zweite Verbindungsglied 232b bezüglich des
ersten Verbindungsglieds 232a gedreht wird.
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Zusätzlich ist
ein zweites Vertikaldrehteil 236c zwischen dem zweiten
Verbindungsglied 232b und dem dritten Verbindungsglied 232c vorgesehen, so
dass das dritte Verbindungsglied 232c so gelagert ist,
dass es vertikal bezüglich
des zweiten Verbindungsglieds 232b gedreht wird. Ein drittes
Gelenk 234c ist auf einer Innenseite des zweiten Vertikaldrehteil 236c so
vorgesehen, dass das dritte Verbindungsglied 232c bezüglich des
zweiten Verbindungsglieds 232b gedreht wird.
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Schließlich ist
ein drittes Vertikaldrehteil 236d zwischen dem dritten
Verbindungsglied 232c und dem vierten Verbindungsglied 232d vorgesehen, so
dass das vierte Verbindungsglied 232d so gelagert ist,
dass es vertikal bezüglich des
dritten Verbindungsglieds 232c gedreht wird. Ein viertes
Gelenk 234d ist auf einer Innenseite des dritten Vertikaldrehteils 236d so
angeordnet, dass das vierte Verbindungsglied 232d bezüglich des
dritten Verbindungsglieds 232c gedreht wird.
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Im
Rahmen einer beispielhaften Ausführungsform
weisen das erste, zweite und dritte Vertikaldrehteil 236b, 236c und 236d jeweils
denselben Aufbau wie die äußeren und
inneren Kupplungsteile 112 und 122 der Gelenkvorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung auf.
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Derweil
sind das zweite, dritte und vierte Gelenk 234b, 234c und 234d,
wie zuvor beschrieben, in einer zur Befestigungsrichtung des ersten
Gelenks 234a orthogonalen Richtung angebracht. Das heißt, wenn
die Gelenke 234a, 234b, 234c und 234d jeweils
in ihren Ausgangsstellungen betätigt
werden, werden das zweite, dritte und vierte Gelenk 234b, 234c und 234d in
einer Richtung betätigt,
die orthogonal zu einer Betätigungsrichtung
des ersten Gelenks 234a ist.
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In
diesem Beispiel kommt beim ersten, zweiten, dritten und vierten
Gelenk 234a, 234b, 234c und 234d die
Gelenkvorrichtung 100 (siehe 1) gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung zur Anwendung. Die Gelenke 234a, 234b, 234c und 234d sind
jeweils mit ersten Gelenkteilen 234a1, 234b1, 234c1 und 234d1 und
zweiten Gelenkteilen 234a2, 234b2, 234c2 und 234d2 versehen.
Jedes der ersten Gelenkteile 234a1, 234b1, 234c1 und 234d1 weist eine
separate Antriebseinheit 235a, 235b, 235c und 235d auf.
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An
jedem Ende der ersten Gelenkteile 234a1, 234b1, 234c1 und 234d1 und
zweiten Gelenkteile 234a2, 234b2, 234c2 und 234d2,
welche zueinander benachbart sind, ist ein halbkugelförmiges Andruckteil
mit einer im gewünschten
Winkel geneigten Kontaktfläche
vorgesehen. Die an dem halbkugelförmigen Andruckteil ausgebildete
Kontaktstelle ist darauf beschränkt,
sich um eine Drehachse zu drehen, die orthogonal zur Kontaktfläche ist.
Wenn die Drehkraft an den ersten Gelenkteilen 234a1, 234b1, 234c1 und 234d1 angelegt
wird, wird die Drehkraft von den ersten Gelenkteilen 234a1, 234b1, 234c1 und 234d1 auf
die zweiten Gelenkteile 234a2, 234b2, 234c2 durch
die Gleitreibbewegung zwischen den Kontaktflächen übertragen, so dass die zweiten Gelenkteile 234a2, 234b2, 234c2 in
Drehung versetzt werden. Die ersten Gelenkteile 234a1, 234b1, 234c1 und 234d1 und
die zweiten Gelenkteile 234a2, 234b2, 234c2 und 234d2 sollen
anhand der Beschreibung des ersten Gelenkteils 132a und
des zweiten Gelenkteils 132b der Gelenkvorrichtung verstanden
werden.
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Beispielhaft
beinhaltet jede der Antriebseinheiten 235a, 235b, 235c und 235d einen
Motor zur Erzeugung der Drehkraft, einen Codierer zur Bestimmung
der Drehkraft des Motors und ein Reduktionsgetriebe zur Anpassung
des Drehverhältnisses
des Motors.
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Die
Antriebseinheiten 235a, 235b, 235c und 235d,
die in dem ersten, zweiten, dritten und vierten Gelenk 234a, 234b, 234c und 234d angeordnet
sind, können
unabhängig
oder gleichzeitig durch Anlegen einer gewünschten Spannung in Gang gesetzt
werden. Ferner können
das erste, zweite, dritte und vierte Gelenk 234a, 234b, 234c und 234d betätigt werden,
indem die Antriebskraft verwendet wird, die von einer der Antriebseinheiten 235a, 235b, 235c und 235d bereitgestellt
wird, indem die Kraft des ersten, zweiten, dritten und vierten Gelenks 234a, 234b, 234c und 234d untereinander
weitergegeben wird. Wenn das Zeigefingerteil 230, das am
Handgelenkteil 210 angeordnet ist, horizontal gedreht wird,
werden die Antriebseinheit 235a des ersten Gelenks 234a,
die auf der unteren Seite des horizontal Drehgelenks 212 des
Handgelenkteil 210 angeordnet ist, und das erste Verbindungsglied 232a des
Horizontaldrehteils 236a in Gang gesetzt. Somit wird das
erste Gelenkteil 234a1 des ersten Gelenks 234a durch
die Antriebseinheit 235a in Drehung versetzt und die Antriebskraft
wird auf das zweite Gelenkteil 234a2 übertragen.
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Daher,
während
es zu einer Gleitreibbewegung zwischen den Kontaktflächen der
halbkugelförmigen
Andruckteile, die an jedem Ende des ersten und zweiten Gelenkteils 234a1 und 234a2 ausgebildet
sind, kommt, drehen sich die Kontaktflächen um die Drehwelle, die
zwischen den Kontaktflächen
vorgesehen ist. Während
das zweite Gelenkteil 234a2 mit der Drehwelle im Zentrum
in Drehung versetzt wird, wird in Abfolge das erste Verbindungsglied 232a,
das mit dem zweiten Gelenkteil 234a2 gekuppelt ist horizontal
hin- und herbewegt. Somit wird das erste Verbindungsglied 232 horizontal
durch das Horizontaldrehteil 236a, das mit dem Horizontaldrehgelenkteil 212 des
Handgelenkteils 210 gekuppelt ist verschwenkt.
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Nun
wird die vertikale Drehbewegung des zweiten und dritten und vierten
Verbindungsglieds 232b, 232c und 232d beschrieben.
Hierbei wird die Vertikaldrehbewegung des zweiten und dritten und vierten
Verbindungsglieds 232b, 232c und 232d über äquivalente
Vorgänge
erreicht, und somit wird der Betrieb des zweiten Verbindungsglieds 232b beschrieben
und die Beschreibung des dritten und vierten Verbindungsglieds 232c und 232d entfällt, das
es sich um äquivalente
Vorgänge
handelt, die in den 6–7 gezeigt
sind, und um unnotwendige Unklarheiten betreffend die Ausführungsformen
der Erfindung zu vermeiden.
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Zuerst
wird, um das zweite Verbindungsglied 232b, das mit dem
ersten Verbindungsglied 232a gekuppelt ist, vertikal zu
drehen, die Antriebseinheit 235b des zweiten Gelenks 234b,
die zwischen dem ersten und zweiten Verbindungsglied 232a und 232b vorgesehen
ist, in Gang gesetzt. Somit wird das erste Gelenkteil 234b1,
welches das zweite Gelenk 234b bildet, durch die Antriebseinheit 235b in
Gang gesetzt und die Antriebskraft wird auf das zweite Gelenkteil übertragen 234b2.
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Daher
werden, während
es zur Gleitreibbewegung zwischen den Kontaktflächen der halbkugelförmigen Andruckteile
kommt, die an jedem Ende des ersten und zweiten Gelenkteils 234b1 und 234b2 ausgebildet
sind, die Kontaktflächen
um die Drehwelle, die zwischen den Kontaktflächen vorgesehen ist, in Drehung
versetzt. Währen
das zweite Gelenkteil 234b2 mit der Drehwelle im Zentrum
in Drehung versetzt wird, wird nachfolgend das zweite Verbindungsglied 232b,
das mit dem zweiten Gelenkteil 234b2 gekuppelt ist, in
vertikaler Richtung hin und herbewegt.
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Beispielsweise
werden das dritte und vierte Verbindungsglied 232c und 232d durch
dieselben Vorgänge
auch hin- und herbewegt. Ein gleichmäßige Fingerbewegung kann durch
unabhängige
Steuerung des dritten und vierten Verbindungsglieds 232c und 232d erreicht
werden.
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Wie
zuvor beschrieben wurde, da gemäß der Gelenkvorrichtung
einer Ausführungsform
der Erfindung jedes Gelenk einen einfachen Aufbau aufweist und unabhängig betätigt werden
kann, besteht der Vorteil in der Bereitstellung einer gleichmäßigen Fingerbewegung.
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Des
Weiteren besteht gemäß der Handvorrichtung,
die die Gelenkvorrichtung einer Ausführungsform der Erfindung verwendet,
insoweit ein anderer Vorteil, dass eine Handvorrichtung bereitgestellt
wird, die aufgrund der Verwendung der Gelenkvorrichtung, welche
einen einfachen Aufbau aufweist und unabhängig betätigt werden kann, wie eine menschliche
Hand gleichmäßig betätigt werden kann.
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Obwohl
die Erfindung im Zusammenhang mit einer Anzahl von Ausführungsformen
und Implementierungen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht
darauf eingeschränkt,
sondern umfasst diverse offensichtliche Abwandlungen und äquivalente
Anordnungen, welche unter den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen. Obwohl die Merkmale
der Erfindung in bestimmten Kombinationen der Ansprüche ausgedrückt sind,
ist intendiert, dass dies Merkmale in beliebiger Kombination und
Ordnung angeordnet werden können.