DE102008037930A1

DE102008037930A1 - Steuerbares Kugelgelenk

Info

Publication number: DE102008037930A1
Application number: DE200810037930
Authority: DE
Inventors: Linus Valentin Grunert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2010-02-25

Abstract

Angetriebene bzw. steuerbare Roboter-Gelenke und Maschinen-Gelenke sind meist nur in einer Ebene oder um eine Achse beweglich. Das neue Gelenk ermöglicht es, eine Bewegung um einen Punkt zu realisieren, während die antreibenden Aktoren neben dem Drehpunkt liegen (innerhalb bzw. außerhalb der Mechanik). Die beiden Gelenk-Teile (1, 2) sind drehbar über die Kugelfläche bei 1 und der kugelförmigen Innenfläche bei 2 verbunden. Durch das Anlegen von künstlichen Muskeln (pneumatisch, elektrisch, hydraulisch / n > = 3 / VII a, b, c, d; VIII a, b, c, d, e, f, g, h) kann die Stellung der Gelenk-Teile (1, 2) zueinander bestimmt werden. Die Anordnung der künstlichen Muskeln kann auf verschiedene Weise erfolgen und können sowohl innen als auch außen angebracht werden. Eine Besonderheit des Gelenkes ist die Möglichkeit, den Innenraum auszusparen, um Kabel, Schläuche, Versorgungsleitungen etc. zu verlegen. Das Gelenk ist gedacht, in einfacher oder in Reihe geschalteter Anordnung zu verwenden. Anwendungsbereiche erstrecken sich von einfachen Flüssigkeitsführungen über Roboter-Arme/Beine bis hin zur Endoskopie.

Description

Die meisten Roboter Gelenke sind meist nur um eine Achse drehbar. Bei Bewegungen um zwei oder mehr sich schneidenden Achsen ist ein großer Aufbau oder mehrere Gelenke nötig.
Des weiteren werden die Transport oder Versorgungsleitungen meist Außerhalb geführt und beinhalten die Gefahr, dass diese geklemmt werden oder hängen bleiben.
Der in Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass angetriebene Gelenke um mehr als eine Achse einen großen Aufbau benötigen.
Dieses Problem wird in Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Aktoren zwischen den Gelenk Teilen (1, 2) liegen.
Dadurch wird ein solches Gelenk inklusive Antrieb klein gehalten und ist möglich mehrere solcher Gelenke in Reihe zu schalten um eine Schlangen oder Tentakel artige Bewegung zu ermöglichen.
Eine vorteilhafte Ausstattung der Erfindung ist in Patentanspruch 2 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 2 ermöglicht es durch verschiedene Ausrichtungs-Varianten der Künstlichen Muskeln verschiedene Bewegungsmöglichkeiten zu realisieren. Dadurch kann das Gelenk von zwei auf drei Freiheitsgrade erweitert werden.
Eine vorteilhafte Ausstattung der Erfindung ist in Patentanspruch 3 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 3 ermöglicht es durch ersetzen von maximal der Hälfte der Künstlichen Muskeln durch Federelemente die Anzahl der zu steuernden Künstlichen Muskeln zu verringern und um Rechen- und Wartungsaufwand ein zu sparen.
Eine vorteilhafte Ausstattung der Erfindung ist in Patentanspruch 4 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 4 ermöglicht es Leitungen (Versorgungs, Steuer, Transport) oder Hardware innerhalb des Gelenks zu verlegen und unter zu bringen, ohne Einschränkungen der Bewegungsfreiheit in kauf nehmen zu müssen oder diese Außerhalb zu führen.
Eine vorteilhafte Ausstattung der Erfindung ist in Patentanspruch 5 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 5 ermöglicht es, durch in Führungen laufenden Bolzen, bei einem um zwei Achsen bewegliches Gelenk die Torsion um die dritte Achse zu verhindern und um die Präzision zu erhöhen.
Eine vorteilhafte Ausstattung der Erfindung ist in Patentanspruch 6 angegeben. Die Weiterbildung nach Patentanspruch 6 ermöglicht es auch in Gravitationsfeldern, wie auf der Erde lange Roboterarme zu realisieren ohne die unteren Gelenke zu stark zu belasten und die oberen Gelenke zu unterfordern.
Durch die nach oben verjüngte Form ist die optimale Gewichts- und Belastungsverteilung realisierbar.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen in Zeichnung VII.:
Die vier Künstlichen Muskeln a, b, c, d in der durchsichtigen Draufsicht (siehe VII/1), werden durch Kontraktion und Expansion so gesteuert, dass die Stellung der zwei Gelenk Teile der Vorgabe entspricht.
z. B. (Länge der Künstlichen Muskeln, Kurz = K; Lang = L; Grundlänge = G; Mittel = M)

1. a = G; b = K; c = G; d = L Daraus folgt das sich das Gelenk Teil 1 nach hinten dreht. (siehe VII/2)
2. a = K; b = G; c = L; d = G; (siehe VII/3)
3. a = ML; b = MK; c = MK; d = ML; (siehe VII/4)
4. a, b, c, d = G; (siehe VII/5)

Diese Bewegungen entsprechen auch den Gelenken mit einer Ungeraden Anzahl an Künstlichen Muskeln, jedoch weicht die Expansion und Kompression der einzelnen Aktoren ab.
Es zeigen in Zeichnung VIII.:
Die acht Künstlichen Muskeln a, b, c, d, e, f, g, h in der durchsichtigen Draufsicht (siehe VIII/1), werden so durch Kontraktion und Expansion so gesteuert, dass die Stellung der zwei Gelenk Teile der Vorgabe entspricht.
z. B. (Länge der Künstlichen Muskeln, Kurz = K; Lang = L; Grundlänge = G; Mittel = M)

1. a, b, c, d = MK; e, f, g, h = ML; => Drehung nach Hinten. (siehe VIII/2)
2. g, h, a, b = MK; c, d, e, f = ML; => Drehung nach Links. (siehe VIII/3)
3. a, c, e, g = K; b, d, f, h = L; => Drehung um die Senkrechte Achse nach Rechts. (siehe VIII/4)
4. a, e = G; b, f = ML; c = K; d = MK; g = ML; h = L; => Drehung um die Senkrechte Achse nach Rechts und Neigung nach Hinten und nach Rechts. (siehe VIII/5)
5. a, b, c, d, e, f, g, h = G (siehe VIII/5)

Claims

Ein Steuerbares Kugelgelenk für Roboter, Maschinen, Endoskopie, etc. welches um die drei Raumachsen drehbar bewegt werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die antreibenden Künstlichen Muskeln (3; Hydraulisch, Elektrisch, Pneumatisch: Anzahl n >= 3) zwischen den Gelenk Teilen (1, 2) befinden (Außen (siehe I, VI), Innen (siehe II)).
Kugelgelenk nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Künstlichen Muskeln Direkt in Gerader (n >= 4; siehe I, IV, VII) oder Ungerader (n >= 3; siehe V, VI) Anzahl, oder Schräg in Gerader oder Ungerader Anzahl (; siehe III, VIII), montiert werden. Die Direkt verbundenen Künstlichen Muskeln ermöglichen eine Bewegung um zwei Achsen (DOF = 2; siehe IV, V), die Schräg verbundenen Künstlichen Muskeln ermöglichen eine Bewegung um drei Achsen (DOF = 3; siehe III, VIII).
Kugelgelenk nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Künstlichen Muskeln durch Federelemente ersetzt werden kann, damit die Anzahl der Aktoren geringer ist. (Anzahl „Künstlichen Muskeln” >= Anzahl „Federelemente”).
Kugelgelenk nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Durchgangsbohrung durch beide Gelenk Teile (1, 2) vorgesehen wird, damit dort Steuer-, Versorgungs-, Transportleitungen oder Hardware plaziert werden kann. (siehe I, II, VI)
Kugelgelenk nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Führungsbolzen in der Äußeren Kugelfläche (1) oder in der Inneren Kugelfläche (2) in einer Führung im anderen Gelenk Teil laufen. Die Führungen müssen in einer Bewegungsebene verlaufen. Dies dient als Verdrehsicherung und um größere Kräfte aufzunehmen und ist ausschließlich bei Steuerbaren Kugelgelenken mit 2 Freiheitsgraden (DOF = 2) zu verwenden.
Kugelgelenk nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dieser Gelenke in Reihe geschaltet werden und sich zudem die Baugröße der Gelenke verjüngt. Dies dient in Maßekraftfeldern, wie in der Irdischen Gravitation der gleichmäßigen Lasten- und Belastungsverteilung.