DE102010009447A1

DE102010009447A1 - joint

Info

Publication number: DE102010009447A1
Application number: DE201010009447
Authority: DE
Inventors: Tilo 02763 Förster; Günther 39110 Greve; Roland 39104 Behrens; Norbert 39104 Elkmann; Markus 39114 Fritzsche
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-08-25
Also published as: WO2011104038A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe. In einer ersten Ausführungsform ist das Getriebe als Multigelenk (100) ausgeführt, bei dem die Anschlusselemente (105, 106) zueinander translatorisch sowie bezüglich ihrer Winkel verstellbar sind. In einer zweiten Ausführungsform ist ein Getriebe in einer vereinfachten Form vorgesehen, bei dem die Anschlusselemente lediglich bezüglich ihrer Winkellage verstellbar sind, nämlich ein Getriebe zur Übertragung einer Bewegung zwischen zwei taumelnd gegeneinander gelagerten Anschlusselementen (5, 6) mit einem Lagerelement (7), das zwischen den Anschlusselementen angeordnet ist, und mit einem Abstandselement (13, 14) mit festen Abmessungen, das zwischen den Anschlusselementen im Abstand von dem Lagerelement derart gesteuert positionierbar ist, dass die Anschlusselemente unter Abstützung an dem Abstandselement und dem Lagerelement eine gewünschte Winkelposition zueinander einnehmen. Mehrere erfindungsgemäße Getriebe können zu einem Flexgelenk oder einem Manipulationsarm zusammengesetzt werden.The invention relates to a transmission. In a first embodiment, the transmission is designed as a multi-joint (100), in which the connecting elements (105, 106) can be adjusted translationally with respect to one another and with respect to their angles. In a second embodiment, a gear is provided in a simplified form in which the connecting elements are only adjustable with regard to their angular position, namely a gear for transmitting a movement between two connecting elements (5, 6) with a bearing element (7) that are staggered against one another is arranged between the connection elements, and with a spacer element (13, 14) with fixed dimensions, which can be positioned in a controlled manner between the connection elements at a distance from the bearing element in such a way that the connection elements assume a desired angular position with respect to one another, supported on the spacer element and the bearing element. Several gears according to the invention can be combined to form a flexible joint or a manipulation arm.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und befasst sich spezieller mit der Ausbildung von Gelenken bzw. Getrieben zur Übertragung einer Bewegung.The invention is in the field of mechanical engineering and is more particularly concerned with the formation of joints or gears for transmitting a movement.

Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt damit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe sowie eine Getriebeanordnung zur Übertragung auch von komplexen Bewegungen zu schaffen, mit einer hohen Stabilität und Robustheit zu schaffen.Against the background of the prior art, the object of the present invention is therefore to provide a transmission and a gear arrangement for transmitting even complex movements, with a high stability and robustness.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims.

Dies betrifft zunächst ein Getriebe zur Übertragung zwischen einem ersten Anschlusselement und einem zweiten Anschlusselement, wobei Winkellage und/oder Abstand der Anschlusselemente zueinander einstellbar ist.This initially relates to a transmission for transmission between a first connection element and a second connection element, wherein angular position and / or spacing of the connection elements is adjustable relative to one another.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht ein sogenanntes Multigelenk vor, das neben der Einstellung der Winkellage auch noch eine translatorische Verststellung des Abstandes zwischen zwei Anschlusselementen ermöglicht.A particularly advantageous embodiment of the invention provides a so-called multi-articulation, which in addition to the adjustment of the angular position also allows a translational adjustment of the distance between two connection elements.

Der Vorteil eines solchen Getriebes liegt unter anderem darin, dass die Kabeldurchführung durch die Anschlusselemente relativ einfach möglich ist, dies ist insbesondere bei einer Aneinanderreihung einer Vielzahl von Anschlusselementen sinnvoll. Zum anderen kann eine Längenänderung in einem sehr weiten Bereich durchgeführt werden, d. h., dass die Anschlusselemente entweder fast direkt aufeinander geschichtet werden im ”zusammengezogenen” Zustand und einen sehr weiten Abstand haben können im ”auseinandergezogenen” Zustand.The advantage of such a transmission is, inter alia, that the cable bushing through the connecting elements is relatively easy, this is particularly useful when lining up a plurality of connecting elements. On the other hand, a change in length can be carried out in a very wide range, ie. h., That the connection elements are either almost directly stacked on each other in the "contracted" state and a very wide distance may have in the "exploded" state.

Ein solches Getriebe ist ein Getriebe zur Übertragung zwischen einem ersten Anschlusselement und einem zweiten Anschlusselement, wobei Winkellage und/oder Abstand der Anschlusselemente zueinander einstellbar ist und an dem ersten Anschlusselement einerseits und an dem zweiten Anschlusselement andererseits vorzugsweise drei Schenkelpaare befestigt sind, wobei jedes Schenkelpaar einen ersten sowie einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste Schenkel über eine erste Kippanordnung mit dem ersten Anschlusselement und der zweite Schenkel über eine zweite Kippanordnung mit dem zweiten Anschlusselement verbunden ist und zwischen erstem und zweitem Schenkel ein Ausgleichsgelenk vorgesehen ist, wobei pro Schenkelpaar wenigstens ein Antrieb zur Verstellung und/oder Fixierung der Winkellage mindestens eines Schenkels des jeweiligen Schenkelpaares gegeben ist.Such a transmission is a transmission for transmission between a first connection element and a second connection element, wherein angular position and / or distance of the connection elements is adjustable to one another and on the other hand, preferably three pairs of legs are attached to the first connection element on the one hand and on the second connection element, wherein each pair of legs one a first and a second leg, wherein the first leg is connected via a first tilting arrangement with the first connection element and the second leg via a second tilting arrangement with the second connection element and between the first and second leg a compensating joint is provided, each pair of legs at least one drive for adjusting and / or fixing the angular position of at least one leg of the respective leg pair is given.

Eine vorteilhafte Weitebildung hierzu sieht vor, dass die erste und/oder zweite Kippanordnung als ein oder zwei Kippgelenke oder als ein durchgehendes Scharnier ausgeführt sind. Hierdurch ist eine kostengünstige und stabile Bauart möglich, es gibt hier nur einen rotatorischen Freiheitsgrad.An advantageous development for this purpose provides that the first and / or second tilting arrangement are designed as one or two tilting joints or as a continuous hinge. As a result, a cost-effective and stable design is possible, there is only one rotational degree of freedom here.

Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die Schwenkachsen der Kippanordnungen im Wesentlichen radial, tangential oder sekantial (d. h. Zwischenpositionen im Sinne einer Sekante) bezüglich eines Kreises sind. Dies heißt z. B., dass bei der radialen Variante die Schwenkachsen der Kippanordnung beispielsweise auf einen zentralen Punkt etwa in der Mitte des jeweiligen Anschlusselements weisen. Der Vorteil an dieser radialen Variante ist, dass insbesondere bei einem Verringern des Abstands zwischen erstem Abstandselement und zweitem Abstandselement die Schenkelpaare im Bereich der Ausgleichsgelenke nicht nach radial außen über die Randlinie der Anschlusselemente hinaus bewegt werden müssen und somit eine kompaktere Bauform möglich ist.A further development provides that the pivot axes of the tilting arrangements are substantially radial, tangential or secant (that is to say intermediate positions in the sense of a secant) with respect to a circle. This means z. B. that in the radial variant, the pivot axes of the tilting arrangement, for example, point to a central point approximately in the middle of the respective connection element. The advantage of this radial variant is that, in particular when reducing the distance between the first spacer element and the second spacer element, the pairs of legs in the region of the compensating joints do not have to be moved radially outward beyond the edge line of the connection elements and thus a more compact design is possible.

Bei der tangentialen Variante sind die Scharnierachsen als Tangenten eines Kreises um den Mittelpunkt (Flächenmittelpunkt) des Anschlusselements darstellbar. Diese Variante kommt insbesondere zum Tragen, wenn es um eine besonders hohe mechanische Beanspruchung geht und ausreichend Bauraum vorhanden ist.In the tangential variant, the hinge axes are represented as tangents of a circle around the center (area center) of the connection element. This variant is particularly useful when it comes to a particularly high mechanical stress and sufficient space is available.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei mindestens einem Schenkelpaar ein translatorisch wirkender Antriebsmotor zwischen Ausgleichsgelenk einerseits und Anschlusselement andererseits angeordnet ist. Hier können aufgrund der wirkenden Hebelverhältnisse auch sehr schwere Anschlusselemente zueinander bewegt werden durch verhältnismäßig kleinbauende Linearmotoren bzw. Hydraulikzylinder.A further advantageous development provides that in at least one pair of legs, a translationally acting drive motor between compensating joint on the one hand and connection element on the other hand is arranged. Here, due to the effective leverage ratios, very heavy connection elements can be moved relative to one another by means of relatively small linear motors or hydraulic cylinders.

Eine weitere Bauform sieht vor, dass bei mindestens einem Schenkelpaar ein rotatorisch wirkender Antriebsmotor an einen Schenkel im Bereich der Kippanordnung angreift zur Drehung dieses Schenkels. Beispielsweise kann auf dem Anschlusselement ein Elektromotor mit einem Antriebsritzel vorgesehen sein, der direkt oder über ein Zahnradgetriebe dann ein weiteres Zahnrad auf der Achse der Kippanordnung antreibt, wobei dieses Zahnrad mit einem Schenkel des Schenkelpaares fest verbunden ist und somit die Winkelstellung dieses Schenkelpaares (und damit die Verbindungslänge des Schenkelpaares zwischen den beiden Anschlusselementen) verändert.Another design provides that at least one pair of legs, a rotationally acting drive motor acts on a leg in the region of the tilting arrangement for rotation of this leg. For example, may be provided on the connecting element, an electric motor with a drive pinion which drives directly or via a gear transmission then another gear on the axis of the tilting assembly, said gear is fixedly connected to one leg of the pair of legs and thus the angular position of this leg pair (and thus the connection length of the leg pair between the two connection elements) changed.

In einer zweiten Ausführungsform ist ein Getriebe zur Übertragung einer Bewegung zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusselement vorgesehen, bei dem lediglich die Winkellage und nicht eine zusätzliche Translation einstellbar ist. Hierbei sind die Anschlusselemente taumelnd gegeneinander bewegbar, wobei zwischen den Anschlusselementen ein Lagerelement vorgesehen ist, das die Anschlusselemente gegeneinander lagert. Zudem ist ein Abstandselement mit festen Abmessungen vorgesehen, das zwischen den Anschlusselementen im Abstand von dem Lagerelement derart gesteuert positionierbar ist, dass die Anschlusselemente unter Abstützung an dem Abstandselement und dem Lagerelement eine gewünschte Winkelposition zueinander annehmen. In a second embodiment, a transmission for transmitting a movement between a first and a second connection element is provided, in which only the angular position and not an additional translation is adjustable. Here, the connection elements are staggering against each other movable, wherein between the connection elements, a bearing element is provided which supports the connection elements against each other. In addition, a spacer element with fixed dimensions is provided which can be positioned in a controlled manner between the connection elements at a distance from the bearing element such that the connection elements assume a desired angular position relative to one another while being supported on the spacer element and the bearing element.

Hier wird gemäß der Erfindung die Position zweier Anschlusselemente, typischerweise durch Scheiben oder Platten gebildet, gegeneinander nicht durch Expansion oder Kompression von Abstandselementen realisiert, sondern durch das gezielte Positionieren eines Abstandselementes an einer Stelle zwischen den Anschlusselementen, wobei der Winkel zwischen den Anschlusselementen durch den eingestellten Abstand der Anschlusselemente am Lagerelement einerseits, den eingestellten Abstand der Anschlusselemente an dem Abstandselement andererseits und den Abstand zwischen dem Lagerelement und dem Abstandselement festgelegt ist.Here, according to the invention, the position of two connecting elements, typically formed by disks or plates, realized against each other not by expansion or compression of spacers, but by the targeted positioning of a spacer at a location between the connecting elements, wherein the angle between the connecting elements by the set Distance between the connection elements on the bearing element on the one hand, the set distance of the connection elements on the spacer element on the other hand and the distance between the bearing element and the spacer element is fixed.

Es kann dabei entweder durch das Lagerelement oder durch das Abstandselement ein Freiheitsgrad der Bewegung der Anschlusselemente gegeneinander reduziert bzw. festgelegt werden, indem eines der Elemente beispielsweise durch Vorsehen eines Flansches die Schwenkbarkeit der Anschlusselemente in einer Ebene verhindert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Winkel zwischen den Anschlusselementen derart bemessen ist, dass diese außer an dem Lagerelement und dem Abstandselement auch gegeneinander abgestützt sind.It can thereby either reduced by the bearing element or by the spacer one degree of freedom of movement of the connecting elements against each other or set by one of the elements, for example by providing a flange prevents the pivoting of the connecting elements in a plane. However, it can also be provided that the angle between the connecting elements is dimensioned such that they are also supported against the bearing element and the spacer element against each other.

Dadurch, dass zumindest das Abstandselement bezüglich seiner Abmaße unveränderlich ist, kann es sehr stabil ausgeführt und damit bei der Wirkung von Gegenkräften auf das Getriebe völlig unnachgiebig sein. Auch das Lagerelement kann längenunveränderlich sein, so dass im Bereich des Lagerelementes der Abstand zwischen den Anschlusselementen festgelegt und stabil gehalten ist.The fact that at least the spacer element is immutable with respect to its dimensions, it can be made very stable and thus be completely unyielding in the effect of adverse forces on the transmission. Also, the bearing element may be längenunveränderlich, so that in the region of the bearing element, the distance between the connection elements is fixed and kept stable.

Vorteilhaft kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass die Position des Abstandselementes in Querrichtung zu der Verbindungslinie zwischen dem Abstandselement und dem Lagerelement, insbesondere auf einem Kreisbogen um das Lagerelement, variabel ausführbar ist.Advantageously, it can be provided according to the invention that the position of the spacer element in the transverse direction to the connecting line between the spacer element and the bearing element, in particular on a circular arc around the bearing element, is variably executable.

Mit einem Bewegen des Abstandselementes entlang einer Linie in Querrichtung zu der Verbindungslinie zwischen dem Abstandselement und dem Lagerelement wird eine taumelnde Bewegung der beiden Anschlusselemente gegeneinander ohne Änderung der Neigung der Abstandselemente zueinander möglich.With a movement of the spacer element along a line in the transverse direction to the connecting line between the spacer element and the bearing element, a tumbling movement of the two connection elements relative to one another without changing the inclination of the spacer elements relative to one another becomes possible.

Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Position des Abstandselementes bezüglich des Abstandes zum Lagerelement variable ausführbar ist (d. h., alle Abstände müssen so bemessen sein, dass die Abrollkörper mit den Umfängen im Verhältnis zu ihren Teilkreisdurchmessern stehen; dieses Verhältnis ist einzuhalten und kann variabel ausführbar sein).In addition, it can be advantageously provided that the position of the spacer element is variable with respect to the distance to the bearing element (ie, all distances must be such that the rolling bodies with the circumferences are in relation to their pitch circle diameters, this ratio must be maintained and can be implemented variably be).

Für eine sinnvolle Bewegung des Abstandselementes auf das Lagerelement zu oder von diesem weg ist vorausgesetzt, dass die Anschlusselemente jeweils im Bereich des Abstandselementes einen anderen Abstand zueinander aufweisen als im Bereich des Lagerelementes. Das Abstandselement sollte daher vorteilhaft feste, jedoch andere Abmessungen aufweisen als das Lagerelement, in Richtung der Verbindungslinie zwischen den Anschlusselementen gesehen.For a meaningful movement of the spacer element on the bearing element to or from this away, it is assumed that the connection elements each have a different distance from one another in the region of the spacer element than in the region of the bearing element. The spacer element should therefore advantageously have fixed but different dimensions than the bearing element, seen in the direction of the connecting line between the connecting elements.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass das Abstandselement zwei Abrollelemente aufweist, von denen je eines an je einem der Anschlusselemente abrollt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the spacer element has two rolling elements, one of which rolls on each one of the connecting elements.

Durch diese Konstruktion ist eine Verschiebung des Abstandselementes zwischen den Anschlusselementen komfortabel möglich, auch wenn die Anschlusselemente gegeneinander mit Druck verspannt sind und somit von beiden Seiten Druck auf das Abstandselement ausüben.By this construction, a displacement of the spacer element between the connection elements is easily possible, even if the connection elements are clamped against each other with pressure and thus exert pressure on the spacer element from both sides.

Die Abrollelemente können beispielsweise als drehbar gelagerte Räder vorgesehen sein, um eine Bewegung in den gewünschten Richtungen zu erlauben.The rolling elements may for example be provided as rotatably mounted wheels to allow movement in the desired directions.

Besonders vorteilhaft sind die Abrollelemente als Zahnräder ausgebildet und stehen jeweils mit je einer Zahnstruktur an einem der Anschlusselemente in Eingriff.Particularly advantageously, the rolling elements are designed as gears and are each with a tooth structure on one of the connecting elements in engagement.

In diesem Fall ist ein Schlupf zwischen den Abrollelementen und den Anschlusselementen bzw. das Abrutschen der Abrollelemente zuverlässig verhindert, und auch unter hohem Druck des Getriebes wird die Position der Anschlusselemente zueinander zuverlässig stabilisiert.In this case, a slip between the rolling elements and the connecting elements or the slipping of the rolling elements is reliably prevented, and even under high pressure of the transmission, the position of the connecting elements is reliably stabilized to each other.

Wenn die beiden Zahnräder zudem noch miteinander in Eingriff stehen, kann sichergestellt werden, dass das Abstandselement bei einer Bewegung während des Abrollens an jedem der Anschlusselemente dieselbe Strecke zurücklegt und damit in seiner Stellung relativ zu den Anschlusselementen auch bei einer Positionsänderung konstant und unverdreht bleibt. Außerdem ist die Position des Abstandselementes mittels der Zahnstruktur leicht feststellbar und einstellbar.In addition, when the two gears are still engaged with each other, it can be ensured that the spacer element during a movement during rolling on each of the connecting elements travels the same distance and thus remains constant in its position relative to the connecting elements even when a change in position and undiluted. In addition, the position of the spacer element by means of the tooth structure is easily detectable and adjustable.

Das Abstandselement kann zudem an einem um das Lagerelement schwenkbaren Arm befestigt sein. In diesem Fall findet bei einer Schwenkbewegung des Abstandselementes bei gleich bleibendem Abstand von dem Lagerelement eine symmetrische Taumelbewegung der Anschlusselemente zueinander statt. Vorteilhaft kann das Abstandselement länger ausgebildet sein als das Lagerelement, so dass die Anschlusselemente auf der dem Abstandselement gegenüberliegenden Seite des Lagerelementes ihren geringsten Relativabstand zueinander aufweisen und dort auch über eine gesonderte Lauffläche bzw. Zahnform aneinander abgestützt sein können.The spacer element can also be attached to a pivotable about the bearing element arm. In this case, takes place during a pivoting movement of the spacer at a constant distance from the bearing element, a symmetrical wobbling movement of the connecting elements to each other. Advantageously, the spacer element can be made longer than the bearing element, so that the connection elements on the opposite side of the spacer element of the bearing element have their smallest relative distance from each other and there can be supported on a separate tread or tooth shape together.

Dies führt zu einer weiteren Stabilisierung des Getriebes. Bei einer derartigen kreisförmigen Bewegbarkeit des Abstandselementes können die Anschlusselemente jeweils einen Zahnkranz mit einer Stirnverzahnung tragen, die jeweils mit einem der Zahnräder des Abstandselementes in Eingriff steht.This leads to a further stabilization of the transmission. In such a circular mobility of the spacer element, the connection elements can each carry a sprocket with a spur gear teeth, which is in each case in engagement with one of the gears of the spacer element.

Um das Getriebe zu stabilisieren, kann vorgesehen sein, dass die Anschlusselemente im Bereich des Lagerelementes, insbesondere mittels eines Spannelementes zusammengehalten werden.In order to stabilize the transmission, it can be provided that the connection elements are held together in the region of the bearing element, in particular by means of a tensioning element.

Als Spannelement kann beispielsweise ein Draht oder ein Seil oder eine Kette vorgesehen sein.As a clamping element, for example, a wire or a rope or a chain can be provided.

Um eine gewünschte Bewegung zu übertragen bzw. die Anschlusselemente des Getriebes in eine gewünschte Position zueinander zu bringen, kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens eines der Abrollelemente eines Abstandselementes mittels eines Motors antreibbar ist.In order to transmit a desired movement or bring the connecting elements of the transmission in a desired position to each other, it may be advantageous if at least one of the rolling elements of a spacer element is driven by means of a motor.

In diesem Fall kann das entsprechende Abrollelement, also insbesondere ein Zahnrad, auf einer Welle des Motors angeordnet und dadurch antreibbar sein. Damit kann es einerseits das weitere Abrollelement antreiben, wenn die beiden Abrollelemente miteinander in Eingriff stehen, andererseits auch für das Abrollen an einer Zahnstruktur der Anschlusselemente sorgen. Durch eine entsprechende Ansteuerung eines solchen Motors ist damit eine Bewegung des Getriebes genau steuerbar.In this case, the corresponding rolling element, so in particular a gear, arranged on a shaft of the motor and thereby be driven. Thus, on the one hand, it can drive the further rolling element when the two rolling elements are in engagement with one another, but on the other hand, they also provide for unrolling on a tooth structure of the connecting elements. By a corresponding control of such a motor thus a movement of the transmission is precisely controlled.

Zur Bildung einer Manipulatoreinrichtung bzw. eines Roboterarms kann vorteilhaft auch die Kombination mehrerer Getriebeeinheiten der oben beschriebenen Art vorgesehen sein. Die Erfindung bezieht sich insofern auch auf eine Getriebeanordnung in Form eines Flexgelenkes oder Roboterarms mit wenigstens zwei Getrieben der erfindungsgemäßen Art, wobei wenigstens zwei Anschlusselemente benachbarter Getriebe starr miteinander verbunden oder zu einem einzigen Anschlusselement zusammengefasst sind.To form a manipulator device or a robot arm, the combination of a plurality of gear units of the type described above can advantageously also be provided. In this respect, the invention also relates to a gear arrangement in the form of a flexible joint or robot arm with at least two transmissions of the type according to the invention, wherein at least two connection elements of adjacent transmissions are rigidly connected or combined to form a single connection element.

Es ergibt sich hierdurch ein aus einzelnen Segmenten bestehender Manipulationsarm, der einem bionisch nachgeformten Rüssel entspricht und die Realisierung auch komplexester Bewegungen durch entsprechende Ansteuerung der einzelnen Segmente erlaubt. Es können dazu zwei, drei, fünf oder zehn solcher Einzelgetriebe zusammengesetzt werden.This results in an existing of individual segments manipulation, which corresponds to a bionically reshaped proboscis and allows the realization of even the most complex movements by appropriate control of the individual segments. It can be composed of two, three, five or ten such single transmission.

Vorteilhaft kann zur Zusammenfassung der Einzelgetriebe ein gemeinsames Spannelement vorgesehen sein, das mehrere, insbesondere alle Anschlusselemente durchsetzt.Advantageously, a common clamping element can be provided for combining the individual gear, which passes through several, in particular all connection elements.

Es kann zudem eine Steuereinrichtung vorgesehen sein, die wenigstens zwei, insbesondere alle Motoren steuert, die den einzelnen Abstandselementen zugeordnet sind.In addition, a control device can be provided which controls at least two, in particular all motors, which are assigned to the individual spacer elements.

Die einzelnen Motoren können je nach der angestrebten Stellung des Manipulationsarmes und zudem nach bestimmten Bewegungsvorgaben gesteuert werden.The individual motors can be controlled depending on the desired position of the manipulation arm and also according to certain movement specifications.

Die Steuerung kann nahezu beliebige Kombinationen von Stellungen einzelner Segmente realisieren. Dabei kann die Gesamtbewegung beispielsweise im Hinblick auf möglichst geringe Krümmungsdurchmesser des Arms oder auf optimierte Bewegungsgeschwindigkeit hin gesteuert werden. Es kann auch der Gesamtbewegungsaufwand minimiert oder die Belastungsstabilität maximiert werden. Die Außenfläche der Gesamtstruktur des Armes ist beim Taumelgelenk immer gleich groß, daher kann für den Mantel z. B. eine textile Haut verwendet werden.The controller can realize almost any combination of positions of individual segments. In this case, the total movement can be controlled, for example, with regard to the smallest possible curvature diameter of the arm or to optimized movement speed. It can also minimize the overall movement effort or maximize the load stability. The outer surface of the overall structure of the arm is always the same at the wobble joint, therefore, for the coat z. B. a textile skin can be used.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele beschrieben.In the following the invention will be described with reference to several embodiments.

Dabei zeigtIt shows

1a, 1b bis 1k Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Getriebes, 1a . 1b to 1k Embodiments of a transmission according to the invention,

1aa bis 1ac kinematische Erklärungsskizzen hierzu, 1aa to 1ac kinematic explanatory sketches on this,

2a und 2b Draufsichten mehrerer Varianten der Positionierung von Kippanordnungen auf einem Anschlusselement, 2a and 2 B Top views of several variants of the positioning of Kippanordnungen on a connection element,

3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flexgelenks. 3 a further embodiment of a flex joint according to the invention.

4 einen Roboterarm/Manipulationsarm, der aus einer Vielzahl von Segmenten besteht, 4 a robotic arm / manipulation arm consisting of a plurality of segments,

5 ein einzelnes Getriebe, das als Taumelscheibengetriebe ausgebildet ist, 5 a single gear, which is designed as a swash plate gear,

6 eine Ansicht des Getriebes aus 5 von einer Seite, 6 a view of the transmission 5 from one side,

7 ein Abstandselement eines Getriebes, bestehend aus zwei Zahnrädern, von denen eines antreibbar ist, 7 a spacer of a gear consisting of two gears, one of which is drivable,

8 eine Seitenansicht eines Getriebes in einem Schnitt und 8th a side view of a transmission in a section and

9 ein Flexgelenk, bestehend aus zwei Getrieben. 9 a flex joint consisting of two gears.

Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der Erfindung, nämlich das Multigelenk (”sphärisches Koppelgetriebe”) im Einzelnen erläutert.In the following, a first embodiment of the invention, namely the multi-joint ("spherical coupling mechanism") will be explained in detail.

Es handelt sich hierbei um einen ”Tripod-Aufbau”. Alle drei ”pods” sind als zweigliedrige Koppelgetriebe ausgeführt und verbinden die Anschlusselemente der Gestell- und Abtriebsseiten. Durch Verstellung der Seiten ist eine Schubbewegung oder Flexion möglich, die Feststellung der Koppelgetriebe erfolgt beispielsweise mit Linearantrieben, wobei hier Variationsmöglichkeiten der Antriebe (fluidisch, elektrisch) gegeben sind. Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass gute Schubeigenschaften und eine gute Flexion um zwei Achsen gewährleistet werden. Allerdings ist hier eine komplexe Aufbereitung der Sensorinformation notwendig, die mechanische Nachgiebigkeit ist etwas stärker als bei der vorgenannten Taumelgetriebe-Variante. Vorteilhaft wiederum ist allerdings eine gute Durchführbarkeit von Kabeln, was insbesondere bei aneinandergereihten Anordnungen dieses Getriebes vorteilhaft ist.It is a "tripod construction". All three "pods" are designed as two-link coupling gear and connect the connection elements of the frame and driven sides. By adjusting the sides of a thrust movement or flexion is possible, the determination of the coupling gear is carried out, for example, with linear drives, in which case variation possibilities of the drives (fluidic, electrical) are given. The advantage of this arrangement is that good thrust properties and a good flexion about two axes are guaranteed. However, a complex preparation of the sensor information is necessary here, the mechanical compliance is somewhat stronger than in the aforementioned wobble gear variant. Advantageously, however, is a good feasibility of cables, which is particularly advantageous in juxtaposed arrangements of this transmission.

1a beschreibt ein erfindungsgemäßes Getriebe 100, das, welches ein erstes Anschlusselement 105 sowie ein zweites Anschlusselement 106 aufweist. Zwischen diesen Anschlusselementen sind drei Schenkelpaare über den Umfang der Anschlusselemente rotationssymmetrisch verteilt. Die Schenkelpaare bestehen einerseits jeweils aus einem Schenkel 101, der an dem ersten Anschlusselement über zwei Kippgelenke gelenkig angeschlossen ist. Dieser Schenkel ist vorliegend im Wesentlichen flächig und dreieckig angeordnet, kann allerdings auch andere Ausführungsformen haben. Dieser Schenkel ist in seinem oberen Bereich mit einem Ausgleichsgelenk 108 versehen, das eine gelenkige Anbindung an den zweiten Schenkel 102 bildet, der wiederum über Kippgelenke 104a, 104b (diese sind im Aufbau gleich wie die Kippgelenke 103a, 103b) mit dem zweiten Anschlusselement 106 verbunden ist. Der Schenkel 101 weist außerdem im Bereich des Ausgleichgelenks eine Anbindung an einen translatorisch wirkenden Motor 107 auf, die andere Seite dieses translatorisch wirkenden Motors ist (vorzugsweise gelenkig) am Anschlusselement 105 befestigt. Der Motor kann hierbei vorzugsweise als hydraulischer Antrieb oder als elektrischer Linearantrieb ausgestaltet sein. 1a describes a transmission according to the invention 100 that which is a first connection element 105 and a second connection element 106 having. Between these connection elements, three pairs of legs are distributed rotationally symmetrically over the circumference of the connection elements. The leg pairs consist on the one hand each of a leg 101 , which is hinged to the first connection element via two tilting joints. In the present case, this leg is essentially flat and triangular, but may also have other embodiments. This leg is in its upper part with a compensating joint 108 provided that an articulated connection to the second leg 102 forms, in turn, over tilting joints 104a . 104 b (These are the same in construction as the tilting joints 103a . 103b ) with the second connection element 106 connected is. The thigh 101 also has a connection to a translatory motor in the area of the compensating joint 107 on, the other side of this translatory motor is (preferably articulated) on the connection element 105 attached. The engine may in this case preferably be designed as a hydraulic drive or as an electric linear drive.

In 1a ist das Getriebe in einer Position gezeigt, bei der das obere Anschlusselement 106 stark winklig gegenüber dem Anschlusselement 105 verschoben ist. Es ist gut zu sehen, wie beispielsweise bei dem rechten vorderen Schenkel 101, welcher fast waagerecht auf derselben Ebene wie das Anschlusselement 105 liegt, ein lediglich einachsiger Bewegungszustand gegenüber dem Anschlusselement 105 gegeben ist. Dies liegt daran, dass die Gelenke 103a, 103b lediglich in einer Ebene drehbar sind. Dies ermöglicht allerdings auch eine sehr stabile Ausführung. Mögliche Ausgleichsbewegungen erfolgen durch die zweiachsigen Ausgleichsgelenke 108 zwischen den Schenkeln 101 und 102. Diese Gelenke ermöglichen zunächst einmal eine Drehung entsprechend den Gelenken 103a bzw. 103b. Zusätzlich ermöglichen sie allerdings noch eine Verdrehung der Schenkel 101 und 102 (beispielsweise bei gestreckten Schenkeln 101, 102, die also axial fluchtend angeordnet sind, eine Drehung um diese axiale Achse). Hierdurch ist einerseits eine sehr stabile Anordnung gegeben, andererseits aber auch immer der nötige Ausgleich möglich, damit es zu keinen Beschädigungen durch mechanische Verspannungen des Multigelenks, selbst bei einer starken Verstellung der Winkellage, kommt. Dies wird durch die 1aa bis 1ac verdeutlicht. 1aa zeigt eine Draufsicht eines Schenkelpaares 101, 102, bei dem entsprechend des dargestellt Pfeils die Schenkel 101, 102 zueinander drehbar sind. Dasselbe gilt für die entsprechende Seitenansicht gemäß 1ab. Schließlich zeigt 1ac noch die gegenseitige Verdrehung der Schenkel 101, 102 durch die dargestellte strichlinierte Achse.In 1a the transmission is shown in a position at which the upper connection element 106 strongly angled relative to the connection element 105 is moved. It's good to see, like the right front leg 101 , which is almost horizontal on the same plane as the connecting element 105 is a purely uniaxial motion state relative to the connection element 105 given is. This is because the joints 103a . 103b can only be rotated in one plane. However, this also allows a very stable design. Possible compensatory movements are made by the biaxial compensating joints 108 between the thighs 101 and 102 , These joints initially allow a rotation corresponding to the joints 103a respectively. 103b , In addition, however, they still allow a rotation of the legs 101 and 102 (For example, with stretched thighs 101 . 102 , which are thus arranged axially aligned, a rotation about this axial axis). As a result, on the one hand given a very stable arrangement, but on the other hand always the necessary compensation possible so that there is no damage due to mechanical tension of the Multigelenks, even with a strong adjustment of the angular position comes. This is done by the 1aa to 1ac clarified. 1aa shows a plan view of a pair of legs 101 . 102 in which, according to the illustrated arrow, the legs 101 . 102 are rotatable relative to each other. The same applies to the corresponding side view according to 1ab , Finally shows 1ac nor the mutual rotation of the thighs 101 . 102 through the dashed axis shown.

1b zeigt einen weiteren Verschiebungszustand zwischen den Anschlusselementen 105 und 106. Hierbei ist zu sehen, dass der Abstand zwischen beiden Anschlusselementen relativ gering ist, eine Winkelverschiebung erfolgt fast nicht, primär eine translatorische und parallele Annäherung beider Anschlusselemente. 1b shows a further shift state between the connection elements 105 and 106 , It can be seen that the distance between the two connection elements is relatively small, an angular displacement is almost not, primarily a translational and parallel approach of both connection elements.

In 1c ist ein entsprechender Zustand gezeigt, bei dem die Anschlusselemente 105, 106 wiederum parallel sind, allerdings maximalen Abstand voneinander haben.In 1c a corresponding state is shown in which the connection elements 105 . 106 in turn are parallel, but have maximum distance from each other.

1d zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung (siehe hierzu auch weiter unten 2b zur Verdeutlichung), die von den Gelenkanordnungen her identisch ist, allerdings sind diese Gelenkanordnungen anders auf den entsprechenden Anschlusselementen positioniert. Es handelt sich hier um eine Anordnung, bei der die Achsen 103a, 103b bzw. 104a, 104b so angeordnet sind, dass ihre Fluchtlinien radial im Wesentlichen auf die Mitte des jeweiligen Anschlusselementes zulaufen. 1d shows a further embodiment of the invention (see also below 2 B for clarification), by the Joint assemblies forth is identical, but these joint assemblies are positioned differently on the corresponding connection elements. This is an arrangement where the axes 103a . 103b respectively. 104a . 104 b are arranged so that their alignment lines run radially substantially to the center of the respective connection element.

Eine verkippte Stellung ist in 1e gezeigt, hierbei ist sowohl ein erhöhter translatorischer Abstand als auch eine Verkippung zwischen den Anschlusselementen 105, 106 festzustellen.A tilted position is in 1e shown here is both an increased translational distance and a tilt between the connection elements 105 . 106 determine.

1f zeigt schematisch eine Draufsicht auf das Anschlusselement 105 mit den daran befestigten Antrieben 107, wobei allerdings nur die Schenkel 101 und deren Gelenke 103a, 103b gezeigt sind und nicht der Rest des Schenkelpaares. 1f schematically shows a plan view of the connection element 105 with the drives attached to it 107 , but only the thighs 101 and their joints 103a . 103b are shown and not the rest of the leg pair.

In 1g ist eine flache Stellung der entsprechenden Motoren gezeigt. Hier ist gut zu sehen, wie am oberen Ende der Schenkel 101 (also auf der den Gelenken 103a, 103b abgewandten Seite) ein einachsig drehbarer Bolzen angeordnet ist, der eine Bohrung aufweist, in die der entsprechende Teil des Ausgleichsgelenks 108 eingreifen kann, um somit die Schenkel 101 und 102 axial zusätzlich gegeneinander verdrehen zu können und somit einen geometrischen Ausgleich bei beliebigen Translations- und Winkelverstellungen zu gewährleisten.In 1g is shown a flat position of the corresponding motors. Here is good to see, as at the top of the thigh 101 (ie on the joints 103a . 103b opposite side) a uniaxially rotatable pin is arranged, which has a bore into which the corresponding part of the compensating joint 108 can engage, thus the legs 101 and 102 axially additionally rotate against each other and thus to ensure a geometric compensation at any translation and angle adjustments.

1h zeigt entsprechend zur 1g eine Seitenansicht. Insbesondere ist hier gut zu sehen, wie flachbauend die Antriebe 107 sind. 1h shows accordingly to 1g a side view. In particular, it is easy to see how flat the drives 107 are.

1i zeigt eine entsprechende Seitenansicht mit aufgestellten Motoren 107. 1i shows a corresponding side view with erected engines 107 ,

1j zeigt ergänzend das obere Anschlusselement 106, passend zu den dargestellten restlichen Elementen in 1g, 1h, 1i. Hierbei ist zu sehen, wie im Bereich des Ausgleichsgelenkes 108 der zu dem Ausgleichsgelenk gehörende drehbare Achsbolzen 113 (siehe 1g) mit dem Drehgelenk 114 verbindbar ist durch einen entsprechenden Bolzen, der hier nicht dargestellt ist (dieser Bolzen würde durch das in 1g gezeigte Loch im Teil 113 durchgeführt werden sowie auch durch die Löcher im Teil 114, welches in 1j gezeigt ist, um das entsprechende Ausgleichsgelenk zu bilden). In 1j ist außerdem gut zu sehen, dass das Teil 114, wie durch die Pfeilrichtung verdeutlicht, um die eigene Achse drehbar ist. 1j shows in addition the upper connection element 106 , matching the rest of the elements shown in 1g . 1h . 1i , Here you can see how in the area of the compensating joint 108 belonging to the compensating joint rotatable axle 113 (please refer 1g ) with the swivel joint 114 is connectable by a corresponding bolt, which is not shown here (this bolt would by the in 1g shown hole in the part 113 be carried out as well as through the holes in the part 114 which is in 1j shown to form the corresponding compensating joint). In 1j is also good to see that part 114 , as illustrated by the direction of the arrow, is rotatable about its own axis.

Schließlich zeigt 1k eine zusammengebaute Form der Teile (z. B. wie in 1g und 1j dargestellt), wobei ein primär translatorischer Verschiebungszustand gezeigt ist.Finally shows 1k an assembled form of the parts (eg as in 1g and 1j shown), wherein a primary translational shift state is shown.

Die in 1a bis 1k gezeigten Multigelenke haben mechanisch sehr wünschenswerte Eigenschaften. Zum einen können mehrere dieser Multigelenke hintereinander gekoppelt werden, aufgrund des einfachen Einbaus ist auch eine Skalierung einzelner Multigelenke möglich. So kann die Größe der hintereinander gekoppelten Gelenkeinheiten verändert werden, so dass diese zur Rüsselspitze hin abnimmt. So wäre es beispielsweise möglich, Anschlusselemente 111 und 112 vorzusehen, welche ebenfalls dieselbe Größe haben, wobei allerdings die Anschlusselemente 105 und 106 deutlich größer sind als die Anschlusselemente 111 und 112. Dasselbe gilt für die Abstände der jeweiligen Gelenke 103a, 103b bzw. die Längen der Schenkel 101, 102 zwischen den jeweiligen Anschlusselementen. Das heißt, dass eine ”geschrumpfte” Version eines Multigelenks an der Rüsselspitze durch die Anschlusselemente 111 und 112 sowie die dazwischen befindliche Kinematik gegenüber der größeren Version der Anschlusselemente 105, 106 und der dazwischen befindlichen Kinematik aufgebaut wird. Die Skalierung kann fortlaufend geschehen, d. h., dass beispielsweise die Anschlusselemente 109, 110 eine Zwischengröße bezüglich der Größen 105, 106 einerseits und 111, 112 andererseits bilden. Mit diesem Aufbau wird insgesamt eine einerseits mechanisch belastbare und andererseits nicht zu schwere bzw. auch in engere Öffnungen hineinreichende Kette gebildet.In the 1a to 1k shown multi-joints have mechanically very desirable properties. On the one hand, several of these multi-joints can be coupled one behind the other; due to the simple installation, it is also possible to scale individual multi-joints. Thus, the size of the successively coupled joint units can be changed so that it decreases towards the trunk tip. So it would be possible, for example, connection elements 111 and 112 provide, which also have the same size, however, the connection elements 105 and 106 are significantly larger than the connection elements 111 and 112 , The same applies to the distances between the respective joints 103a . 103b or the lengths of the legs 101 . 102 between the respective connection elements. That is, a "shrunken" version of a multi-clef at the end of the trunk through the connection elements 111 and 112 and the kinematics between them and the larger version of the connection elements 105 . 106 and the intervening kinematics is built. Scaling can be done continuously, ie, for example, the connection elements 109 . 110 an intermediate size in terms of sizes 105 . 106 on the one hand and 111 . 112 on the other hand. With this structure, a total of on the one hand mechanically strong and on the other hand not too heavy or even reaching into narrower openings chain is formed.

Die Anordnung von einachsigen Gelenken zwischen Schenkel 101, 102 und den Anschlusselementen 105, 106 ist mechanisch vorteilhaft. Die einachsigen Drehlager haben lediglich einen Freiheitsgrad und können sehr stabil, auch als einteiliges Scharnier, ausgestaltet sein. Die Verbindung der Schenkel 101, 102 erfolgt, wie oben beispielhaft beschrieben, dann über ein entsprechendes Ausgleichsgelenk mit den in den 1aa bis 1ac gezeigten Eigenschaften. Hierdurch ist es möglich, sehr stabile Antriebe bereitzustellen, die lediglich eine Winkeldrehung eines Schenkels bezüglich des jeweiligen Anschlusselementes erlauben. Dies bedeutet einerseits eine hohe mechanische Stabilität des Antriebs und andererseits auch einen flachbauenden Aufbau, der insbesondere bei der Erzielung geringer translatorischer Abstände zwischen den Anschlusselementen 105, 106 vorteilhaft ist. Dies wäre nicht möglich, wenn beispielsweise ein Kardangelenk zwischen dem als Grundplatte ausgeführten Anschlusselement 105 und dem Schenkel 101 gegeben wäre.The arrangement of uniaxial joints between thighs 101 . 102 and the connection elements 105 . 106 is mechanically advantageous. The uniaxial pivot bearings have only one degree of freedom and can be very stable, also designed as a one-piece hinge. The connection of the thighs 101 . 102 takes place, as described above by way of example, then a corresponding compensating joint with the in the 1aa to 1ac shown properties. This makes it possible to provide very stable drives that allow only an angular rotation of a leg with respect to the respective connection element. This means, on the one hand, a high mechanical stability of the drive and, on the other hand, also a flat construction, which in particular results in the achievement of low translational distances between the connecting elements 105 . 106 is advantageous. This would not be possible if, for example, a universal joint between the connection element designed as a base plate 105 and the thigh 101 would be given.

Stattdessen erfolgt der Antrieb beispielsweise durch einen Linearantrieb, der zwischen Anschlusselement und Ausgleichsgelenk 108 gegeben ist. Dies bietet den Vorteil einer günstigen Kraft-Weg-Kennlinie für den Antrieb, da der Antrieb direkt auf das Gelenk zwischen den beiden Schenkeln 101, 102 wirken kann.Instead, the drive is done for example by a linear drive between the connection element and compensating joint 108 given is. This offers the advantage of a favorable force-displacement characteristic for the drive, as the drive directly to the joint between the two legs 101 . 102 can work.

Außerdem ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Multigelenks eine hohe Verdreh- und Kippsicherheit, da die Anschlusselemente 105, 106 nicht ohne Bewegung der Motoren gegeneinander translatorisch oder winklig bewegt werden können. Dies ist ein gravierender Vorteil bezüglich anderen denkbaren Anordnungen, bei denen in einem Schenkelpaar 101, 102 beispielsweise mehrere Kardangelenke vorgesehen wären. In addition, the advantage of the Multigelenks invention is a high resistance to twisting and tilting, since the connection elements 105 . 106 can not be moved against each other translationally or at an angle without movement of the motors. This is a serious advantage with respect to other conceivable arrangements in which a pair of legs 101 . 102 For example, several universal joints would be provided.

Vorzugsweise sind, wie in den obigen Ausführungsformen gezeigt, drei Schenkelpaare vorgesehen mit identischem Aufbau, es sind hier allerdings auch andere Anordnungen denkbar, beispielsweise eine abweichende Anzahl von Schenkelpaaren oder auch gemischte Anordnungen, bei denen einige Schenkelpaare linear angetrieben sind und andere rotatorisch (siehe unten).Preferably, as shown in the above embodiments, three pairs of legs are provided with identical structure, but here are also other arrangements conceivable, for example, a different number of pairs of legs or mixed arrangements in which some leg pairs are driven linearly and others rotationally (see below ).

2a zeigt eine Draufsicht auf das Anschlusselement 105 in schematischer Weise. Hier sind gestrichelt jeweils Scharnierachsen gezeigt, die durch die jeweiligen Gelenke 103a, 103b fluchtend verlaufen. Es ist zu sehen, dass diese gestrichelten Linien ein gleichschenkliges Dreieck bilden bzw. Tangenten eines Kreises darstellen, wobei dieser Kreis vorliegend ein Kreis um einen Flächemittelpunkt des Anschlusselements 105 bildet. 2a shows a plan view of the connection element 105 in a schematic way. Hinge axes are shown here by dashed lines through the respective joints 103a . 103b in alignment. It can be seen that these dashed lines form an isosceles triangle or represent tangents of a circle, wherein this circle in the present case is a circle around a surface center point of the connection element 105 forms.

Der Antrieb der Schenkel kann, wie in 1a–1k gezeigt, durch translatorisch wirkende Motore 107 erfolgen. Es ist allerdings auch möglich, dass dies über einen rotatorisch wirkenden Motor 115 erfolgt, der ein Antriebsritzel aufweist, welcher ein weiteres Zahnrad 116, das drehfest mit dem Schenkel 101 verbunden ist, antreibt. Auf diese Weise kann ein besonders flachbauender Antrieb erzielt werden.The drive of the thighs can, as in 1a - 1k shown by translationally acting motors 107 respectively. However, it is also possible that this has a rotary acting engine 115 takes place, which has a drive pinion, which is another gear 116 , the rotation with the thigh 101 connected drives. In this way, a particularly flat-construction drive can be achieved.

2b zeigt eine alternative Anordnung der Schenkelpaare an, wobei hier die Verbindungsachsen der Gelenke 103a', 103b' eine sternförmige Anordnung bilden, d. h. (idealisiert) im Flächenmittelpunkt des alternativen Anschlusselements 105' zusammenlaufen. Auch bei dieser Anordnung ist alternativ ein translatorisch wirkender Motor 107, der auf das Schenkelpaar im Bereich des Ausgleichsgelenks 108 wirkt, oder alternativ ein rotatorisch wirkender Motor 115 möglich, der ein drehfest mit dem Schenkel 101 verbundenes Zahnrad antreibt. Es sei angemerkt, dass statt ”Zahnrad” in der vorliegenden Anmeldung auch beliebige andere form- bzw. reibschlüssige Anordnungen möglich sind, solange diese das nötige Drehmoment zum Antrieb und zur Fixierung des Schenkel bereitstellen können. 2 B shows an alternative arrangement of the leg pairs, in which case the connecting axes of the joints 103a ' . 103b ' form a star-shaped arrangement, ie (idealized) in the area center of the alternative connection element 105 ' converge. Also in this arrangement is alternatively a translationally acting engine 107 which is on the pair of legs in the area of the compensating joint 108 acts, or alternatively a rotary acting engine 115 possible, one rotatably with the thigh 101 Connected gear drives. It should be noted that instead of "gear" in the present application, any other form-fitting or frictional arrangements are possible, as long as they can provide the necessary torque for driving and fixing the leg.

3 zeigt eine erweiterte Anordnung eines Gelenks, bei dem die Anschlusselemente 105 und 106 gezeigt sind; zusätzlich sind weitere identische Anordnungen (106–109, 109–110, 110–111 sowie 111–112) vorgesehen. Dieser Aufbau mit vielen Elementen erlaubt eine größtmögliche Beweglichkeit. Die Segmentierung dieses Manipulators ist individuell durch die Ansteuerung einzelner Gelenke einstellbar. Eine gewünschte Nachgiebigkeit in den Gelenken ist mechanisch vorzusehen oder auch durch zusätzliche, zwischengeschaltete Module oder eine nachgiebige Verbindung der Segmente möglich. 3 shows an expanded arrangement of a joint, in which the connecting elements 105 and 106 are shown; In addition, further identical arrangements ( 106 - 109 . 109 - 110 . 110 - 111 such as 111 - 112 ) intended. This construction with many elements allows the greatest possible flexibility. The segmentation of this manipulator is individually adjustable by the control of individual joints. A desired compliance in the joints is mechanically provided or by additional, intermediate modules or a flexible connection of the segments possible.

Die 4 stellt einen Roboterarm dar, der aus neun segmentartig aneinander gereihten Einzelgetrieben besteht, wobei jedem der Getriebe zwei Anschlusselemente 5, 6 in Form von Scheiben zugeordnet sind und wobei zwischen benachbarten Anschlusselementen jeweils Abstandselemente (3, 4) in Form von Zahnradpaaren angeordnet sind.The 4 represents a robot arm, which consists of nine segmented juxtaposed individual transmissions, each of the transmission two connection elements 5 . 6 are assigned in the form of discs and wherein between adjacent connection elements respectively spacer elements ( 3 . 4 ) are arranged in the form of gear pairs.

Die Zahnradpaare 3, 4 sind dabei bei einzelnen Getrieben unterschiedlich positioniert, so dass sich insgesamt für den Roboterarm/Manipulationsarm ein teilweise gerader und am oberen Ende gekrümmter Verlauf ergibt. Je nach der gewünschten Länge eines solchen Roboterarms und nach dem Bewegungsspielraum, der für den praktischen Einsatz erforderlich ist, kann die notwendige Anzahl von Einzelgetrieben zum Aufbau eines derartigen Roboterarms kombiniert werden. Außer den Zahnradpaaren 3, 4, die jeweils die Abstandselemente bilden, sind die Anschlusselemente 5, 6 eines Getriebes auch mittels eines Lagerelementes 7 verbunden. Auf die Gestalt des Lagerelementes 7 wird weiter unten noch genauer eingegangen. Die Lagerelemente können jeweils den Anschlusselementen zugewandte kugelige Endflächen aufweisen, auf denen entsprechende Lagerschalen liegen und die eine Durchgangsöffnung aufweisen, die jeweils in Längsrichtung des Roboterarms weist, so dass alle Lagerelemente des Roboterarms insgesamt mittels eines Spannelementes verbunden sind.The gear pairs 3 . 4 are positioned differently in individual transmissions, so that overall results for the robot arm / manipulation arm a partially straight and curved at the top. Depending on the desired length of such a robot arm and on the range of motion required for practical use, the necessary number of individual gears can be combined to construct such a robot arm. Except for the gear pairs 3 . 4 , which each form the spacer elements, are the connection elements 5 . 6 a transmission also by means of a bearing element 7 connected. On the shape of the bearing element 7 will be discussed in more detail below. The bearing elements may in each case have spherical end surfaces facing the connection elements, on which corresponding bearing shells lie and which have a passage opening, which in each case points in the longitudinal direction of the robot arm, so that all bearing elements of the robot arm are connected overall by means of a tensioning element.

Das in der 4 unten dargestellte Getriebe 1 kann beispielsweise an einer Basis eines Roboters befestigt sein, während das an dem freien Ende des Arms angeordnete letzte Getriebe 8 beispielsweise ein Werkzeug oder einen Sensor oder auch eine Kamera, trägt. Die einzelnen Abstandselemente sind mittels einer Mehrzahl von Motoren, von denen jeder einem Getriebe zugeordnet ist, derart antreibbar, dass der Arm gezielt bewegbar und positionierbar ist.That in the 4 Gearbox shown below 1 For example, it may be attached to a base of a robot while the last gear is located at the free end of the arm 8th For example, a tool or a sensor or a camera wears. The individual spacer elements are drivable by means of a plurality of motors, each of which is associated with a transmission, such that the arm is selectively movable and positionable.

5 zeigt detaillierter ein einzelnes Getriebe mit einem ersten Anschlusselement 5 in Form einer ersten Anschlussscheibe sowie einem zweiten Anschlusselement 6 in Form einer zweiten Anschlussscheibe 6, die über das Lagerelement 7 miteinander in Verbindung stehen. Die Anschlussscheiben 5, 6 weisen Ausnehmungen 9, 10 in Kreisform auf, die zur Einsparung von Material und zur Masseersparnis dienen, um den Arm schneller beschleunigen und bewegen zu können. Zudem können die Öffnungen den Luftaustausch und damit die Motorkühlung der einzelnen Motoren begünstigen und der Durchführung von Leitungen dienen. 5 shows in more detail a single gear with a first connection element 5 in the form of a first connecting disk and a second connecting element 6 in the form of a second connecting disk 6 that over the bearing element 7 communicate with each other. The connection disks 5 . 6 have recesses 9 . 10 in circular form, which serve to save material and to save weight, to make the arm faster accelerate and move. In addition, the openings may favor the exchange of air and thus the engine cooling of the individual motors and serve to lead lines.

An dem Lagerelement 7, das um die Verbindungsachse zwischen den Anschlussscheiben 5, 6 drehbar ist, ist ein Arm 11 befestigt, der damit um eine Mittelachse der Anschlussscheiben 5, 6 schwenkbar ist. Die beiden in einer Endplatte 12 des Arms 11 drehbar gelagerten Zahnräder 13, 14, die vorzugsweise identisch gestaltet sind, greifen in zwei stirnseitige Zahnkronen 15, 16 der Anschlussscheiben 5, 6 ein. Die Zahnkronen 15, 16 sind kreisförmig zentrisch um das Lagerelement 7 herum angeordnet. Das Zahnrad 14 ist zudem mit der Welle eines Antriebsmotors 17 verbunden, der als Elektromotor ausgebildet ist. Der Motor kann jedoch auch als pneumatischer Motor ausgebildet sein.On the bearing element 7 around the connection axis between the connection disks 5 . 6 is rotatable, is an arm 11 attached to it around a central axis of the connecting plates 5 . 6 is pivotable. The two in an end plate 12 of the arm 11 rotatably mounted gears 13 . 14 , which are preferably designed identically, engage in two end tooth crowns 15 . 16 the connection discs 5 . 6 one. The dental crowns 15 . 16 are circular centric around the bearing element 7 arranged around. The gear 14 is also with the shaft of a drive motor 17 connected, which is designed as an electric motor. However, the engine may also be designed as a pneumatic motor.

Wird der Motor 17 in Betrieb genommen, so treibt er das Zahnrad 14 an, das gleichzeitig das Zahnrad 13 antreibt und eine Relativbewegung zu dem Zahnkranz 15 erzeugt. Das Zahnrad 13 rollt zudem an der Zahnkrone 16 ab, so dass sich das Abstandselement 13, 14 auf dem Umfang der beiden Anschlussscheiben 5, 6 bewegt. Da die Abmessungen des Abstandselementes 13, 14 unveränderlich sind, wird dort, wo es jeweils positioniert ist, ein lokaler Abstand zwischen den Anschlussscheiben 5, 6 erzwungen, der den Abmessungen des Abstandselementes entspricht. In Zusammenhang mit den Abmessungen des Lagerelementes 7 ist damit ein Winkel zwischen den Anschlussscheiben 5, 6 festgelegt. Damit ergibt sich die relative Position der beiden Anschlussscheiben 5, 6 zueinander eindeutig aus der Position des Abstandselementes, im Falle des gezeigten Ausführungsbeispiels allein aus der Winkelposition in Bezug auf das Lagerelement 7.Will the engine 17 put into operation, so he drives the gear 14 at the same time the gear 13 drives and a relative movement to the sprocket 15 generated. The gear 13 also rolls on the tooth crown 16 off, so that the spacer element 13 . 14 on the circumference of the two connecting washers 5 . 6 emotional. Because the dimensions of the spacer 13 . 14 are immutable, where it is positioned, a local distance between the terminal plates 5 . 6 forced, which corresponds to the dimensions of the spacer element. In connection with the dimensions of the bearing element 7 is thus an angle between the connection disks 5 . 6 established. This results in the relative position of the two connection disks 5 . 6 to each other clearly from the position of the spacer element, in the case of the embodiment shown only from the angular position with respect to the bearing element 7 ,

Die Motoren einzelner Getriebe sind mittels elektrischer oder pneumatischer Leitungen mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden. Die entsprechenden Leitungen können beispielsweise durch die Öffnungen 9, 10 entlang des Roboterarms geführt werden.The motors of individual transmissions are connected by means of electrical or pneumatic lines to a control device, not shown. The corresponding lines can, for example, through the openings 9 . 10 be guided along the robot arm.

6 zeigt im Detail eine Seitenansicht eines Getriebes teilweise im Schnitt mit den Anschlussscheiben 5, 6, deren Zahnkränze 15, 16 an der dem Abstandselement 13, 14 gegenüberliegenden Seite in Bezug auf das Lagerelement 7 ineinander greifen, so dass sich die Anschlussscheiben 5, 6 dort gegeneinander abstützen. Es ist zudem in der 6 der Arm 11 zu erkennen, mittels dessen das Abstandselement 13, 14 an dem Lagerelement 7 befestigt ist, sowie die Endplatte 12. Es ist detailliert dargestellt, dass das Lagerelement als weitgehend zylindersymmetrischer hohler Bolzen mit kugelig abgerundeten Enden 7a, 7b ausgebildet ist. Auf den kugeligen Enden 7a, 7b sind hohlkugelförmig ausgeführte Lagerschalen 18, 19 allseitig drehbar und verschiebbar angeordnet. Diese Lagerschalen sind mit je einer der Anschlussscheiben 5, 6 verbunden. 6 shows in detail a side view of a gearbox partially in section with the connection plates 5 . 6 whose sprockets 15 . 16 at the spacer 13 . 14 opposite side with respect to the bearing element 7 mesh so that the connecting washers 5 . 6 support each other there. It is also in the 6 the arm 11 to recognize, by means of which the spacer element 13 . 14 on the bearing element 7 is attached, as well as the end plate 12 , It is shown in detail that the bearing element as a largely cylindrically symmetrical hollow bolt with spherical rounded ends 7a . 7b is trained. On the spherical ends 7a . 7b are hollow spherical executed bearing shells 18 . 19 arranged on all sides rotatable and displaceable. These bearings are each with one of the connection plates 5 . 6 connected.

Das Getriebe wird durch ein nicht dargestelltes Spannelement zusammengehalten, das sowohl die Lagerschalen 18, 19 als auch einen Hohlraum 20 des Lagerelementes 7 durchsetzt.The transmission is held together by a clamping element, not shown, which both the bearing shells 18 . 19 as well as a cavity 20 of the bearing element 7 interspersed.

7 zeigt in einem vergrößerten Detail die Baueinheit, bestehend aus dem Lagerelement 7, dem an diesem befestigten Arm 11 mit der Endplatte 12, den Zahnrädern 13, 14 und dem Motor 17. Es ist ein abgerundetes Ende 7a des Lagerelementes 7 sowie die Durchtrittsöffnung 20 des Lagerelementes zu erkennen. Dieses kombinierte Bauteil kann insgesamt vorgefertigt und beim Aufbau eines Getriebes als Ganzes zwischen zwei Anschlussscheiben eingebracht werden. Hierdurch vereinfacht sich der Montagevorgang beträchtlich. 7 shows in an enlarged detail the assembly consisting of the bearing element 7 , on this attached arm 11 with the end plate 12 , the gears 13 . 14 and the engine 17 , It is a rounded end 7a of the bearing element 7 as well as the passage opening 20 to recognize the bearing element. This combined component can be prefabricated as a whole and placed in the construction of a transmission as a whole between two connection plates. This simplifies the assembly process considerably.

Die 8 zeigt einen Längsschnitt durch ein Getriebe mit den Anschlussscheiben 5, 6 und dem Lagerelement 7 sowie dem Abstandselement 13, 14.The 8th shows a longitudinal section through a transmission with the connection plates 5 . 6 and the bearing element 7 and the spacer element 13 . 14 ,

Durch den Kreis 21 ist angedeutet, dass die kugelförmigen Abrundungen 7a, 7b des Lagerelementes 7 in eine gemeinsame Kugel einbeschrieben sind, ebenso wie die hohlkugelförmigen Lagerschalen 18, 19.Through the circle 21 is indicated that the spherical rounding 7a . 7b of the bearing element 7 are inscribed in a common ball, as well as the hollow spherical bearing shells 18 . 19 ,

Mit A1 bezeichnet, ist gestrichelt die Symmetrieachse des Lagerelementes 7 eingezeichnet, um die der nicht dargestellte Arm 11 des Abstandselementes schwenkbar gelagert ist.Denoted by A1, dashed line is the axis of symmetry of the bearing element 7 drawn to the arm, not shown 11 the spacer is pivotally mounted.

A2 bezeichnet die Symmetrieachse der Anschlussscheibe 6, während A3 die Symmetrieachse der Anschlussscheibe 5 bezeichnet. Mit M ist der Mittelpunkt bezeichnet, in dem sich die Symmetrieachsen A1, A2 und A3 schneiden. Mit R1 ist der Radius bezeichnet, auf dem sich das Abstandselement 13, 14 um die Mittelachse des Lagerelementes 7 bewegt, während R2 den Radius der Anschlussscheibe 5 bezeichnet.A2 denotes the symmetry axis of the connection disk 6 , while A3 is the symmetry axis of the connection plate 5 designated. M denotes the center point in which the axes of symmetry A1, A2 and A3 intersect. R1 is the radius on which the spacer element is located 13 . 14 around the central axis of the bearing element 7 while R2 moves the radius of the connecting disk 5 designated.

W bezeichnet den zwischen den beiden Anschlussscheiben 5, 6 eingeschlossenen Winkel, während Tk den Durchmesser eines der Zahnräder 13, 14 bezeichnet.W denotes the between the two connection disks 5 . 6 included angle while Tk is the diameter of one of the gears 13 . 14 designated.

In 9 ist eine aus zwei Getrieben bestehende Getriebeanordnung dargestellt, wobei ein erstes Getriebe demjenigen gleicht, das in den 5–8 dargestellt ist. Die entsprechenden Anschlussscheiben 5, 6 sind wie in den oben genannten Figuren bezeichnet. Die beiden Getriebe haben die Anschlussscheibe 5 gemeinsam. Diese trägt auf beiden Seiten jeweils einen Zahnkranz 15, 22.In 9 a gearbox consisting of two transmissions is shown, wherein a first gear is similar to that in the 5 - 8th is shown. The corresponding connection discs 5 . 6 are designated as in the above figures. The two gears have the connection plate 5 together. This carries on both sides each a sprocket 15 . 22 ,

Alternativ könnten auch zwei einzelne Getriebe jeweils vollständig aufgebaut werden, und darauf könnten zwei benachbarte Anschlussscheiben fest miteinander verbunden werden. Der hier dargestellte Aufbau hat jedoch die Einsparung von Material und Verbindungsvorrichtungen zur Folge. Dadurch können die Gesamtkosten gesenkt werden.Alternatively, two individual gears could each be completely constructed, and then two adjacent connection plates could be firmly connected to each other. However, the structure shown here has the saving of material and connecting devices result. This can reduce the overall costs.

Durch die kombinierte Getriebeanordnung mit den Anschlussscheiben 5, 6, 23 können einerseits verschiedene Taumelpositionen eingestellt werden, andererseits kann durch entsprechende Kombination von Positionsänderungen beider Abstandselemente 13, 14 einerseits und 24, 25 andererseits auch Neigungswinkel in gewissen Grenzen eingestellt werden.Through the combined gear arrangement with the connection discs 5 . 6 . 23 On the one hand, different tumble positions can be adjusted, on the other hand, by appropriate combination of position changes of both spacers 13 . 14 on the one hand and 24 . 25 On the other hand, inclination angle can be adjusted within certain limits.

Die Motoren 17, 26 sind zu diesem Zweck mit einer gemeinsamen Motorsteuereinrichtung 27 verbunden. Die einzelnen Motoren 17, 26 sind vorteilhaft als Schrittmotoren ausgebildet, so dass ihre Stellung/Position jederzeit eindeutig festgelegt und bestimmbar ist.The motors 17 . 26 are for this purpose with a common motor control device 27 connected. The individual engines 17 . 26 are advantageously designed as stepper motors, so that their position / position is always clearly defined and determinable.

Je nach der gewünschten Länge eines entsprechenden Flexgelenks oder Roboterarms kann eine gewünschte Anzahl von Einzelgetrieben segmentweise in Reihe geschaltet und miteinander verbunden werden, so dass mit minimalem Aufwand und mit gleichartigen Getriebeelementen verschiedenartige Roboterarme/Manipulatorarme aufgebaut werden können.Depending on the desired length of a corresponding flex joint or robot arm, a desired number of individual transmissions can be connected in series and connected to one another in segments, so that different types of robotic arms / manipulator arms can be constructed with minimal effort and with identical transmission elements.

Die Darstellung in 9 zeigt als Spannelement eine die Lagerelemente durchsetzenden flexiblen Strang, der eine Anschlagmutter 28 sowie eine Feder 29 aufweist, die an der Anschlagmutter einerseits und einer Anschlussscheibe 6 andererseits abgestützt ist und die im Zusammenwirken mit einem weiteren Abschlussstück 30 einen axialen Druck auf die Getriebeanordnung ausübt und somit die Anschlussscheiben 5, 6, 23 zusammenhält.The representation in 9 shows as a clamping element, a bearing elements passing through flexible strand, a stop nut 28 as well as a spring 29 has, at the stop nut on the one hand and a connection plate 6 on the other hand, and in cooperation with another final piece 30 exerts an axial pressure on the gear assembly and thus the connection discs 5 . 6 . 23 holds together.

Claims

Transmission for transmission between a first connection element ( 5 ) and a second connection element ( 6 ), wherein angular position and / or distance of the connection elements are adjustable to one another.

Transmission according to claim 1, characterized in that on the first connection element ( 105 ) on the one hand and on the second connection element ( 106 On the other hand, preferably three pairs of legs ( 101 . 102 ) are mounted, each pair of legs a first and a second leg ( 101 . 102 ), wherein the first leg ( 101 ) via a first tilting arrangement ( 103a . 103b ) with the first connection element ( 105 ) and the second leg ( 102 ) via a second tilting arrangement ( 104a . 104 b ) with the second connection element ( 106 ), and between the first and second legs a compensating joint ( 108 ) is provided, whereby per pair of legs ( 101 . 102 ) at least one drive ( 107 ) is given for adjusting and / or fixing the angular position of at least one leg of the respective leg pair.

Transmission according to claim 2, characterized in that the first and / or second tilting arrangement as one or two tilting joints ( 103a . 103b ; 104a . 104 b ) or are designed as hinges.

Transmission according to claim 2 or 3, characterized in that the pivot axis of the tilting arrangement is substantially radial, tangential or secant with respect to a circle, said circle preferably a circle around a center of area of the connecting element ( 105 . 106 ).

Transmission according to one of claims 2 to 4, characterized in that at least one leg pair ( 101 . 102 ) a translationally acting drive motor ( 107 ) between compensating joint ( 108 ) on the one hand and connection element ( 105 ) is arranged on the other hand.

Transmission according to one of claims 2 to 4, characterized in that at least one leg pair ( 101 . 102 ) a rotationally acting drive motor ( 115 ) on a leg ( 101 ) in the region of the tilting arrangement ( 103a . 103b ) for rotating this leg ( 101 ) is arranged rotationally fixed.

Transmission according to claim 1, characterized in that the first connecting element ( 5 ) relative to the second connection element ( 6 ) is wobbling, wherein by a bearing element ( 7 ) between the connecting elements ( 5 . 6 ) is arranged and which supports the connection elements tumbling against each other, and by a spacer element ( 3 . 4 . 13 . 14 ) of fixed dimensions located between the connecting elements at a distance from the bearing element ( 7 ) is positioned controlled such that the connection elements assume a desired angular position to each other under support on the spacer element and the bearing element.

Transmission according to claim 7, characterized in that the position of the spacer ( 3 . 4 . 13 . 14 ) in the transverse direction to the connecting line between the spacer element and the bearing element ( 7 ), in particular on a circular arc around the bearing element ( 7 ), is adjustable.

Transmission according to claim 7 or 8, characterized in that the position of the spacer element ( 3 . 4 . 13 . 14 ) with respect to the distance to the bearing element ( 7 ) is constructively adjustable.

Transmission according to claim 7 or one of the following, characterized in that the spacer element ( 3 . 4 . 13 . 14 ) two rolling elements ( 13 . 14 ), of which one on each of the connecting elements ( 5 . 6 ) rolls off.

Transmission according to claim 10, characterized in that the rolling elements ( 13 . 14 ) Are gears, each with a tooth structure ( 15 . 16 ) on each one of the connecting elements in engagement.

Transmission according to claim 11, characterized in that the two gears ( 13 . 14 ) are engaged with each other.

Transmission according to claim 7 or one of the following, characterized in that the spacer element ( 13 . 14 ) on a pivotable about the bearing element arm ( 11 ) is attached.

Transmission according to claim 13, characterized in that each of the connecting elements ( 5 . 6 ) a sprocket ( 15 . 16 ) bears, with each one of the gears is engaged.

Transmission according to claim 7 or one of the following, characterized in that the connection elements ( 5 . 6 ) in the region of the bearing element ( 7 ) in particular by means of a tensioning element ( 28 . 29 . 30 ) are held together.

Transmission according to claim 10 or one of the following, characterized in that at least one of the rolling elements ( 13 . 14 ) by means of a motor ( 17 ) is drivable.

Transmission arrangement in the form of a robot arm consisting of flex or flexion joints with at least two transmissions according to one of claims 1 to 16, wherein two connection elements of adjacent transmissions are rigidly or flexibly connected to each other or to a single connection element ( 5 ) are summarized.

Gear arrangement according to claim 17, characterized in that a tensioning element ( 28 . 29 . 30 ) several, in particular all connection elements ( 5 . 6 . 23 ) interspersed.

Gear arrangement according to claim 17 or 18, characterized by a control device ( 27 ) which controls at least two, in particular all, motors which drive the individual rolling elements.