DE102009052474B4

DE102009052474B4 - Bidirektionaler Sehnenabschluss

Info

Publication number: DE102009052474B4
Application number: DE102009052474.6A
Authority: DE
Inventors: Chris A. Ihrke; Douglas Martin Linn; Lyndon Bridgwater
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: US8276958B2; DE102009052474A1; JP5015224B2; US20100116079A1; JP2010115777A

Abstract

Ein bidirektionaler Sehnenabschluss, der eine spezielle Anwendung zum Abschließen einer Sehne aufweist, die einen Finger in einem Roboterarm betätigt. Der Sehnenabschluss umfasst ein zylindrisches Element, das einen internen Kanal aufweist, durch welchen hindurch ein einzelnes ununterbrochenes Stück der Sehne verläuft. Der interne Kanal des Sehnenabschlusses umfasst einen aufgeweiteten Abschnitt. Eine Kugel ist in den Sehnenfasern platziert, was bewirkt, dass sich die Sehne ausdehnt, und die Kugel ist in dem aufgeweiteten Abschnitt des Kanals positioniert. Ein Ziehen an der Sehne bewirkt entweder ein Öffnen oder ein Schließen des Fingers des Roboterarms in Abhängigkeit davon, in welche Richtung die Sehne gezogen wird. Bei einer speziellen Ausführungsform umfasst der Zylinder zwei zylindrische Stücke, die miteinander derart gekoppelt sind, dass die Kugel in dem Kanal positioniert werden kann und das zylindrische Element um den gesamten Umfang herum Material aufweist.

Description

AUSSAGE HINSICHTLICH VON DER REGIERUNG GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
Die hier beschriebene Erfindung kann von der oder für die US-Regierung zu Zwecken der US-Regierung (d. h. nicht kommerzielle Zwecke) hergestellt und verwendet werden, ohne dass darauf oder dafür Gebühren zu entrichten sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein einen bidirektionalen Sehnenabschluss und insbesondere einen bidirektionalen Sehnenabschluss für eine Roboterhand, der kompakt genug ist, um in einen sehr kleinen Raum zu passen und stark genug für vielfältige Anwendungen ist.
2. Erörterung der verwandten Technik
In der Technik sind geschickte Robotersysteme bekannt, die eine Vielfalt von Funktionen ausführen. Ein geschicktes Robotersystem umfasst typischerweise einen Roboterarm, der eine Roboterhand mit Fingern und zugehörigen Gelenken aufweist, die dazu dienen, ein Objekt oder ein Teil für eine spezielle Anwendung zu greifen. Bei einem Konzept für ein geschicktes Robotersystem werden Sehnen eingesetzt, um die Finger zu betätigen, wobei die Sehnen mit den Fingergelenken gekoppelt sind. Die Stellglieder, welche die Sehnen betätigen, um die Finger zu bewegen, sind typischerweise innerhalb des Unterarmbereichs des Roboterarms positioniert. Sehnen verlaufen von den Stellgliedern zu den Fingergelenken, an denen sie angebracht sind. Typischerweise werden zwei Sehnen benötigt, um ein einziges Gelenk des Fingers zu betätigen, eine Sehne zum Schliefen des Fingers und eine weitere Sehne zum Öffnen des Fingers.
Die Sehnen, die verwendet werden, um einen Finger in einem geschickten Robotersystem dieses Typs zu betätigen, müssen an dem Finger durch eine geeignete Befestigungseinrichtung angebracht werden, die für eine spezielle Anwendung stark genug ist und klein genug ist, um leicht in den Finger zu passen.
DE 874 685 B offenbart eine Seilbefestigung, die aus einer Seilklemmvorrichtung und einer Öse besteht, wobei ein Ende des zu befestigenden. Seils aufgedreht und die einzelnen Kordeln um eine Stahlkugel herumgelegt werden.
In DE 10 2006 006 322 B3 ist eine Roboterhand mit mehreren Fingern, die jeweils mindestens zwei Fingerglieder aufweisen, offenbart. Zur Einstellung einer passiven Steifigkeit sind Steifigkeits-Einstellelemente vorgesehen.
DE 197 55 465 A1 offenbart eine künstliche Hand mit Klemmeinrichtungen zur Arretierung von Finger der künstlichen Hand in einer beliebigen Stellung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Befestigungseinrichtung für Sehnen bereitzustellen, die einerseits klein genug ist, um sie in einen Finger einer Roboterhand einpassen zu können, und andererseits stark genug ist, um die bei einer Roboterhand auftretenden Kräfte zu bewältigen.
Diese Aufgabe wird durch die Sehnenabschlüsse der unabhängigen Ansprüche gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird ein bidirektionaler Sehnenabschluss offenbart, der eine spezielle Anwendung zum Abschließen einer Sehne aufweist, die einen Finger in einem Roboterarm betätigt. Der Sehnenabschluss umfasst ein zylindrisches Element mit einem internen Kanal, durch welchen ein einziges ununterbrochenes Stück der Sehne verläuft. Der interne Kanal des Sehnenabschlusses umfasst einen aufgeweiteten Abschnitt. In den Sehnenfasern ist eine Kugel platziert, was bewirkt, dass sich die Sehne ausdehnt, und die Kugel ist innerhalb des aufgeweiteten Abschnitts des Kanals positioniert. Daher bewirkt ein Ziehen an der Sehne in eine Richtung oder die andere Richtung eine Zugkraft an dem Sehnenabschluss als eine Folge dessen, dass die Kugel in dem Kanal festgeklemmt ist. Diese Maßnahme dient dazu, den Finger des Roboterarms in Abhängigkeit davon, in welche Richtung die Sehne gezogen wird, entweder zu öffnen oder zu schließen. Bei einer speziellen Ausführungsform umfasst der Zylinder zwei zylindrische Stücke, die miteinander gekoppelt sind, sodass die Kugel innerhalb des Kanals positioniert werden kann und das zylindrische Element um den ganzen Umfang herum Material aufweist.
Zusätzliche Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fingers für einen geschickten Roboterarm, der einen bidirektionalen Sehnenabschluss umfasst;
2 ist eine perspektivische Ansicht des in 1 gezeigten Sehnenabschlusses, der aus dem Roboterfinger entfernt ist;
3 ist eine Querschnittsansicht des in 2 gezeigten Sehnenabschlusses;
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Sehnenabschlusses gemäß einer weiteren Ausführungsform; und
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Sehnenabschlusses gemäß einer weiteren Ausführungsform.
GENAUE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Erörterung der Ausführungsformen der Erfindung, die auf einen bidirektionalen Sehnenabschluss gerichtet ist, ist rein beispielhafter Natur und ist keinesfalls dazu gedacht, die Erfindung oder ihre Anwendungen oder Verwendungsmöglichkeiten einzuschränken. Speziell weist der Sehnenabschluss der vorliegenden Erfindung eine spezielle Anwendung zum Betätigen eines Fingers eines Roboterarms auf. Fachleute werden jedoch feststellen, dass der erfindungsgemäße Sehnenabschluss andere Anwendungen aufweisen kann.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Roboterfingers 10 für einen Roboterarm. Der Roboterfinger 10 umfasst drei Fingersektionen, nämlich eine Spitzensektion 12, eine Mittelsektion 14 und eine Basissektion 16. Die Spitzensektion 12 umfasst ein Polster 18, die Mittelsektion 14 umfasst ein Polster 20 und die Basissektion 16 umfasst ein Polster 22, die es dem Finger 10 ermöglichen, ein (nicht gezeigtes) spezielles Teil effektiv zu greifen. Die Fingersektionen 12, 14 und 16 und die Polster 18, 20 und 22 können aus einem beliebigen, für eine spezielle Anwendung geeigneten Material, wie etwa Aluminium, hergestellt sein. Die Spitzensektion 12 dreht sich relativ zu der Mittelsektion 14 an einer Achse 24, und die Mittelsektion 14 dreht sich relativ zu der Basissektion 16 an einer Achse 26.
Die Mittelsektion 14 wird relativ zu der Basissektion 16 durch ein Betätigen einer Sehne 28 gedreht. Bei einer Ausführungsform ohne Einschränkung ist die Sehne 28 eine geflochtene Polymersehne mit einem Durchmesser von etwa 0,122 cm (0,048 Zoll) und ist in der Lage, den Kräften standzuhalten, die für die vielfältigen geschickten Roboteranwendungen verwendet werden, wie etwa das Bereitstellen einer Kraft von etwa 445 Newton (100 lbs). Die Sehne 28 ist an der Mittelsektion 14 angebracht und ist durch einen bidirektionalen Sehnenabschluss 30 abgeschlossen, der in einem Schlitz 32 in der Mittelsektion 14 positioniert ist. Die Sehne 28 verläuft durch den Sehnenabschluss 30 hindurch als ein einziges ununterbrochenes Stück. Durch ein Ziehen an der Sehne 28 an einer Seite des Sehnenabschlusses 30 wird sich die Mittelsektion 14 an der Achse 26 drehen, um den Finger 10 zu schließen, und durch ein Ziehen an der andern Seite der Sehne 28 bewirkt der Sehnenabschluss 30, dass der Finger 10 geöffnet wird.
2 ist eine perspektivische Ansicht und 3 ist eine Querschnittsansicht des Sehnenabschlusses 30, der von dem Roboterfinger 10 getrennt ist. Bei dieser Ausführungsform ohne Einschränkung umfasst der Sehnenabschluss 30 zwei separate zylindrische Elemente 40 und 42, die einen gemeinsamen zusammenwirkenden Kanal 44 umfassen, der durch diese hindurch verläuft, wobei die Sehne 28 durch den Kanal 44 hindurch verläuft. Der Kanal 44 umfasst einen engen Abschnitt 46 an äußeren Enden der zylindrischen Elemente 40 und 42 und einen weiten Abschnitt 50 zu einer Mitte des Kanals 44 bei einem inneren Ende der zylindrischen Stücke hin. Eine Kugel 52 ist in geflochtenen Fasern der Sehne 28 positioniert und weist einen Durchmesser derart auf, dass sie in den weiten Abschnitt 50 hineinpasst, aber zu breit ist, um durch den verengten Abschnitt 46 des Kanals 44 hindurchzugehen. Durch ein Ziehen an einem Ende der Sehne 28 wird daher der Sehnenabschluss 30 in eine Richtung gezogen und durch ein Ziehen an dem anderen Ende der Sehne 28 wird der Sehnenabschluss 30 in eine entgegengesetzte Richtung gezogen. Da der Sehnenabschluss 30 in dem Schlitz 32 durch Rippen 54 und 56 verriegelt ist, bewirkt ein Ziehen an der Sehne 28, dass sich die Mittelsektion 14 des Fingers 10 wie vorstehend erörtert öffnet oder schließt.
Die zylindrischen Elemente 40 und 42 können auf eine beliebige geeignete Weise aneinander befestigt sein, wie etwa durch ein Epoxidharz. Ein Epoxidharz kann auf die geflochtenen Fasern der Sehne 28 in dem weiten Abschnitt 50 des Abschlusses 30 um die Kugel 50 herum aufgebracht sein, was zum Zusammenhalten der Anordnung dient. Bei einer Ausführungsform ohne eine Einschränkung können die kombinierten zylindrischen Elemente 40 und 42 eine Länge von etwa 0,5 cm (0,2 Zoll) und einen Durchmesser von etwa 0,32 cm (0,125 Zoll) aufweisen.
Bei einer Ausführungsform sind die zylindrischen Elemente 40 und 42 maschinell aus Aluminium hergestellt, um eine leichte Herstellbarkeit bereitzustellen. Da die zylindrischen Elemente 40 und 42 bei dieser Ausführungsform aus einem weicheren Material bestehen, kann es notwendig sein, den vollen Umfang des Materials der zylindrischen Elemente 40 und 42 bereitzustellen, um die gewünschte Festigkeit bereitzustellen. Beispielsweise kann es erforderlich sein, dass die Sehne 28 eine Kraft von 445 Newton (100 lbs) aushält, um die gewünschte Greifkraft für den Finger zu erreichen. Für andere Ausführungsformen können andere Entwürfe des Sehnenabschlusses eingesetzt werden.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Sehnenabschlusses 60 zum Abschließen einer ununterbrochenen Sehne 62, die dort hindurch verläuft. Der Sehnenabschluss 60 umfasst ein zylindrisches Element 64, einen Schlitz 66 mit einem engen Abschnitt 68 und einem weiten Mittelabschnitt 70. Wie zuvor ist eine Kugel 72 in der Sehne 62 positioniert und in dem Mittelabschnitt 68 platziert. Daher zieht eine Betätigung der Sehne 62 an dem Sehnenabschluss 60 auf die vorstehend erörterte Weise, um den Finger 10 zu betätigen. Da der Schlitz 66 in dem zylindrischen Element 64 ausgebildet ist, ist es nicht notwendig, zwei separate Stücke des zylindrischen Elements wie für den Sehnenabschluss 30 bereitzustellen.
Da der Schlitz 66 in dem zylindrischen Element 64 ausgebildet ist, ist jedoch auch ein Abschnitt des Umfangs des zylindrischen Elements 64 entfernt, wodurch die Festigkeit des Sehnenabschlusses 60 gegenüber dem Sehnenabschluss 30 verringert ist. Wenn das zylindrische Element 64 daher aus maschinell bearbeitetem Aluminium besteht, kann es sein, dass es den gewünschten Kräften nicht standhält. Jedoch können andere Materialien, wie etwa Stahl, eine angemessene Festigkeit bereitstellen.
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Sehnenabschlusses 80. Der Sehnenabschluss 80 umfasst ein zylindrisches Element 82 aus einem Stück, das einen Kanal 84 aufweist, der dort hindurch verläuft und eine Sehne 86 beherbergt, wie vorstehend erörtert ist. Eine Öffnung 88 ist in dem zylindrischen Element 82 ausgebildet und steht in Verbindung mit dem Kanal 84. In der Sehne 86 ist eine Kugel 90 so bereitgestellt, dass sie in der Öffnung 88 positioniert ist, wobei eine Spannung an jedem Ende der Sehne 86 eine Kraft an den Sehnenabschluss 80 auf eine Weise bereitstellt, wie vorstehend erörtert ist. Diese Ausführungsform stellt gegenüber dem Sehnenabschluss 60 eine zusätzliche Festigkeit bereit, da das zylindrische Element 82 an beiden Enden um seinen Umfang herum ununterbrochene Sektionen umfasst. Um jedoch die Kugel 90 in die Sehne 86 hinein zu bekommen, wird die Sehne 86 zuerst durch den Kanal 84 hindurch gefädelt und dann aus der Öffnung 88 herausgezogen. Die Kugel 90 wird dann in der Sehne 86 platziert. Bei diesem Prozess kann die Sehne 86 beschädigt werden.

Claims

Sehnenabschluss (30, 60, 80) zum Abschließen einer Sehne (28, 62, 86), die einen Finger (10) eines Roboterarms betätigt, wobei der Sehnenabschluss (30, 60, 80) umfasst: ein zylindrisches Element (64, 82), das einen dort hindurch verlaufenden Kanal (44, 84) umfasst, wobei der Kanal (44, 84) zwei enge Endabschnitte (46, 68) und einen aufgeweiteten Mittelabschnitt (50, 70) umfasst; eine Sehne (28, 62, 86), die durch den Kanal (44, 84) in dem zylindrischen Element (64, 82) hindurch verläuft; und eine Kugel (52, 72, 90), die in der Sehne (28, 62, 86) positioniert ist und in dem Mittelabschnitt (50, 70) des Kanals (44, 84) platziert ist, wobei die Kugel (52, 72, 90) einen Durchmesser derart aufweist, dass sie in den Mittelabschnitt (50, 70) des Kanals (44, 84) passt, aber nicht in die engen Endabschnitte (46, 68) des Kanals (44, 84) passt, sodass die Kugel (52, 72, 90) in dem zylindrischen Element (64, 82) verriegelt ist und eine Spannung an der Sehne (28, 62, 86) von jeder Seite des zylindrischen Elements (64, 82) bewirkt, dass sich das zylindrische Element (64, 82) in die Richtung der Spannung bewegt.
Sehnenabschluss (30) nach Anspruch 1, wobei das zylindrische Element ein erstes zylindrisches Stück (40) und ein zweites zylindrisches Stück (42) umfasst, die aneinander befestigt sind, wobei das erste zylindrische Stück (40) und das zweite zylindrische Stück (42) jeweils einen engen Endabschnitt (46) des Kanals (44) umfassen und einen Abschnitt des Mittelabschnitts (50) bereitstellen, und wobei das erste (40) und das zweite (42) zylindrische Stück voneinander beabstandet werden können, um zu ermöglichen, dass die Kugel (52) in der Sehne (28) positioniert wird, und die dann aneinander befestigt werden können, um die Kugel (52) in dem Mittelabschnitt (50) des Kanals (44) zu halten.
Sehnenabschluss (60, 80) nach Anspruch 1, wobei das zylindrische Element (64) einen Schlitz (66) umfasst, der in einer Seitenwand des zylindrischen Elements (64) ausgebildet ist und der mit dem Kanal in Verbindung steht, und/oder wobei das zylindrische Element (82) eine Öffnung (88) umfasst, die in einer Seitenwand des zylindrischen Elements (82) ausgebildet ist und mit dem Mittelabschnitt des Kanals (84) in Verbindung steht.
Sehnenabschluss (30, 60, 80) nach Anspruch 1, wobei die Kugel (52, 72, 90) in geflochtenen Fasern der Sehne (28, 62, 86) platziert ist.
Sehnenabschluss (30) zum Abschließen einer Sehne (28), die einen Finger (10) eines Roboterarms betätigt, wobei der Sehnenabschluss (30) umfasst: ein zylindrisches Element, das ein erstes (40) zylindrisches Stück und ein zweites (42) zylindrisches Stück umfasst, die aneinander befestigt sind, wobei das zylindrische Element einen dort hindurch verlaufenden Kanal (44) umfasst, wobei der Kanal (44) einen ersten engen Endabschnitt (46) in einem der zylindrischen Stücke (40), einen zweiten engen Endabschnitt (46) in dem anderen der zylindrischen Stücke (42) und einen aufgeweiteten Mittelabschnitt (50) umfasst, der in sowohl dem ersten (40) als auch dem zweiten (42) zylindrischen Stück bereitgestellt ist; eine Sehne (28), die durch den Kanal (44) in dem zylindrischen Element hindurch verläuft; und eine Kugel (52), die in geflochtenen Fasern der Sehne (28) positioniert ist und in dem Mittelabschnitt (50) des Kanals (44) platziert ist, wobei die Kugel (52) einen Durchmesser derart aufweist, dass sie in den Mittelabschnitt (50) des Kanals (44) passt, aber nicht in den ersten und zweiten engen Abschnitt (46) des Kanals (44) passt, sodass die Kugel (52) in dem zylindrischen Element verriegelt ist und eine Spannung an der Sehne (28) von jeder Seite des zylindrischen Elements bewirkt, dass sich das zylindrische Element in die Richtung der Spannung bewegt.
Sehnenabschluss (30, 60, 80) nach Anspruch 1 oder 5, wobei das zylindrische Element (64, 82) aus maschinell bearbeitetem Aluminium besteht, und/oder wobei das zylindrische Element (64, 82) etwa 0,5 cm lang ist und einen Durchmesser von etwa 0,32 cm aufweist.
Bidirektionaler Sehnenabschluss (30, 60, 80) zum Abschließen einer Sehne (28, 62, 86), die einen Finger (10) eines Roboterarms betätigt, wobei der Sehnenabschluss (30, 60, 80) umfasst: ein zylindrisches Element (64, 82), das einen Kanal (44, 84) umfasst, der dort hindurch verläuft, wobei der Kanal (44, 84) zwei enge Endabschnitte (46, 68) und einen aufgeweiteten Mittelabschnitt (50, 70) umfasst, wobei das zylindrische Element (64, 82) aus maschinell bearbeitetem Aluminium besteht; eine Sehne (28, 62, 86), die durch den Kanal (44, 84) in dem zylindrischen Element (64, 82) hindurch verläuft; und eine Kugel (52, 72, 90), die in der Sehne (28, 62, 86) positioniert ist und in dem Mittelabschnitt (50, 70) des Kanals (44, 84) platziert ist, wobei die Kugel (52, 72, 90) einen Durchmesser derart aufweist, dass sie in den Mittelabschnitt (50, 70) des Kanals (44, 84) passt, aber nicht in die engen Endabschnitte (46, 68) des Kanals (44, 84) passt, sodass die Kugel (52, 70, 90) in dem zylindrischen Element (64, 82) verriegelt ist und eine Spannung an der Sehne (28, 62, 86) von jeder Seite des zylindrischen Elements (64, 82) bewirkt, dass sich das zylindrische Element (64, 82) in die Richtung der Spannung bewegt.
Sehnenabschluss (30) nach Anspruch 7, wobei das zylindrische Element ein erstes zylindrisches Stück (40) und ein zweites zylindrisches Stück (42) umfasst, die aneinander befestigt sind, wobei das erste zylindrische Stück (40) und das zweite zylindrische Stück (42) jeweils einen engen Endabschnitt (46) des Kanals (44) umfassen und einen Abschnitt des Mittelabschnitts (50) bereitstellen, und wobei das erste (40) und das zweite (42) zylindrische Stück voneinander beabstandet werden können, um zu ermöglichen, dass die Kugel (52) in der Sehne (28) positioniert wird, und die dann aneinander befestigt werden können, um die Kugel (52) in dem Mittelabschnitt (50) des Kanals (44) zu halten.
Sehnenabschluss (60, 80) nach Anspruch 7, wobei das zylindrische Element (64) einen Schlitz (66) umfasst, der in einer Seitenwand des zylindrischen Elements (64) ausgebildet ist und mit dem Kanal in Verbindung steht, und/oder wobei das zylindrische Element (82) eine Öffnung (88) umfasst, die in einer Seitenwand des zylindrischen Elements (82) ausgebildet ist und mit dem Mittelabschnitt des Kanals (84) in Verbindung steht.
Sehnenabschluss (30, 60, 80) nach Anspruch 7, wobei das zylindrische Element (64, 82) etwa 0,5 cm lang ist und einen Durchmesser von etwa 0,32 cm aufweist, und/oder wobei die Kugel (52, 72, 90) in geflochtenen Fasern der Sehne (28, 62, 86) platziert ist.