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AUSSAGE HINSICHTLICH STAATLICH GEFÖRDERTER FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
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Diese Erfindung wurde mit Regierungsunterstützung unter dem NASA Space Act Agreement mit der Nr. SAA-AT-07-003 durchgeführt.
Die Regierung kann einige Rechte an der Erfindung besitzen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen humanoiden Roboter und insbesondere eine Verpackung für die Betätigungssysteme für einen Unterarm des humanoiden Roboters.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Roboter sind automatisierte Einrichtungen, die zur Manipulation von Objekten unter Verwendung einer Reihe von starren Gliedern in der Lage sind, welche wiederum über Gelenkverbindungen oder motorgetriebene Robotergelenke miteinander verbunden sind. Jedes Gelenk in einem typischen Roboter stellt eine unabhängige Steuerungsvariable dar, die auch als ein Freiheitsgrad (DOF) bezeichnet wird. Greiforgane sind die speziellen Glieder, die zum Ausführen einer anstehenden Aufgabe verwendet werden, z. B. zum Ergreifen eines Arbeitswerkzeugs oder eines Objekts. Daher kann eine präzise Bewegungssteuerung eines Roboters durch die Ebene der Aufgabenbeschreibung gegliedert sein: eine Steuerung auf Objektebene, d. h. die Fähigkeit zur Steuerung des Verhaltens eines Objekts, das in einem Einzelgriff oder einem zusammenwirkenden Griff eines Roboters gehalten wird, eine Greiforgansteuerung und eine Steuerung auf Gelenkebene. Die verschiedenen Steuerungsebenen arbeiten zusammen, um gemeinsam die benötigte Mobilität, Geschicklichkeit und arbeitsaufgabenbezogene Funktionalität des Roboters zu erreichen.
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Humanoide Roboter sind insbesondere Roboter mit einer annähernd menschlichen Gestalt oder einem annähernd menschlichen Erscheinungsbild, sei es ein vollständiger Körper, ein Torso und/oder eine Gliedmaße, wobei die strukturelle Komplexität des humanoiden Roboters zu einem großen Teil vom Wesen der Arbeitsaufgabe abhängt, die ausgeführt wird. Die Verwendung humanoider Roboter kann dort bevorzugt sein, wo eine direkte Interaktion mit Einrichtungen oder Systemen benötigt wird, die speziell für den menschlichen Gebrauch gefertigt sind. Aufgrund des weiten Spektrums von Arbeitsaufgaben, die möglicherweise von einem humanoiden Roboter erwartet werden, können verschiedene Steuerungsmodi gleichzeitig benötigt werden. Zum Beispiel muss eine präzise Steuerung in den verschiedenen vorstehend erwähnten Räumen sowie eine Kontrolle über das aufgewendete Drehmoment oder die aufgewendete Kraft, die Bewegung und die verschiedenen Grifftypen angewendet werden.
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Um eine menschliche Bewegung anzunähern, benötigt jedes Gelenk im Roboter mindestens ein Stellglied für jeden Freiheitsgrad. Diese Stellglieder müssen außerdem in einer Anordnung verpackt sein, die eine menschliche Gestalt und ein menschliches Erscheinungsbild annähernd darstellt.
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Die
US 7 296 835 B2 offenbart eine Vorrichtung mit einer Roboterhand und einem Roboterarm, bei der die Finger der Hand von elektrischen Stellgliedern angetrieben werden und Handgelenksbewegungen mit pneumatischen Handgelenkstellgliedern durchgeführt werden. Diese Stellglieder sind im Unterarm der Vorrichtung angeordnet.
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In der
US 6 244 644 B1 ist eine kompakte geschickte Roboterhand mit Fingern, einem Handflächengehäuse, einem Handgelenk und einem Unterarm offenbart. Stellglieder zur Bewegung der Finger, der Handfläche und des Handgelenks sind an einem Unterarmgehäuse umlaufend angeordnet.
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Die
US 5 447 403 A offenbart einen geschickten programmierbaren Roboter samt Steuerungssystem, bei dem eine Roboterhand mit einem zugehörigen Roboterarm höhenverstellbar an einer Halterung angebracht ist. An einem Gehäuse des Roboterarms sind die zur Betätigung der Hand benötigten Stellglieder angeordnet. Zur Steuerung der Anordnung wird ein Sensorhandschuh verwendet.
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In der
WO 2006/ 037 951 A1 ist eine Kunsthand/arm-Anordnung mit Fluidmuskeln im Unterarm offenbart, die durch Druckluft betätigt werden. Die Hand, der Unterarm sowie Ventile zur Betätigung der Fluidmuskel sind entlang einer starren Welle angeordnet.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Entsprechend wird hier eine Anordnung zum Verpacken einer Unterarmanordnung für einen geschickten humanoiden Roboter bereitgestellt. Die Unterarmanordnung für den humanoiden Roboter umfasst eine Armstütze mit einer ersten Seite und einer zweiten Seite, eine Vielzahl von Handgelenkstellgliedern, die an der ersten Seite der Armstütze montiert sind, eine Vielzahl von Fingerstellgliedern, die an der zweiten Seite der Armstütze montiert sind, und eine Vielzahl von Elektronikeinrichtungen, die ebenfalls an der ersten Seite der Armstütze angeordnet sind.
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Die Vielzahl von Fingerstellgliedern umfasst eine erste Vielzahl von Fingerstellgliedern und eine zweite Vielzahl von Fingerstellgliedern, die an der zweiten Seite der Armstütze montiert sind. Eine Stützrippe ist an der ersten Seite der Armstütze angeordnet. Ein Handgelenkstellglied ist an jeder Seite der Stützrippe montiert.
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Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten zum Ausführen der Erfindung, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung eines geschickten humanoiden Roboters gemäß der Erfindung;
- 2 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung eines Oberarms für den geschickten humanoiden Roboter von 1;
- 3 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung eines Unterarms für den geschickten humanoiden Roboter von 1 und 2;
- 3A ist eine weitere schematische perspektivische Veranschaulichung des Unterarms für den geschickten humanoiden Roboter von 1-3;
- 3B ist eine vergrößerte schematische perspektivische Veranschaulichung eines Abschnitts des Unterarms für den geschickten humanoiden Roboter von 1-3A;
- 4 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung einer ersten Seite einer Unterarmstütze für den geschickten humanoiden Roboter von 1-3B;
- 4A ist eine vergrößerte schematische perspektivische Veranschaulichung der ersten Seite der Unterarmstütze und einer Vielzahl von Elektronikeinrichtungen für den geschickten humanoiden Roboter von 1-4;
- 5 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung einer zweiten Seite der Unterarmstütze für den geschickten humanoiden Roboter von 1-4;
- 6 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung der zweiten Seite der Unterarmstütze und einer ersten Vielzahl von Fingerstellgliedern für den geschickten humanoiden Roboter von 1-5;
- 6A ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung der zweiten Seite der Unterarmstütze und einer zweiten Vielzahl von Fingerstellgliedern für den geschickten humanoiden Roboter von 1-6;
- 7 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung der ersten Seite der Unterarmstütze und einer Vielzahl von Handgelenkstellgliedern und Elektronikeinrichtungen für den geschickten humanoiden Roboter von 1-6B; und
- 8 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung eines Handgelenkstellglieds für den geschickten humanoiden Roboter von 1-7.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche oder ähnliche Komponenten bezeichnen, zeigt 1 einen geschickten humanoiden Roboter 10, der zum Ausführen einer oder mehrerer Aufgaben mit mehreren Freiheitsgraden (DOF) ausgelegt ist.
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Der humanoide Roboter 10 kann einen Kopf 12, einen Torso 14, eine Taille 15, Arme 16, Hände 18, Finger 19 und Daumen 21 umfassen, wobei die verschiedenen Gelenke darin oder dazwischen angeordnet sind. Der Roboter 10 kann in Abhängigkeit von der speziellen Anwendung oder der beabsichtigten Verwendung des Roboters auch eine für die Aufgabe geeignete Halterung oder Basis (nicht gezeigt) umfassen, wie etwa Beine, Laufflächen oder eine andere bewegliche oder starre Basis. Eine Leistungsversorgung 13 kann am Roboter 10 einstückig montiert sein, z. B. ein wiederaufladbarer Batteriestapel, der an der Rückseite des Torsos 14 mitgeführt oder getragen wird, oder eine andere geeignete Leistungsversorgung, um ausreichend elektrische Energie für die verschiedenen Gelenke zur Bewegung derselben bereitzustellen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Roboter 10 mit einer Vielzahl von unabhängig und voneinander abhängig bewegbaren Robotergelenken ausgestaltet, wie etwa einer Schultergelenkanordnung (Pfeil A), einer Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B), einer Handgelenkanordnung (Pfeil C), einer Nackengelenkanordnung (Pfeil D) und einer Taillengelenkanordnung (Pfeil E) sowie den verschiedenen Fingergelenkanordnungen (Pfeil F), die zwischen den Fingergliedern jedes Roboterfingers 19 positioniert sind, ohne aber darauf beschränkt zu sein.
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Jedes Robotergelenk kann einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweisen. Zum Beispiel können einige Gelenke, wie etwa die Schultergelenkanordnung (Pfeil A) und die Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B) mindestens zwei Freiheitsgrade in der Form von Nicken und Rollen aufweisen. Auf ähnliche Weise kann die Nackengelenkanordnung (Pfeil D) mindestens drei Freiheitsgrade aufweisen, während die Taillen- und Handgelenkanordnungen (Pfeile E bzw. C) einen oder mehrere Freiheitsgrade aufweisen können. In Abhängigkeit von der Komplexität der Aufgabe kann sich der Roboter 10 mit über 40 Freiheitsgraden bewegen. Obwohl es der Einfachheit halber in 1 nicht gezeigt ist, enthält jedes Robotergelenk ein oder mehrere Stellglieder, z. B. Gelenkmotoren, lineare Stellglieder, Drehstellglieder und dergleichen, und wird durch diese angetrieben.
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Der Arm 16 ist in einen Oberarm 22 und einen Unterarm (oder Vorderarm) 24 unterteilt. Der Oberarm 22 erstreckt sich von der Schultergelenkanordnung (Pfeil A) zu der Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B). Von dem Ellenbogengelenk (Pfeil B) weg erstrecken sich der Unterarm 24, die Hände 18, die Finger 19 und die Daumen 21. Zur Vereinfachung verläuft, wie hier beschrieben wird, die Aufwärtsrichtung zum Kopf 12 hin und die Abwärtsrichtung verläuft zur Taille 15 hin. Fachleute werden feststellen, dass die verschiedenen Extremitäten - z. B. die Arme 16 einschließlich der Oberarme 22, der Unterarme 24 und der Hände 18 usw. - symmetrisch sein werden und im Wesentlichen eine identische symmetrische Skelettstruktur sowohl an der linken als auch der rechten Seite umfassen, da der Roboter 10 zur Simulation eines Humanoiden gedacht ist. Wenn sie daher wie in 1 von vorne betrachtet werden, werden sich der rechte Arm 16 und die rechte Hand 18 tatsächlich an der linken Seite der Zeichnung befinden.
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Mit Bezug auf 2 ist der Oberarm 22 veranschaulicht. Obwohl nur ein Oberarm 22 für die Arme 16 gezeigt ist, arbeiten sowohl der linke als auch der rechte Arm 16 auf die gleiche Weise, wie nachstehend beschrieben wird. Der Oberarm 22 weist eine Schultergelenkanordnung (Pfeil A) auf, die ein erstes Schultergelenk S1, das einen ersten Freiheitsgrad bereitstellt, und ein zweites Schultergelenk S2, das einen zweiten Freiheitsgrad bereitstellt, und ein drittes Schultergelenk S3 umfasst, das einen dritten Freiheitsgrad bereitstellt. Das erste bis dritte Schultergelenk S1, S2, S3 führen zusammen die Bewegungen aus, welche die Bewegungen darstellen, die eine menschliche Schulter ausführen kann. Insbesondere bewegt eine Drehung des ersten Schultergelenks S1 um eine erste Schulterachse A1 eine zweite Schulterachse A2 für das zweite Schultergelenk S2 in eine gewünschte Position. Auf der Grundlage der Position des ersten Schultergelenks S1 bewegt dann eine Drehung des zweiten Schultergelenks S2 um die zweite Schulterachse A2 den Arm 16 relativ zum Torso 14 nach oben und nach unten, oder relativ zum Torso 14 nach vorne und zurück oder in irgendeiner Kombination daraus. Das dritte Schultergelenk S3 dreht den Oberarm 22 um eine dritte Schulterachse A3. Eine Drehung des dritten Schultergelenks S3 dreht den Oberarm 22 axial, d. h. eine Drehung des dritten Schultergelenks S3 dreht die Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B), sodass sie nach oben oder nach unten weist. Das erste Schultergelenk S1, das zweite Schultergelenk S2 und das dritte Schultergelenk S3 führen daher zusammen die Bewegungen einer Schultergelenkanordnung (Pfeil A) aus.
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Der Oberarm 22 umfasst auch eine Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B), die ein erstes Ellenbogengelenk L1 und ein zweites Ellenbogengelenk L2 umfasst. Das erste Ellenbogengelenk L1 und das zweite Ellenbogengelenk L2 stellen jeweils einen Freiheitsgrad bereit. Das erste Ellenbogengelenk L1 und das zweite Ellenbogengelenk L2 führen zusammen die Bewegungen aus, welche die Bewegungen darstellen, die ein menschlicher Ellenbogen ausführen kann. Eine Drehung des ersten Ellenbogengelenks L1 um eine erste Ellenbogenachse B1 bewirkt, dass sich der Oberarm 22 unterhalb der Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B) beugt und streckt. Zudem bewirkt eine Drehung des zweiten Ellenbogengelenks L2 um eine zweite Ellenbogenachse B2, dass sich der Oberarm 22 unterhalb der Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B) axial dreht, d. h. eine Drehung des zweiten Ellenbogengelenks L2 um die zweite Ellenbogenachse B2 dreht den Unterarm 24 und die Hand 18 (1) so, dass die Handfläche nach oben oder nach unten weist.
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3 veranschaulicht den Unterarm 24 einschließlich der Handgelenkanordnung (Pfeil C), der Hand 18, der Finger 19 und des Daumens 21. Der Unterarm 24 umfasst eine Vielzahl von Finger- (und Daumen-) Stellgliedern 26 und eine Vielzahl von Handgelenkstellgliedern 28. Zudem ist auch eine Vielzahl von Elektronikeinrichtungen 30 für die Fingerstellglieder 26 und die Handgelenkstellglieder 28 am Unterarm 24 abgestützt. Der Unterarm 24 ist an einem Kraftaufnehmer 32 (in 3A gezeigt) angebracht, der zur Verbindung des Unterarms 24 mit dem Oberarm 22 verwendet wird. Der Kraftaufnehmer 32 ermöglicht, dass alle Lasten, die der Unterarm 24 erfährt, durch Elektronikeinrichtungen am Roboter 10, welche sich entfernt vom Unterarm 24 befinden, überwacht werden.
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Die Fingerstellglieder 26 umfassen die Stellglieder für den Daumen 21. Mehrere Fingerstellglieder 26 können jedem Finger 19 und dem Daumen 21 entsprechen. Allgemein muss es ein Fingerstellglied 26 für jeden verfügbaren Freiheitsgrad plus ein zusätzliches Fingerstellglied 26 für jeden Finger 19 oder Daumen 21 geben. Daher benötigt jeder Finger 19 mit drei Freiheitsgraden vier Fingerstellglieder 26, jeder Finger 19 mit zwei Freiheitsgraden benötigt drei Fingerstellglieder 26 und so weiter.
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Die Hand 18 umfasst einen Daumen 21 mit vier Freiheitsgraden, zwei Finger 19, die jeweils drei Freiheitsgrade aufweisen, und zwei Finger 19, die jeweils einen Freiheitsgrad aufweisen (die zwei Finger 19, die jeweils einen Freiheitsgrad aufweisen, nutzen das eine zusätzlich benötigte Fingerstellglied 26 gemeinsam). Außerdem weist die Handgelenkanordnung (Pfeil C) zwei Freiheitsgrade auf. Der Unterarm 22 stellt daher vierzehn Freiheitsgrade bereit und benötigt sechzehn Fingerstellglieder 26 und zwei Handgelenkstellglieder 28. Durch ein Verpacken der Fingerstellglieder 26, der Handgelenkstellglieder 28 und der zugehörigen Elektronikeinrichtungen 30 im Unterarm 22 wird ein eigenständiges Betätigungs- und Steuerungssystem für den Unterarm 24 bereitgestellt. Die Unterarmanordnung 24 kann als ein Modul zusammengebaut sein und an eine geeignete Vorrichtung, wie etwa den Oberarm 22 für den humanoiden Roboter 10 montiert sein.
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Bei der gezeigten Ausführungsform weist der Unterarm 24 eine Hand 18 mit einer Breite von 9,14 cm (3,6 Zoll) und einer Länge von 20,07 cm (7,9 Zoll) auf. Die Breite der Hand 18 liegt etwa im sechzigsten Perzentil der Größe für eine männliche Menschenhand und die Länge der Hand 18 liegt etwa im achtzigsten Perzentil für eine männliche Menschenhand. Die Handgelenkanordnung (Pfeil C) beträgt 7,62 cm (3 Zoll) im Durchmesser. Die Länge des Unterarms 24 bis zu der Handgelenkanordnung (Pfeil C) beträgt 22,86 cm (9 Zoll) mit einem maximalen Durchmesser von 12,7 cm (5 Zoll) und einem Durchmesser am Mittelpunkt von 10,16 cm (4 Zoll), was im achtzigsten Perzentil für einen männlichen Menschenvorderarm liegt. Daher weist der Unterarm 24 näherungsweise die Größe und das Erscheinungsbild eines menschlichen Vorderarms auf.
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4 und 5 veranschaulichen schematische perspektivische Ansichten einer Unterarmstütze 40 für den Unterarm 24. Die Unterarmstütze 40 ist allgemein eben. 4 veranschaulicht eine erste Seite 42 der Stütze 40 oder eine dorsale bzw. Rückenseite, die nach oben weist, wenn die Hand 18 mit der Handfläche nach unten weist, und 5 veranschaulicht eine zweite Seite 44 der Stütze 40 oder eine palmare bzw. Hohlhandseite, die nach oben weist, wenn die Hand 18 mit der Handfläche nach oben weist. Die Stütze 40 umfasst eine Stützrippe 46, die aus der ersten Seite 42 entlang der Mittellinie der Stütze 40 hervorsteht. Die Stütze 40 kann eine Vielzahl von Öffnungen 48 definieren, um einen Zugriff auf Komponenten zu ermöglichen, die an der Stütze 40 montiert sind, und um das Gewicht der Stütze 40 zu verringern. Zudem kann die Stütze 40 eine Vielzahl von Befestigungsdurchlässen 50 zum Anbringen verschiedener Komponenten des Unterarms 24 an der Stütze 40 definieren, wie nachstehend beschrieben wird.
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6 und 6A veranschaulichen die zweite (palmare) Seite 44 der Stütze 40 mit einer ersten Vielzahl von Fingerstellgliedern 26A und einer zweiten Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B, die daran montiert sind. Die erste Vielzahl von Fingerstellgliedern 26A ist in einem gemeinsamen Gehäuse 52 zusammengebaut. Das Gehäuse 52 ist an der zweiten (palmaren) Seite 44 der Stütze 40 montiert. Das Gehäuse 52 weist eine allgemein halbkreisförmige Gestalt auf, wobei fünf der Fingerstellglieder 26 in einem Halbkreis im Gehäuse 52 verpackt sind und ein Fingerstellglied 26 am Mittelpunkt des Halbkreises verpackt ist. Die zweite Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B umfasst zehn zusätzliche Fingerstellglieder 26. Die zweite Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B ist einzeln untergebracht. Die zweite Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B ist an der Stütze 40 einzeln montiert. Zur zusätzlichen Festigkeit können Stützbögen (nicht gezeigt) über der ersten Vielzahl von Fingerstellgliedern 26A positioniert und an der Stütze 40 befestigt sein. Die zweite Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B kann dann an den Stützbögen befestigt sein. Die erste Vielzahl von Fingerstellgliedern 26A und die zweite Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B bilden eine allgemein halbkreisförmige Gestalt, um die zweite (palmare) Seite 44 des Unterarms 24 auszubilden.
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Jedes der individuell untergebrachten Fingerstellglieder 26 weist ein Gehäuse mit einer allgemein trapezförmigen Querschnittsgestalt auf, um das Verpacken der Fingerstellglieder 26 in die allgemein halbkreisförmige und bogenförmige Anordnung der zweiten Vielzahl von Fingerstellgliedern 26B zu unterstützen. Zudem umfasst jedes der Fingerstellglieder 26 einen Motor 54, der an einem Ende befestigt ist, und eine (nicht gezeigte) Sehne, die an dem anderen Ende 53 angebracht ist. Die Stellglieder 26 verjüngen sich nach innen vom Motor 54 zum Sehnenende 53 des Fingerstellglieds 26. Im zusammengebauten Zustand schaffen die Fingerstellglieder 26 eine sich verjüngende Erscheinung, die einem menschlichen Vorderarm ähnelt.
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7 veranschaulicht die erste (dorsale) Seite 42 des Unterarms 24. Ein erstes Handgelenkstellglied 28A und ein zweites Handgelenkstellglied 28B sind an der ersten Seite 42 der Stütze 40 montiert. Das erste und zweite Handgelenkstellglied 28A und 28B sind zueinander in einer gespiegelten Beziehung an entgegengesetzten Seiten der Stützrippe 46 montiert.
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8 veranschaulicht eine perspektivische schematische Ansicht eines Handgelenkstellglieds 28. Die Handgelenkstellglieder 28 weisen jeweils eine Gleitstückstütze 55 auf, die an der ersten (dorsalen) Seite 42 der Stütze 40 (in 7 gezeigt) befestigt ist. Ein Motor 54 dreht eine Kugelmutter 57. Die Kugelmutter weist einen Gewindeeingriff mit einer Kugelumlaufspindel 56 auf, die mit einem Handgelenkstellgliedgleitstück 58 verbunden ist. Die Kugelmutter 57 wird durch den Motor 54 gedreht, wohingegen die Kugelumlaufspindel 56 durch ihre Verbindung mit dem Handgelenkstellgliedgleitstück 58 am Drehen gehindert wird. Die Kugelumlaufspindel 56 definiert eine Handgelenkstellgliedachse W. Wenn der Motor 54 die Kugelmutter 57 dreht, wird die Kugelumlaufspindel 56 entlang der Handgelenkstellgliedachse W verschoben. Die axiale Bewegung der Kugelumlaufspindel 56 bewegt das Handgelenkstellgliedgleitstück 58. Ein Handgelenkglied 60 (in 3 gezeigt) ist an dem Gleitstück 58 an einer Gliedbefestigung 62 angebracht. Das Handgelenkglied 60 erstreckt sich vom Stellgliedgleitstück 58 weg und ist an der Handgelenkanordnung (Pfeil C) angebracht. Wenn das Handgelenkstellgliedgleitstück 58 relativ zur Stütze 40 verschoben wird, wird das Handgelenkglied 60 ebenfalls verschoben, um eine Bewegung der Handgelenkanordnung (Pfeil C) zu betätigen.
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Wieder auf 3-3B und 4A Bezug nehmend ist eine Vielzahl von Elektronikeinrichtungen 30 an der Stütze 40 befestigt. Bei der gezeigten Ausführungsform umfassen die Elektronikeinrichtungen 30 eine Ringplatine 64, einen Unterarmcontroller 66, eine Vielzahl von Motortreibern 68 und eine Vielzahl von DC-Leistungsreglern 70.
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Die Ringplatine 64 ist an der Stütze 40 montiert und konzentrisch um den Kraftaufnehmer 32 herum angeordnet. Die Ringplatine 64 und der Kraftaufnehmer 32 weisen eine allgemein ebene Anordnung auf, die eine notwendige Verdrahtung ermöglicht, während sie für eine kompakte Verpackung des Unterarms 22 am Oberarm 24 sorgt. Die Ringplatine 64 stellt die Verbindungsschaltung zwischen den Fingerstellgliedern 26, den Handgelenkstellgliedern 28, den Motortreibern 68, dem Unterarmcontroller 66 und den DC-Leistungsreglern 70 bereit. Zudem stellt die Ringplatine 64 die elektrische Schnittstelle zum verbleibenden Abschnitt des Roboters 10 insofern bereit, als sie Motorleistung, Prozessorleistung und Datenkommunikation vom Roboter 10 aufnimmt.
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Der Unterarmcontroller 66 verteilt die Motorbefehle an die Motortreiber 68. Die Motorbefehle stammen von anderen Controllern, die mit dem Roboter 10 verbunden sind und sich stromaufwärts zum Unterarm 24 befinden.
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Die Motortreiber 68 führen jeweils eine Kommutierung für die Motoren 54 in den Fingerstellgliedern 26 und den Handgelenkstellgliedern 28 aus. Die Motortreiber 68 kommunizieren jeweils mit mindestens drei der Motoren 54 für die Fingerstellglieder 26 und die Handgelenkstellglieder 28. Es gibt insgesamt sechs Motortreiber 68 zum Steuern aller Fingerstellglieder 26 und der Handgelenkstellglieder 28 im Unterarm 22. Alle notwendigen Motortreiber 68 sind am Unterarm 24 verpackt. Die Motortreiber 68 weisen jeweils eine allgemein trapezförmige Gestalt auf, um ein Verjüngen des Unterarms 24 zu ermöglichen. Die Motortreiber 68 sind zu der Ringplatine 64 in einer allgemein rechtwinkligen Beziehung angeordnet. Die Motortreiber 68 enthalten daher jeweils einen flexiblen Leiterplattenabschnitt 76, um die Anordnung unterzubringen. Der flexible Leiterplattenabschnitt 76 ermöglicht, dass sich die Motortreiber 68 nach innen verjüngen, wenn sie sich dem Handgelenk nähern, wodurch sie der allgemein verjüngten Gesamtgestalt des Unterarms 24 folgen.
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Um das Einbauen und Ausbauen der Motortreiber 68 zu erleichtern, umfasst jeder Motortreiber 68 Einführungsdurchlässe 74. Die Einführungsdurchlässe 74 sind zur Verwendung mit geläufigen Halteringzangen entworfen. Die Halteringzangen passen in die Einführungsdurchlässe 74, um entweder ein Einbauen oder ein Ausbauen der Motortreiber 68 zu erleichtern, wobei eine Beschädigung der flexiblen Abschnitte 72 verhindert wird.
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Die DC-Leistungsregler 70 sind an entgegengesetzten Seiten der Stützrippe 46 montiert und stellen eine spannungsgesteuerte Leistung an den Unterarmcontroller 66 und an andere Einrichtungen bereit, die in der Hand 18 angeordnet sind. Die DC-Leistungsregler 70 sind zwischen der Stützrippe 46 und den Handgelenkstellgliedern 48 angeordnet. Durch die direkte Montage der Leistungsregler 70 an die Stützrippe 46 kann die Stütze 40 als Kühlkörper wirken, um die von den Spannungsreglern 70 erzeugte Wärme zu dissipieren.
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Ein Unterarmgehäuse 72 (in 1 gezeigt) ist an der Außenseite des Unterarms 22 um die Fingerstellglieder 26, die Handgelenkstellglieder 28 und die Elektronikeinrichtungen 30 herum montiert. Das Unterarmgehäuse 72 weist eine allgemein kreisförmige Gestalt auf, die sich von der Ellenbogengelenkanordnung (Pfeil B) zu der Handgelenkanordnung (Pfeil C) hin verjüngt. Daher weist der Unterarm 24 ein ähnliches Erscheinungsbild wie ein menschlicher Vorderarm auf.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Erfindung betrifft, verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen zum Umsetzen der Erfindung in die Praxis im Umfang der beigefügten Ansprüche erkennen.
