DE102008023926B4 - Roboterfinger sowie Roboterhand - Google Patents

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Abstract

Roboterfinger mit
einem über ein Basisgelenk (10) mit einem Basiselement verbundenen Hauptfingerglied, wobei das Hauptfingerglied mit dem Basiselement in zwei Ebenen schwenkbar verbunden ist, und
wobei das Basisgelenk (10) zwei angetriebene, einander gegenüberliegende Haupt-Kegelräder (12), die an dem Basiselement drehbar gehalten sind, und zwei zwischen den Haupt-Kegelrädern (12) angeordnete Zwischen-Kegelräder (22) aufweist, die jeweils an einem Halteelement (26) des Hauptfingerglieds gehalten sind,
gekennzeichnet durch
einen sich von dem einen zu dem anderen Halteelement (26) erstreckenden Abdeckbügel (32), der zwischen die Haupt-Kegelräder (12) ragt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Roboterfinger sowie eine Roboterhand.
  • Roboterhände sind der menschlichen Hand nachgebildet und weisen eine im Wesentlichen dem Handteller entsprechende Handbasis auf. An der Handbasis ist mindestens einer, üblicherweise mehrere Roboterfinger befestigt. Die Roboterfinger weisen ebenfalls, den menschlichen Fingern nachempfunden, mehrere Fingerglieder auf. Unmittelbar mit der Handbasis oder mit einem Basiselement des Roboterfingers ist ein Hauptfingerglied mit einem Basisgelenk verbunden. Das Basisgelenk ist hierbei das der Handbasis am nächsten angeordnete Fingergelenk. Das Basisgelenk ist derart ausgebildet, dass es eine Bewegung des Hauptfingergliedes in zwei Ebenen ermöglicht. Andererseits kann das Hauptfingerglied entsprechend dem Schließen oder Öffnen der Hand um eine Haupt-Drehachse gedreht bzw. geschwenkt werden. Hierzu senkrecht kann das Hauptfingerglied üblicherweise in beide Richtungen um ca. 10 bis 20° seitlich bewegt werden. Hierdurch kann in räumlichen Grenzen, die denen der Bewegungsfreiheit eines menschlichen Fingers entsprechen, der Roboterfinger bewegt werden. Es ist bekannt, als Basisgelenk ein Gelenk mit zwei Kegelradpaaren vorzusehen. Die beiden Haupt-Kegelräder des Basisgelenks sind einander gegenüberliegend angeordnet und gesondert voneinander antreibbar. Ein Drehen der Hauptkegelräder um die Hauptdrehachse bewirkt ein Drehen bzw. Schwenken des Fingers entsprechend dem Öffnen oder Schließen der Hand. Zwischen den beiden Hauptkegelrädern senkrecht zu diesem sind zwei Zwischen-Kegelräder angeordnet. Die Zwischen-Kegelräder sind um eine Neben-Drehachse schwenkbar. Durch Drehen der Hauptkegelräder mit unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit und/oder in entgegengesetzte Richtung erfolgt ein seitliches Ausschwenken des Roboterfingers bzw. des Hauptfingergelenks des Roboterfingers. Die beiden Haupt-Kegelräder werden über ein Getriebe, wie beispielsweise einen Zahnriemen, von jeweils einem Elektromotor angetrieben. Diese sind vorzugsweise am Basiselement des Roboterfingers angeordnet bzw. in diesem integriert.
  • Beim Greifen mit einer Roboterhand entstehen insbesondere an den Fingerspitzen den Haltekräften entgegengesetzte Gegenkräfte. Diese müssen über das Basisgelenk an das Basiselement des Rotorfingers und/oder an die Handbasis der Roboterhand übertragen werden. Aufgrund des Vorsehens von Kegel-Zahnrädern, bewirkt das Einwirken derartiger Kräfte auf die Zwischen-Kegelräder ein Auseinanderdrücken des Basisgelenks. Dies führt dazu, dass die zur Kraftübertragung wirksamen Anlageflächen zwischen den Zähnen der Kegelrädern geringer werden, was wiederum zur Beschädigung der Kegelräder führen kann. Hierbei kann es sogar vorkommen, dass ein Zahn übersprungen wird, oder das Basisgelenk klemmt. Ferner besteht unabhängig von dem Problem der Kräfteübertragung die Gefahr, dass in das Kegelgelenk Fremdkörper eindringen und diese ein Klemmen oder Beschädigen der Kegelräder bewirken. Aus US 6,658,962 B1 ist eine derartige Roboterhand bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Roboterfinger zu schaffen, bei dem die Gefahr des Beschädigens des Basisgelenks aufgrund der auftretenden Kräfte und/oder durch Verschmutzungen verringert ist.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Roboterfinger gemäß Anspruch 1 bzw. eine mehrere derartige Roboterfinger aufweisende Roboterhand gemäß Anspruch 12.
  • Der erfindungsgemäße Roboterfinger weist im Bereich des Basisgelenks einen Abdeckbügel auf. Der Abdeckbügel erstreckt sich zwischen zwei Halteelementen, die die Zwischen-Kegelräder tragen, bzw. an denen die Zwischen-Kegelräder drehbar gelagert sind. Da der Abdeckbügel die beiden Halteelemente miteinander verbindet, können durch den Abdeckbügel Kräfte aufgenommen werden. Dies führt dazu, dass die Gefahr des Auseinanderdrückens der Zwischen-Kegelräder bei der Aufnahme höherer Kräfte verringert ist. Ferner ist der Abdeckbügel erfindungsgemäß derart angeordnet, dass die Kegelräder zumindest teilweise abgedeckt sind, so dass die Gefahr des Eindringens von Verschmutzungen verringert ist.
  • Erfindungsgemäß ragt der Abdeckbügel zwischen die einander gegenüberliegenden Haupt-Kegelräder. Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass vorzugsweise beide Seitenflächen des Abdeckbügels, die in Richtung der Haupt-Kegelräder weisen, abgeschrägt sind. Insbesondere verläuft die Abschrägung parallel zu den Zahnflanken der jeweiligen Haupt-Kegelräder. Hierdurch ist ein äußerst geringer Spalt zwischen dem Abdeckbügel und dem Kegelrädern realisiert, so dass die Gefahr des Eindringens von Verunreinigungen weiter verringert ist. In bevorzugter Ausführungsform ist der Abdeckbügel somit im Querschnitt im Wesentlichen trapezförmig, wobei die Außenseite und/oder auch die Innenseite des Abdeckbügels gewölbt sein können. Insbesondere kann die Außenseite konvex und die Innenseite konkav ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise ist der Abdeckbügel bogenförmig, insbesondere teilringförmig ausgebildet. Der Abdeckbügel erstreckt sich somit erfindungsgemäß bogenförmig vom einen zum anderen Halteelement, wobei der Bogen vorzugsweise einen Winkel von mehr als 180° überdeckt. Hierdurch ist insbesondere beim Drehen bzw. Schwenken des Rotorfingers um die Haupt-Drehachse gewährleistet, dass der Abdeckbügel in den unterschiedlichen Fingerstellungen das Basisgelenk im Wesentlichen vollständig abgedeckt ist. Hierbei verläuft der Bogen des Abdeckbügels vorzugsweise in der Schwenkebene. Da der Abdeckbügel erfindungsgemäß mit den Halteelementen der Zwischen-Kegelräder verbunden ist, wird der Abdeckbügel beim Drehen bzw. Schwenken des Rotorfingers um die Haupt-Drehachse mitgeschwenkt.
  • Da die auf die Zwischen-Kegelräder wirkenden Kräfte beim Greifen mit der Roboterhand nach außen wirken und die beiden einander gegenüberliegenden Zwischen-Kegelräder auseinander drücken, ist es besonders bevorzugt, dass der Abdeckbügel an vorzugsweise beiden Außenseiten der Halteelemente angeordnet ist, vorzugsweise an diesen anliegt. Bei einem Auseinanderdrücken der Zwischen-Kegelräder würde der Haltebügel somit aufgebogen. Der Haltebügel kann somit die Gefahr des Auseinanderdrückens der beiden Zwischen-Kegelräder verringern. Hierdurch ist die Gefahr des Beschädigens des Basisgelenks erheblich verringert.
  • Beim seitlichen Schwenken des Roboterfingers, das heißt beim Schwenken um die Neben-Drehachse, ist es bevorzugt, dass der Abdeckbügel nicht mitschwenkt. Dies ist erfindungsgemäß in bevorzugter Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Abdeckbügel an den Halteelementen der Zwischen-Kegelräder schwenkbar angeordnet ist. Hierdurch ist eine äußerst kompakte Bauweise des Roboterfingers im Bereich des Basisgelenks möglich. Würde der Abdeckbügel beim seitlichen Bewegen des Roboterfingers mitschwenken, müsste ein entsprechender Raum für den Abdeckbügel vorhanden sein. Dies würde einen Schlitz mit sich bringen, durch den Verunreinigungen in das Basisgelenk gelangen können.
  • In bevorzugter Ausführungsform ist der insbesondere bogenförmig ausgebildete Abdeckbügel derart ausgebildet, dass er in Richtung des Haupt-Fingerelements offen ist. Dies ist möglich, da sich das Basiselement beim Schwenken, wie es beim Öffnen und Schließen der Roboterhand auftritt, auf der in Richtung des Basiselements weisenden Seite und nicht auf der in Richtung des Hauptfingergliedes weisenden Seite öffnet. Hierdurch ist die Montage vereinfacht und eine platzsparende Anordnung realisiert.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Halteelemente nicht nur über den erfindungsgemäß vorgesehenen Abdeckbügel, sondern zusätzlich über ein Verbindungselement miteinander verbunden. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein stegförmiges innerhalb des Hauptfingergliedes angeordnetes Verbindungselement, das ebenfalls zur Kraftaufnahme bzw. zum Zusammenhalten der Halteelemente dient. Insbesondere sind die beiden Halteelemente und das Verbindungselement als einstückiges Bauteil ausgebildet. In bevorzugter Ausführungsform bildet das Verbindungselement somit einen inneren und der Abdeckbügel einen äußeren Haltebogen zur Kraftaufnahme bzw. Kraftübertragung.
  • Ferner betrifft die Erfindung eine Roboterhand, mit einer Handbasis, die dem menschlichen Handteller nachgebildet ist. Mit der Handbasis ist mindestens ein, sind vorzugsweise mehrere, insbesondere mindestens zwei Roboterfinger, wie vorstehend beschrieben, verbunden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Draufsicht eines Basisgelenks eines Roboterfingers,
  • 2 eine schematische Seitenansicht eines Basisgelenks eines Roboterfingers, und
  • 3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Abdeckbügels.
  • Ein Basisgelenk 10 weist zwei einander gegenüberliegende Haupt-Kegelräder 12 auf. Diese weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel einen jeweils nach außen weisenden zylindrischen Ansatz 14 mit Verzahnung auf und sind um eine Haupt-Drehachse 15 unabhängig voneinander drehbar.
  • In den Ansatz 14 greift jeweils ein Zahnriemen 16 ein. Die Zahnriemen 16 sind jeweils mit einem Elektromotor 18 verbunden. Die Elektromotoren 18 treiben jeweils ein mit dem Zahnriemen 16 in Eingriff stehendes Zahnrad 20 an. Die Elektromotoren 18 sind auf einem nicht dargestellten Basiselement fixiert.
  • Mit den beiden, unabhängig voneinander antreibbaren Haupt-Kegelrädern 12, sind zwei Zwischen-Kegelräder 22 angeordnet. Die Zwischen-Kegelräder 22 sind ebenfalls einander gegenüberliegend in Ebenen, die senkrecht zu den Ebenen der Haupt-Kegelräder 12 verlaufen, angeordnet. Die beiden Zwischen-Kegelräder 22 sind jeweils über eine Neben-Drehachse 24 mit einem Halteelement 26 verbunden. Die beiden Haltelemente 26 sind über ein Verbindungselement 28 fest miteinander verbunden, so dass die beiden Halteelemente 26 in Verbindung mit dem Verbindungselement 28 eine U-förmige Halterung ausbilden, die vorzugsweise einstückig ausgebildet ist. Mit den Halteelementen 26 bzw. dem Verbindungselement 28 ist ein nicht dargestelltes Hauptfingerglied verbunden. Das Hauptfingerglied trägt beispielsweise Antriebselemente für das nächste Fingerglied.
  • Beim Greifen mit einer beispielsweise mindestens zwei Roboterfinger aufweisenden Roboterhand wirken Kräfte in Richtung der Pfeile 30 (2) nach außen. Diese bewirken ein Auseinanderdrücken der Neben-Kegelräder 22. Um diese Gefahr des Auseinanderdrückens und die hiermit verbundenen Probleme zu verringern, ist erfindungsgemäß ein Abdeckbügel 32 vorgesehen. Der Abdeckbügel 32 ist bogenförmig ausgebildet. Das Abdeckelement ist an Zapfen 34 der Neben-Drehachse 24 schwenkbar gehalten. Das Abdeckelement 32 ist somit um die Neben-Drehachse 24 schwenkbar, die jedoch in Richtung der Pfeile 30 nicht verschiebbar gehalten ist, so dass der Abdeckbügel 32 in Richtung der Pfeile 30 wirkende Kräfte aufnehmen kann. Der Abdeckbügel 32 ist im Bereich der beiden Außenseiten 36 der Halteelemente 26 angeordnet und liegt an diesen an. Die in Richtung der Hauptkegelräder 12 weisenden Seiten 38 des Abdeckbügels können abgeschrägt sein und verlaufen sodann vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu Flanken 40 der Haupt-Kegelräder 12. Der Abdeckbügel 32 kann somit teilweise in den Bereich der Haupt-Kegelräder 12 hinein ragen.

Claims (13)

  1. Roboterfinger mit einem über ein Basisgelenk (10) mit einem Basiselement verbundenen Hauptfingerglied, wobei das Hauptfingerglied mit dem Basiselement in zwei Ebenen schwenkbar verbunden ist, und wobei das Basisgelenk (10) zwei angetriebene, einander gegenüberliegende Haupt-Kegelräder (12), die an dem Basiselement drehbar gehalten sind, und zwei zwischen den Haupt-Kegelrädern (12) angeordnete Zwischen-Kegelräder (22) aufweist, die jeweils an einem Halteelement (26) des Hauptfingerglieds gehalten sind, gekennzeichnet durch einen sich von dem einen zu dem anderen Halteelement (26) erstreckenden Abdeckbügel (32), der zwischen die Haupt-Kegelräder (12) ragt.
  2. Roboterfinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckbügel (32) bogenförmig, insbesondere teilringförmig ausgebildet ist.
  3. Roboterfinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckbügel (32) an vorzugsweise beiden Außenseiten (36) der Halteelemente (26) anliegt.
  4. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckbügel (32) mit den Halteelementen (26) vorzugsweise um eine Neben-Drehachse (24) des entsprechenden Zwischenkegelrades (22) schwenkbar verbunden ist.
  5. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckbügel (32) in Richtung des Hauptfingergliedes offen ist.
  6. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der in Richtung der Haupt-Kegelräder (12) weisenden Seitenfläche (38) des Abdeckelements abgeschrägt ist, wobei die mindestens eine Seitenfläche (38) vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Zahnflanke (40) des entsprechenden Haupt-Kegelrades (12) verläuft.
  7. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abdeckbügel (32) im Querschnitt im wesentlichen trapezförmig ausgebildet ist.
  8. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Kegelräder (12) auf der selben Hauptdrehachse (15), jedoch unabhängig voneinander drehbar sind.
  9. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischen-Kegelräder (22) auf der selben Neben-Drehachse (24) jedoch unabhängig von einander drehbar sind.
  10. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteelemente (26) über ein Verbindungselement (28) miteinander verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet sind.
  11. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haupt-Kegelräder (12) unabhängig voneinander, insbesondere über jeweils einen am Basiselement angeordneten Antriebsmotor (18) antreibbar sind.
  12. Roboterfinger nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Hauptfingerglied mindestens ein weiteres Fingerglied gelenkig verbunden ist.
  13. Roboterhand mit einer Handbasis und mit mehreren mit der Handbasis verbundenen Roboterfingern nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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