DE102011081727A1 - Fluidic soft drive element for e.g. movement-therapeutic apparatus, has two circulating grooves that are formed in freely movable lids, for receiving circulating opening edges to close/lock apertures in hollow structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein fluidisches Soft-Antriebselement zum Erzeugen einer Bewegung. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung einen Bewegungsapparat sowie ein Verfahren zur Herstellung eines fluidischen Soft-Antriebselementes.The present invention relates to a fluidic soft drive element for generating a movement. Furthermore, the present invention relates to a movement apparatus and a method for producing a fluidic soft drive element.
Unter fluidischen Soft-Antriebselementen werden im Allgemeinen hydraulisch oder pneumatisch betriebene Vorrichtungen mit flexiblen Arbeitskammern verstanden. Eine solche flexible Arbeitskammer ist im Allgemeinen aus einem ausdehnbaren Hohlkörper wie beispielsweise einem Faltenbalg aufgebaut. Ein solches Antriebselement dient, je nach Ausgestaltung, der Erzeugung sowohl linearer Bewegungen als auch Dreh- bzw. Schwenkbewegungen und findet Anwendung in der Automatisierungstechnik, in der Robotik sowie in der Medizintechnik.Fluidic soft drive elements are generally understood to mean hydraulically or pneumatically operated devices with flexible working chambers. Such a flexible working chamber is generally constructed of an expandable hollow body such as a bellows. Such a drive element is used, depending on the configuration, the generation of both linear movements and rotary or pivotal movements and finds application in automation technology, in robotics and in medical technology.
Bei einem derartigen Soft-Antriebselement werden zwei beweglich zueinander angeordnete Deckel durch einen die flexible Arbeitskammer aufweisenden bzw. bildenden Hohlkörper verbunden, wobei weitere Verbindungen wie beispielsweise ein Gestänge vorgesehen sein können. Dabei wird die flexible Arbeitskammer allgemein aus einem speziell geformten Faltenbalg gebildet. Der Faltenbalg ist ein Spezialbauteil, das für das jeweilige Antriebselement konkret konzipiert wird, zumindest an die jeweiligen Antriebselemente angepasst wird und weist daher hohe Herstellungskosten auf. Zudem können bei solchen speziellen Faltenbälgen technologische Materialprobleme auftreten. Solche bereits bei der Herstellung entstehenden Materialprobleme führen zu einer niedrigen Lebensdauer der Faltenbälge und damit des fluidischen Soft-Antriebselementes.In such a soft-drive element, two covers arranged movably relative to one another are connected by a hollow body having or forming the flexible working chamber, it being possible to provide further connections, such as, for example, a linkage. The flexible working chamber is generally formed from a specially shaped bellows. The bellows is a special component that is specifically designed for the respective drive element, at least adapted to the respective drive elements and therefore has high production costs. In addition, technological material problems can occur with such special bellows. Such material problems arising during the production lead to a low life of the bellows and thus of the fluidic soft drive element.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu beheben oder zu verringern, insbesondere soll ein leicht und kostengünstig herzustellendes Soft-Antriebselement bereitgestellt werden, das zudem möglichst langlebig und zuverlässig ist. Zumindest soll eine alternative Lösung vorgeschlagen werden.The invention is thus based on the object to remedy or reduce at least one of the above-mentioned problems, in particular, a light and inexpensive to produce soft drive element is to be provided, which is also as durable and reliable. At least an alternative solution should be proposed.
Erfindungsgemäß wird somit ein fluidisches Soft-Antriebselement zum Erzeugen einer Bewegung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein solches fluidisches Soft-Antriebselement umfasst einen ersten und einen zweiten Deckel, die beweglich zueinander, insbesondere frei beweglich zueinander, angeordnet sind. Weiterhin ist wenigstens ein schlauchförmiger, den ersten und den zweiten Deckel verbindender Hohlkörper, zum Erzeugen einer Bewegung des ersten und des zweiten Deckels zueinander vorgesehen. Der Hohlkörper ist zum Einnehmen eines ersten Zustandes mit einem Fluid befüllbar und zum Einnehmen eines zweiten Zustandes durch Ablassen des Fluids vorbereitet. Dabei ist der Hohlkörper im ersten Zustand gegenüber dem zweiten Zustand expandiert. Dabei weist der erste und/oder zweite Deckel eine erste bzw. zweite umlaufende Nut zum Aufnehmen eines ersten bzw. zweiten Öffnungsrandes jeweils einer Öffnung des Hohlkörpers auf.According to the invention, a fluidic soft drive element for generating a movement according to
Ein solcher Öffnungsrand, der auch als Öffnungsberandung bezeichnet werden kann, ergibt sich insbesondere durch Abschneiden eines Schlauchs quer oder schräg zur Schlauchlängsachse, die insbesondere auch der Längsachse des Hohlkörpers entspricht.Such an opening edge, which can also be referred to as an opening boundary, results in particular by cutting a hose transversely or obliquely to the tube longitudinal axis, which in particular also corresponds to the longitudinal axis of the hollow body.
Unter einem Deckel wird hier ein Bauteil oder ein Verschluss verstanden, welcher, bezogen auf das fluidische Soft-Antriebselement als solches, lediglich durch den Hohlkörper mit einem anderen Deckel insbesondere frei, also ohne mechanische Achsen, verbunden ist. Dabei weist der erste und/oder der zweite Deckel jeweils eine umlaufende Nut zum Aufnehmen des ersten bzw. zweiten Öffnungsrandes des Hohlkörpers, also einen Aufnahmebereich, auf. Hierdurch wird erreicht, dass die jeweilige Öffnung des Hohlkörpers mit ihrem Öffnungsrand passend in die umlaufende Nut so eingebracht wird, dass eine hermetische Verbindung zwischen dem ersten bzw. zweiten Deckel und dem Hohlkörper entsteht. Unter einer hermetischen Verbindung wird hier eine Verbindung verstanden, durch die am Aufnahmebereich, also zwischen Öffnungsrand und Deckel, weder das Fluid austreten, noch etwas aus der Umgebung in das Antriebselement eindringen kann. Insbesondere ist die umlaufende Nut somit dazu vorbereitet, die Öffnungsberandung des Hohlkörpers aufzunehmen. Die umlaufende Nut nimmt diese im zusammengebauten Zustand auf.A lid is here understood to mean a component or a closure which, in relation to the fluidic soft drive element as such, is connected in particular freely, ie without mechanical axes, only by the hollow body with another lid. In this case, the first and / or the second cover each have a circumferential groove for receiving the first or second opening edge of the hollow body, ie a receiving area on. This ensures that the respective opening of the hollow body is inserted with its opening edge fitting in the circumferential groove so that a hermetic connection between the first and second cover and the hollow body is formed. A hermetic connection is understood here as meaning a connection through which neither the fluid can escape from the receiving region, that is, between the edge of the opening and the cover, nor can something from the environment penetrate into the drive element. In particular, the circumferential groove is thus prepared to receive the opening boundary of the hollow body. The circumferential groove takes these in the assembled state.
Unter einem schlauchförmigen Hohlkörper wird ein schlauchförmiger Gegenstand, insbesondere ein Schlauch oder Schlauchabschnitt verstanden, mit einem einen Hohlraum umgebenden bzw. ausbildenden flexiblen Mantel. Dieser Mantel kann auch als Außenhaut bezeichnet werden. Wird dieser Hohlraum mit einem Fluid befüllt, insbesondere unter Druck, streckt sich der schlauchförmige Gegenstand und führt dadurch zu der Bewegung der beiden Deckel von einander weg, z. B. ähnlich einer öffnenden Bewegung eines Krokodilmauls. Wird das Fluid abgelassen, kann der schlauchförmige Gegenstand, z. B. bedingt durch eine Vorspannung oder, wenn das Fluid abgesaugt wird, auch durch Umgebungsdruck, zusammenfallen und die beiden Deckel bewegen sich ähnlich einer klappenden Bewegung aufeinander zu. Diese Bewegung kann daher auch als klappen bezeichnet werden, obwohl kein Scharnier vorgesehen sein muss und sich auch kein klappendes Geräusch ergeben muss. Dabei ist der Mantel flexibel, aber nicht elastisch und/oder nicht dehnbar in dem Sinne, dass er sich nicht ohne Druck elastisch zusammenzieht, sondern insbesondere vielmehr in Richtung Schlauchmitte einknickt oder zusammenfällt und somit Falten schlägt, bzw. bei Befüllung mit einem Fluid unter Druck eine endgültige Form annimmt, die sich bei weiterer Druckerhöhung nicht mehr wesentlich ändert. Somit zieht sich der Hohlkörper zusammen, nicht aber das Material.A tubular hollow body is understood to mean a tubular article, in particular a hose or hose section, with a flexible jacket surrounding or forming a cavity. This coat can also be called the outer skin. If this cavity is filled with a fluid, in particular under pressure, the tubular article stretches and thereby leads to the movement of the two lids away from each other, for. B. similar to an opening movement of a crocodile mouth. If the fluid is drained, the tubular article, z. B. due to a bias or when the fluid is sucked, also by ambient pressure, coincide and the two lids move toward each other similar to a folding movement. This movement can therefore also be referred to as flaps, although no hinge must be provided and no folding sound must result. In this case, the jacket is flexible, but not elastic and / or not stretchable in the sense that he is not elastic without pressure but rather in particular rather kinks or collapses in the direction of the tube center and thus wrinkles, or assumes a final shape when filled with a fluid under pressure, which no longer changes significantly with further pressure increase. Thus, the hollow body contracts, but not the material.
Eine Verkleinerung des Hohlraums ergibt sich dann nicht durch ein elastisches Zusammenziehen, sondern vielmehr durch Formänderung des Mantels, wenn er Falten schlägt. Beim Expandieren verliert der Hohlkörper diese Falten wieder, zumindest teilweise. Die so erzeugte Bewegung des Antriebselementes wird über die Verbindung mit den beiden Deckeln auf diese übertragen und führt zu einer Bewegung dieser Deckel untereinander.A reduction of the cavity then results not by an elastic contraction, but rather by a change in shape of the jacket when it beats wrinkles. When expanding the hollow body loses these wrinkles again, at least partially. The thus generated movement of the drive element is transmitted via the connection with the two covers on this and leads to a movement of these covers with each other.
Die Bewegung wird durch das Befüllen des Hohlraumes, nämlich der Arbeitskammer, mit Fluid und Ablassen des Fluides aus der Arbeitskammer gesteuert. Hierbei kann das Fluid, z. B. Luft, unter Druck eingefüllt werden, so dass der Druck des Fluides die Streckung des schlauchförmigen Gegenstandes mit entsprechender Kraft hervorruft. Zum Ablassen des Fluides, insbesondere der beispielhaft genannten Luft, kann das Öffnen eines entsprechenden Ventils reichen. Grundsätzlich kann das fluidische Soft-Antriebselement aber auch oder zusätzlich vorgespannt sein, so dass die Kraft beim Strecken durch die Vorspannung erzeugt oder verstärkt wird. Zum Ablassen des Fluides kann dann ein Absaugen nötig werden, was hier nur der Vollständigkeit halber erwähnt wird.The movement is controlled by filling the cavity, namely the working chamber, with fluid and draining the fluid from the working chamber. In this case, the fluid, for. As air, are filled under pressure, so that the pressure of the fluid causes the stretching of the tubular article with appropriate force. For discharging the fluid, in particular the exemplified air, the opening of a corresponding valve may be sufficient. In principle, however, the fluidic soft drive element can also be biased or additionally, so that the force is generated or amplified during stretching by the bias voltage. To drain the fluid then suction may be necessary, which is mentioned here only for the sake of completeness.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper im zweiten Zustand zusammengefallenen, zusammengezogenen oder zusammengefaltet und damit in seiner Längsrichtung verkürzt.Preferably, the hollow body is collapsed in the second state, contracted or folded and thus shortened in its longitudinal direction.
Wird nachfolgend einer der Begriffe zusammengezogen, zusammengefallen oder zusammengefaltet verwendet, sind darunter auch die jeweils anderen beiden Begriffe zu subsumieren, soweit nichts anderes angegeben oder offensichtlich ist. Diese Begriffe können auch unter den Begriff kontrahiert subsumiert werden. Durch Ablassen des Fluides kontrahiert der Hohlkörper im weiteren Sinne, weil er sich zusammenzieht, wobei die eigentliche Kraft von außen wirkt, wie bspw. durch Umgebungsdruck und/oder eine auf die Deckel wirkende Vorspannung. Dabei wird unter kontrahieren eine Kontraktion des Körpers, nicht aber eine Kontraktion des Materials verstanden. Somit nimmt der Hohlkörper im zweiten Zustand einen kontrahierten Zustand ein, ohne dass das Material des Hohlkörpers sich zusammenzieht. Das Material des Hohlkörpers, insbesondere nämlich seine Außenhaut, schlägt stattdessen Falten, oder zumindest eine Falte.If subsequently one of the terms is contracted, collapsed or used in a collapsed manner, the other two terms are to be subsumed thereunder, unless stated otherwise or obvious. These terms can also be subsumed under the term contracted. By draining the fluid, the hollow body contracts in the broader sense, because it contracts, the actual force acts from the outside, such as by ambient pressure and / or acting on the lid bias. In this case contracting means a contraction of the body, but not a contraction of the material. Thus, in the second state, the hollow body assumes a contracted state without the material of the hollow body contracting. The material of the hollow body, in particular its outer skin, instead strikes wrinkles, or at least one fold.
In dem zweiten Zustand, also der Zustand, in dem der Hohlkörper zusammengezogen, zusammengefallen oder zusammengefaltet ist, sind gemäß einer Ausführungsform Stirnflächen des ersten und des zweiten Deckels im Wesentlichen planparallel zueinander angeordnet, in einem geringen Abstand, der genug Raum für den zusammengefallenen schlauchförmigen Gegenstand lässt. Der dazwischen angeordnete Hohlkörper hat nämlich wenigstens eine nicht vorgeformte Falte geschlagen und ist ineinander zusammengesunken. Das Fluid ist weitestgehend aus dem Hohlkörper abgelassen. Durch das Einbringen eines Fluids unter Druck dehnt sich der Hohlkörper aus, wodurch der Hohlkörper in den ersten Zustand übergeht. Unter einem Druck bei der Fluidzufuhr entstehen Kräfte, welche zur Größe einer Querschnittsfläche des Hohlkörpers, insbesondere Schlauchs, proportional wirken können und zu einer Bewegung der Deckel voneinander weg, also zu einem Auseinanderklappen der Deckel führen.In the second state, ie the state in which the hollow body is contracted, collapsed or folded together, according to one embodiment, end faces of the first and second lids are arranged substantially plane-parallel to each other, at a small distance, enough space for the collapsed tubular article leaves. The interposed hollow body has namely beaten at least one non-preformed fold and is slumped together. The fluid is largely drained from the hollow body. By introducing a fluid under pressure, the hollow body expands, whereby the hollow body passes into the first state. Under a pressure in the fluid supply forces arise, which can act proportionally to the size of a cross-sectional area of the hollow body, in particular hose, and lead to a movement of the lid away from each other, thus leading to a unfolding of the lid.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das fluidisches Soft-Antriebselement dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchabschnitt eine Schlauchlängsachse aufweist, die Schlauchlängsachse durch die erste und zweite Öffnung hindurch verläuft und die erste und/oder zweite Öffnung, bezogen auf den ersten Zustand des Hohlkörpers, im Wesentlichen schräg zueinander angeordnet sind, insbesondere so, dass der Hohlkörper die Form eines schräg abgeschnittenen Zylinders aufweist, bzw. die Form eines Zylinderschnittes aufweist und/oder in die erste bzw. zweite umlaufende Nut eingesetzt und über Vulkanisieren, Verschweißen und/oder Verkleben in der ersten bzw. zweiten Nut mit dem ersten bzw. zweiten Deckel verbunden sind.In a preferred embodiment, the fluidic soft drive element is characterized in that the hose section has a hose longitudinal axis, the hose longitudinal axis through the first and second opening passes and the first and / or second opening, based on the first state of the hollow body, substantially obliquely are arranged to each other, in particular so that the hollow body has the shape of an obliquely cut cylinder, or has the shape of a cylinder section and / or inserted into the first or second circumferential groove and vulcanization, welding and / or gluing in the first or second groove are connected to the first and second lid, respectively.
Somit verläuft die Schlauchlängsachse durch die erste und zweite Öffnung hindurch. Die Öffnungen sind somit stirnseitig angeordnet. Vorzugsweise sind der erste und/oder zweite Öffnungsrand in die erste bzw. zweite umlaufende Nut eingesetzt und über Vulkanisieren, Verschweißen und/oder Verkleben in der ersten bzw. zweiten Nut mit dem ersten bzw. zweiten Deckel verbunden. Damit sind die Deckel und der Hohlkörper hermetisch miteinander verbunden, also so dicht verschlossen, dass über den entstandenen Verbindungsbereich zwischen dem jeweiligen Deckel und Hohlkörper das Fluid nicht austreten kann bzw. nichts in den Hohlkörper eindringen kann. Dabei ist der Verbindungsbereich vorzugsweise so druckfest ausgebildet, dass er eine Druckbelastung bei Beaufschlagung der Arbeitskammer mit Fluid unter Druck, z. B. von mehr als 1 bar, mehr als 3 bar und/oder mehr als 5 bar regelmäßig aushält.Thus, the tube longitudinal axis passes through the first and second openings. The openings are thus arranged on the front side. Preferably, the first and / or second opening edge are inserted into the first and second circumferential groove and connected to the first and second cover by vulcanization, welding and / or gluing in the first and second groove. Thus, the lid and the hollow body are hermetically connected to each other, so tightly closed, that over the resulting connection region between the respective lid and hollow body, the fluid can not escape or can not penetrate into the hollow body. In this case, the connection region is preferably formed so pressure-resistant that he a pressure load when exposed to the working chamber with fluid under pressure, z. B. more than 1 bar, more than 3 bar and / or more than 5 bar regularly endures.
Unter im Wesentlichen schräg zueinander angeordnet wird hier verstanden, dass die Öffnungen im ersten, expandierten Zustand des Hohlkörpers und/oder die Stirnflächen der Deckel, die die Öffnungen verschließen, im auseinander geklappten Zustand der Deckel in einem Winkel von mehr als 0° und weniger als 180°, insbesondere in einem Winkel von etwa 30° bis 80°, insbesondere 40° bis 50° zueinander angeordnet sind. Hierdurch können die Deckel eine Schwenkbewegung zueinander ausführen, ohne dass eine mechanische Schwenkachse vorgesehen sein muss.Arranged essentially obliquely with respect to one another is understood here to mean that the openings in the first, expanded state of the hollow body and / or the end faces of the cover, which the Close openings, in the unfolded state of the lid at an angle of more than 0 ° and less than 180 °, in particular at an angle of about 30 ° to 80 °, in particular 40 ° to 50 ° to each other. In this way, the lid can perform a pivoting movement to each other without a mechanical pivot axis must be provided.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper als dünnwandiger, und/oder druckfester Schlauch ausgestaltet oder daraus gefertigt und/oder weist eine erste und eine zweite durch den ersten bzw. zweiten Deckel verschlossene Öffnung auf. Insbesondere wird ein Gewebeschlauch vorgeschlagen, der den Hohlkörper bildet bzw. aus dem der Hohlkörper ganz oder teilweise gefertigt ist. Als ein solcher Schlauch kann beispielsweise ein Feuerwehrschlauch Anwendung finden. Ein Feuerwehrschlauch ist im Allgemeinen ein druckfester Gewebeschlauch. Er lässt sich, wenn er nicht unter Druck steht, leicht zusammenfalten oder -legen, und ist nicht elastisch in dem oben genannten Sinne. Wird er mit Druck beaufschlagt indem ein Fluid zugeführt wird, expandiert der Innenraum des Schlauchs und der Schlauch nimmt meist eine längliche, runde Form an, die sich dann nicht mehr wesentlich ändert oder vergrößert, weil der Schlauch nicht elastisch in dem oben genannten Sinne ist. Insbesondere ist ein solcher Gewebeschlauch nicht dehnbar.Preferably, the hollow body is designed as a thin-walled, and / or pressure-resistant tube or made thereof and / or has a first and a second closed by the first and second lid opening. In particular, a fabric hose is proposed which forms the hollow body or from which the hollow body is wholly or partly made. As such a hose, for example, find a fire hose application. A fire hose is generally a pressure-resistant fabric hose. It is easy to fold or lay when not under pressure, and is not elastic in the above sense. If it is pressurized by supplying a fluid, the interior of the tube expands and the tube usually assumes an elongated, round shape, which then no longer substantially changes or increases because the tube is not elastic in the above-mentioned sense. In particular, such a fabric tube is not stretchable.
Ein solcher Schlauch weist vorzugsweise eine Beschichtung auf der Innenseite auf. Die Beschichtung ist vorbereitet zum hermetischen Abdichten des Schlauches, so dass das Fluid nicht aus dem Schlauch durch seine Wandung entweicht. Dabei ist die Beschichtung beispielsweise aus Polyurethan-Folie oder Gummi gefertigt bzw. ausgebildet.Such a tube preferably has a coating on the inside. The coating is prepared to hermetically seal the tubing so that the fluid does not escape from the tubing through its wall. The coating is made or formed, for example, polyurethane film or rubber.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlkörper von einem Schlauch oder Schlauchabschnitt so abgeschnitten, dass sich eine Öffnung mit einem Öffnungsrand ergibt. Dabei ist der Öffnungsrand so ausgebildet, dass er an die umlaufende Nut angepasst ist.In a preferred embodiment, the hollow body is cut off from a hose or hose section such that an opening results with an opening edge. In this case, the opening edge is formed so that it is adapted to the circumferential groove.
Ein solcher Schlauch weist vorzugsweise an seinen beiden Enden jeweils eine Öffnung mit Öffnungsrand auf. Diese Öffnungen mit Öffnungsrand, die insbesondere durch Abschneiden des Schlauchs gebildet sein können und einem Querschnitt einer Arbeitskammer entsprechen können, werden mit jeweils einem Deckel so verschlossen, dass die Arbeitskammer entsteht. Dabei wird der jeweilige Öffnungsrand passend in die umlaufende Nut des jeweiligen Deckels eingesetzt und verbunden. Die Arbeitskammer kann dann durch diesen Deckel hindurch mit einem Fluid befüllt werden, ohne dass an den Öffnungsrändern des Schlauches Fluid austritt.Such a tube preferably has at its two ends in each case an opening with an opening edge. These openings with an opening edge, which can be formed in particular by cutting off the tube and can correspond to a cross section of a working chamber, are each closed with a lid in such a way that the working chamber is created. In this case, the respective opening edge is inserted and connected in the circumferential groove of the respective cover. The working chamber can then be filled through this cover with a fluid, without leaving the opening edges of the hose fluid.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Fluidisches Soft-Antriebselement dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauchabschnitt in einer Richtung parallel zur Schlauchlängsachse und bezogen auf den ersten Zustand eine kurze und eine lange Seite aufweist und die lange Seite wenigstens doppelt so lang, vorzugsweise wenigstens viermal so lang, insbesondere wenigstens sechsmal so lang wie die kurze Seite ist. Hierdurch kann eine Schrägstellung der beiden Deckel zueinander erreicht werden. Die kurze und lange Seite, deren Übergang in Umfangsrichtung fließend ist, ergeben sich insbesondere durch einen schrägen Zylinderschnitt des schlauchförmigen Hohlkörpers.According to one embodiment, the fluidic soft drive element is characterized in that the tube section has a short and a long side in a direction parallel to the tube longitudinal axis and the first state and the long side at least twice as long, preferably at least four times as long, in particular at least six times as long as the short side. In this way, an inclination of the two covers can be achieved to each other. The short and long side, the transition is flowing in the circumferential direction, resulting in particular by an oblique cylindrical section of the tubular hollow body.
Vorzugsweise ist der Hohlkörper im ersten Zustand, und damit in dem expandierten Zustand des Hohlkörpers, im Wesentlichen faltenfrei. Beim Ablassen oder Absaugen des Fluids und somit beim Übergang von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand wird der Hohlkörper dadurch zusammengezogen, dass die lange Seite verkürzt bzw. gefaltet wird. Vorzugsweise bleibt dabei die kurze Seite bezogen auf ihre Länge im Wesentlichen unverändert. Die lange Seite schlägt wenigstens eine nicht vorgeformte Falte.Preferably, the hollow body in the first state, and thus in the expanded state of the hollow body, substantially wrinkle-free. During draining or suction of the fluid and thus the transition from the first state to the second state, the hollow body is contracted by the fact that the long side is shortened or folded. Preferably, the short side remains essentially unchanged with respect to its length. The long side beats at least one non-preformed fold.
Vorzugsweise entspricht die Länge des Hohlkörpers im Bereich seiner Längsachse 50% bis 200%, insbesondere 80% bis 120%, des Umfangs des Hohlkörpers. Dadurch entsteht eine kompakte Bauweise und eine starke Begrenzung der Bewegungsfreiheit der beiden Deckel zu einander.Preferably, the length of the hollow body in the region of its longitudinal axis corresponds to 50% to 200%, in particular 80% to 120%, of the circumference of the hollow body. This creates a compact design and a strong limitation of the freedom of movement of the two covers to each other.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlkörper ganz oder teilweise aus Polyestergarn und/oder Polyethylen gefertigt. Dies hat den Vorteil, dass der Schlauch im Allgemeinen eine flexible Form aufweist, wodurch er, wenn er nicht unter Druck steht, zusammengefaltet werden kann und unter Druck expandiert. Durch die Alterungsbeständigkeit solcher Materialien ist der Schlauch zudem langlebig. Wird ein handelsüblicher Schlauch verwendet, kann auf Erfahrungswerte insbesondere hinsichtlich Haltbarkeit des Schlauchs bzw. Schlauchmaterials zurückgegriffen werden. Es wird die Möglichkeit geschaffen, ein gängiges Standardprodukt zu verwenden.In a preferred embodiment, the hollow body is wholly or partly made of polyester yarn and / or polyethylene. This has the advantage that the tube generally has a flexible shape, whereby it can be folded when not under pressure and expanded under pressure. Due to the aging resistance of such materials, the hose is also durable. If a commercially available hose is used, empirical values, in particular with regard to the durability of the hose or hose material, can be used. The possibility is created to use a common standard product.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eines der beiden Deckel einen Fluidkanal zum Zu- bzw. Ableiten des Fluids auf. Bei der Verwendung von einem einzigen, an einem der beiden Deckel angeordneten Fluidkanals wird über diesen Kanal das Fluid zum Erreichen eines ersten Zustandes des Hohlkörpers zugeleitet und zum Erreichen eines zweiten Zustandes des Hohlkörpers das Fluid abgeleitet. Alternativ oder ergänzend ist an jedem der beiden Deckel jeweils ein Kanal angeordnet, oder es sind zwei Kanäle in wenigstens einem Deckel vorgesehen. Dabei ist einer der beiden Kanäle zum Zuführen des Fluids und der andere Kanal zum Ableiten des Fluids vorbereitet.In a preferred embodiment, at least one of the two covers has a fluid channel for supplying or discharging the fluid. When using a single, arranged on one of the two lid fluid channel, the fluid is supplied to achieve a first state of the hollow body and discharged to achieve a second state of the hollow body, the fluid via this channel. Alternatively or additionally, in each case one channel is arranged on each of the two covers, or two channels are provided in at least one cover. One of the two channels is for Feeding the fluid and the other channel prepared for discharging the fluid.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens einer der beiden Deckel Befestigungselemente zur Montage in einem Bewegungsapparat zur Kraftübertragung auf Bestandteile des Bewegungsapparates auf. Unter einem Bewegungsapparat wird hier beispielsweise ein Roboter, insbesondere aus dem Bereich der Service- und Assistenzrobotik, oder eine bewegungstherapeutische Vorrichtung wie z. B. eine motorische Orthese verstanden. Die Kraftübertragung erfolgt beispielsweise durch eine Verschraubung oder Vernietung. Dabei wird die Kraft so übertragen, dass die Bestandteile des Bewegungsapparates eine Bewegung durchführen. Hierdurch wird das fluidische Soft-Antriebselement bzw. mehrere davon in einem solchen Bewegungsapparat einsetzbar.In a particularly preferred embodiment, at least one of the two cover fastening elements for mounting in a musculoskeletal system for transmitting power to components of the musculoskeletal system. Under a musculoskeletal system is here, for example, a robot, especially in the field of service and assistance robotics, or a movement-therapeutic device such. B. understood a motor orthosis. The power transmission takes place for example by a screw or riveting. The force is transmitted so that the components of the musculoskeletal system perform a movement. As a result, the fluidic soft drive element or several thereof can be used in such a musculoskeletal system.
Vorzugsweise ist das fluidische Soft-Antriebselement zum Ausführen einer linearen Bewegung, einer Drehbewegung und/oder Schwenkbewegung vorbereitet. So wird beispielsweise bei einer Knieorthese die Bewegung der Streckung und der Beugung des Beines unterstützt. Dabei expandiert der Hohlkörper durch das Zuführen eines Fluids und erzeugt eine Kraft, welche auf die Deckel übertragen wird. Bei einem bezogen auf die Längsachse des Hohlkörpers abgeschrägten Öffnungsrand des Schlauchs werden die Deckel bogenförmig voneinander wegbewegt. Dadurch entsteht, bei entsprechender Anpassung der Deckel, die durch den Hohlkörper verbunden werden, eine Dreh- bzw. Schwenkbewegung.Preferably, the fluidic soft drive element is prepared for performing a linear movement, a rotational movement and / or a pivoting movement. For example, in a knee brace, the movement of the extension and the flexion of the leg is supported. In this case, the hollow body expands by supplying a fluid and generates a force which is transmitted to the lid. In a beveled with respect to the longitudinal axis of the hollow body opening edge of the tube, the lid are arcuately moved away from each other. This results in a corresponding adjustment of the lid, which are connected by the hollow body, a rotary or pivoting movement.
Weiterhin wird erfindungsgemäß ein fluidischer Soft-Antrieb mit wenigstens zwei erfindungsgemäßen fluidischen Soft-Antriebselementen vorgeschlagen. Dabei ist der fluidische Soft-Antrieb zum Bilden eines multiaxialen Antriebs vorbereitet. Unter einem multiaxialen Antrieb wird hier ein aus wenigstens zwei Hohlkörpern bestehender fluidischer Soft-Antrieb verstanden. Dabei sind wenigstens drei Deckel beweglich über wenigstens zwei Hohlkörper miteinander verbunden. Diese drei Deckel können mit den beiden Hohlkörpern sandwichartig miteinander verbunden sein, mit einem der Deckel als gemeinsamer Deckel zwischen den beiden Hohlkörpern. Durch die Art der Verbindung, z. B. über Gelenke oder Scharniere, kann die Art der ausführbaren Bewegung vorgegeben sein. Zwischen zwei Deckeln ist jeweils wenigstens ein Hohlkörper vorhanden, der die so vorgegebene Bewegung erzeugt.Furthermore, the invention proposes a fluidic soft drive with at least two fluidic soft drive elements according to the invention. In this case, the fluidic soft drive is prepared for forming a multi-axial drive. A multiaxial drive is understood here to mean a fluidic soft drive consisting of at least two hollow bodies. At least three lids are movably connected to one another via at least two hollow bodies. These three lids can be sandwiched together with the two hollow bodies, with one of the lids as a common lid between the two hollow bodies. Due to the nature of the connection, for. B. over joints or hinges, the type of executable movement may be specified. Between two covers at least one hollow body is present, which generates the predetermined movement.
Zudem wird erfindungsgemäß die Verwendung eines handelsüblichen und/oder serienmäßig gefertigten und/oder langen, insbesondere mehrere Meter langen, Schlauches zur Herstellung eines wie oben beschriebenen fluidischen Soft-Antriebes vorgeschlagen.In addition, the invention proposes the use of a commercially available and / or mass-produced and / or long, in particular several meters long, hose for the production of a fluidic soft drive as described above.
Dabei wird der Schlauch so zugeschnitten, dass ein schlauchförmiger Hohlkörper entsteht, der an die erste und/oder zweite umlaufende Nut des ersten bzw. zweiten Deckels angepasst ist. Insbesondere wird der Schlauch so abgeschnitten, dass sich zwei schräg zu einander angeordnete Öffnungen ergeben und/oder dass sich ein Zylinderschnitt ergibt.In this case, the tube is cut so that a tubular hollow body is formed, which is adapted to the first and / or second circumferential groove of the first and second lid. In particular, the tube is cut so that there are two obliquely arranged to each other openings and / or that results in a cylindrical section.
Unter einem handelsüblichen Schlauch wird hier beispielsweise ein Schlauch, wie ein Feuerwehrschlauch verstanden, der üblicherweise in großen Längen, insbesondere mehreren Metern Länge im Handel angeboten wird, insbesondere üblicher Weise im laufenden Meter verkauft wird. Hierdurch können serienmäßig gefertigte Schläuche verwendet werden, wodurch die Verwendung eines robusten, haltbaren, langlebigen und/oder kostengünstigen Soft-Antriebselementes ermöglicht wird. Es kann hierdurch auf die Verwendung eines Spezialteils verzichtet werden. Zur Herstellung eines fluidischen Soft-Antriebs kann ein solcher Schlauch unter Verwendung einer Vorlage, wie z. B. einer Schablone zurechtgeschnitten werden. Oder es kann ein Datensatz für eine automatische Schneideinrichtung wie z. B. einen Schneidroboter vorgesehen sein. Somit werden die Herstellungskosten gering gehalten. Zudem weist ein solcher Schlauch durch seine in anderen Anwendungen erprobte Alterungsbeständigkeit eine lange Lebensdauer auf. Unter einem handelsüblichen Schlauch ist insbesondere ein Schlauch zu verstehen, der bestimmungsgemäß zum Durchleiten von Fluiden, insbesondere zum Durchleiten von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser vorgesehen ist.A commercially available hose is understood here to be, for example, a hose, such as a fire hose, which is usually offered in large lengths, in particular several meters in length, and is usually sold in the current meter. As a result, hoses manufactured in series can be used, whereby the use of a robust, durable, durable and / or inexpensive soft-drive element is made possible. It can thereby be dispensed with the use of a special part. To produce a fluidic soft drive, such a tube using a template, such. B. a template can be cut to size. Or it can be a record for an automatic cutting device such. B. be provided a cutting robot. Thus, the manufacturing costs are kept low. In addition, such a hose has a long service life due to its age-tested resistance in other applications. A commercially available hose is to be understood in particular as meaning a hose which is intended to be provided for the passage of fluids, in particular for the passage of liquids, in particular water.
Vorzugsweise wird der Schlauch so zugeschnitten, dass er zum Verbinden der beiden Deckel vorbereitet ist. Dabei wird beispielsweise zur Herstellung eines Soft-Antriebselementes, das zum Ausüben einer Dreh- oder Schwenkbewegung vorbereitet ist, wenigstens ein Ende des Schlauchs in Bezug auf seine Längsachse, nämlich die Längsachse des Hohlkörpers abgeschrägt, um an die Position der entsprechenden Deckel des Soft-Antriebselementes angepasst zu sein. Insbesondere wird der Schlauch so zugeschnitten, dass er im ersten, expandierten und mit Fluid befüllten Zustand an einen Zwischenraum zwischen zwei Deckeln angepasst ist, der sich ergibt, wenn die Deckel den bestimmungsgemäß größten Abstand zueinander aufweisen. Durch die Länge des Schlauchs kann beispielsweise der maximale Winkel einer Drehbewegung festgelegt bzw. begrenzt werden.Preferably, the tube is cut so that it is prepared for connecting the two lids. In this case, for example, for producing a soft drive element which is prepared for applying a rotary or pivoting movement, at least one end of the tube with respect to its longitudinal axis, namely the longitudinal axis of the hollow body chamfered to the position of the corresponding cover of the soft drive element to be adapted. In particular, the tube is cut so that it is adapted in the first, expanded and filled with fluid state to a gap between two lids, which results when the lids have the intended maximum distance from each other. By the length of the hose, for example, the maximum angle of rotation can be set or limited.
Erfindungsgemäß wird zudem ein Bewegungsapparat, insbesondere ein bewegungstherapeutischer Apparat oder Roboter, mit wenigstens einem wie oben beschriebenen fluidischen Soft-Antriebselement und/oder einem zuvor beschriebenen fluidischen Soft-Antrieb vorgeschlagen.According to the invention, a musculoskeletal system, in particular a movement-therapeutic apparatus or robot, is additionally provided with at least one fluidic software as described above. Propulsion element and / or a previously described fluidic soft drive proposed.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines fluidischen Soft-Antriebselementes, insbesondere eines wie oben dargestellten Soft-Antriebselementes, vorgeschlagen. Ein solches Verfahren umfasst die Schritte:
- – Zuschneiden eines Schlauchs entsprechend einer Formvorlage zum Herstellen eines Hohlkörpers mit einer ersten und zweiten Öffnung mit einem ersten bzw. zweiten Öffnungsrand,
- – Verbinden eines ersten und eines zweiten Deckels mit dem Hohlkörper durch Einsetzen des ersten und/oder zweiten umlaufenden Öffnungsrandes des Hohlkörpers in eine erste bzw. zweite umlaufende Nut des ersten bzw. zweiten Deckels, so dass die Öffnungsränder des Hohlkörpers in der ersten bzw. zweiten umlaufenden Nut des ersten bzw. zweiten Deckels aufgenommen werden, so dass in dem Hohlkörper eine Arbeitskammer entsteht.
- Cutting a tube according to a template for producing a hollow body having a first and a second opening with a first or second opening edge,
- - Connecting a first and a second cover to the hollow body by inserting the first and / or second circumferential opening edge of the hollow body in a first and second circumferential groove of the first and second lid, so that the opening edges of the hollow body in the first and second circumferential groove of the first and second lid are received so that a working chamber is formed in the hollow body.
Eine solche Formvorlage wird beispielsweise aus einem Körper in Form eines Zylinders oder eines Quaders erzeugt. An wenigstens einem Ende des Zylinders oder Quaders wird Material so abgetragen, dass wenigstens eine, insbesondere zwei Stirnflächen entstehen. Diese sind vorzugsweise in Bezug auf die bzw. eine Längsachse des Zylinders oder Quaders abgeschrägt. Die Formvorlage entspricht vorzugsweise in Größe und Form der mit Fluid befüllten Arbeitskammer des herzustellenden Soft-Antriebselementes. Insbesondere hat die Formvorlage die Gestalt eines Zylinderschnittes.Such a template is produced for example from a body in the form of a cylinder or a cuboid. At at least one end of the cylinder or cuboid material is removed so that at least one, in particular two end surfaces arise. These are preferably bevelled with respect to the or a longitudinal axis of the cylinder or cuboid. The mold template preferably corresponds in size and shape to the fluid-filled working chamber of the soft-drive element to be produced. In particular, the template has the shape of a cylinder cut.
Vorzugsweise wird zum Zuschneiden des Schlauches die Formvorlage in den Schlauch eingeführt und der Schlauch entlang der wenigstens einen Stirnfläche oder der beiden Stirnflächen der Formvorlage abgeschnitten. Nach dem Zuschneiden des Schlauchs entsprechend der Formvorlage wird die Formvorlage aus dem Schlauch entfernt. Durch das Verbinden des ersten und zweiten Deckels mit den jeweiligen Öffnungsrändern des Schlauchs entsteht eine Arbeitskammer, welche durch Zu- bzw. Ableiten des Fluids eine Bewegung erzeugt.Preferably, for cutting the tube, the template is inserted into the tube and the tube is cut along the at least one end face or the two faces of the template. After cutting the tube according to the template, the template is removed from the tube. By connecting the first and second cover with the respective opening edges of the tube, a working chamber is created, which generates a movement by supplying or discharging the fluid.
Vorzugsweise werden die Öffnungsränder in den Nuten mit den jeweiligen Deckeln über Vulkanisieren, Verkleben und/oder Schweißen verbunden. Vorteilhaft hierbei ist, dass zwischen dem Hohlkörper und dem jeweiligen Deckel eine hermetische Verbindung entsteht, bei der kein Fluid über den Verbindungsbereich entweicht oder eindringt.Preferably, the opening edges in the grooves are connected to the respective lids by vulcanization, gluing and / or welding. The advantage here is that between the hollow body and the respective lid, a hermetic connection is formed in which no fluid escapes or penetrates through the connection area.
Vorzugsweise ist die Formvorlage als ein dreidimensionaler Formkörper zum, insbesondere passgenauen, Einsetzen in den Schlauch und/oder als ein Datensatz mit Geometriedaten zum Ansteuern einer Schneidemaschine ausgestaltet und/oder als Schablone ausgebildet und/oder die Formvorlage ist im Wesentlichen an die Form der umlaufenden Nut der Deckel angepasst.Preferably, the template is designed as a three-dimensional molded body for, in particular precise fitting, insertion into the tube and / or as a data set with geometric data for driving a cutting machine and / or designed as a template and / or the template is substantially to the shape of the circumferential groove the lid adjusted.
Ein dreidimensionaler Formkörper entspricht dabei mit seinem Außenumfang im Wesentlichen dem Innenquerschnitt des Schlauches. Eine solche Formvorlage kann eine beliebige Form aufweisen, wie beispielsweise die Form eines Zylinders oder Quaders. Wichtig für die Herstellung des fluidischen Soft-Antriebselementes ist die Übereinstimmung der Formvorlage im Bereich ihrer Stirnfläche bzw. Stirnflächen mit den Deckeln, damit die dadurch entstehenden Öffnungsränder des Schlauchs insbesondere an die Form der umlaufenden Nut des Deckels angepasst sind und passgenau eingesetzt werden können.A three-dimensional molded body corresponds with its outer circumference substantially to the inner cross section of the hose. Such a template may have any shape, such as the shape of a cylinder or cuboid. Important for the production of the fluidic soft drive element is the conformity of the template in the region of its end face or end faces with the lids, so that the resulting opening edges of the tube are particularly adapted to the shape of the circumferential groove of the lid and can be used accurately.
Alternativ ist die Formvorlage als zweidimensionale Schablone ausgestaltet. Eine solche Formvorlage wird beispielsweise auf den entlang seiner Längsachse zusammengelegten Schlauch aufgelegt oder eingeschoben. Der Schlauch wird dann entsprechend der aufgelegten oder eingeschobenen Formvorlage zugeschnitten.Alternatively, the template is designed as a two-dimensional template. Such a template is for example placed or pushed onto the tube folded along its longitudinal axis. The tube is then cut according to the applied or inserted template.
Durch die Verwendung einer Formvorlage als ein Datensatz wird ein automatisierter Herstellungsprozess, wie er beispielsweise bei großen Stückzahlen notwendig wird, ermöglicht.By using a template as a record, an automated manufacturing process, such as that required for large volumes, is made possible.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein bzw. der Formkörper expandierbar und/oder weist wenigstens zwei zueinander bewegliche Einzelteile auf. Ein solcher Formkörper wird durch seinen bezüglich des Innenquerschnitt des Schlauches kleinen Querschnitt leichtgängig in den Schlauch eingesetzt und anschließend expandiert, so dass er von innen gegen die Schlauchwand drückt. Der Formkörper nimmt dann die Form der expandierten Arbeitskammer an und damit nimmt der Schlauch ebenfalls seine expandierte Form an und kann entlang von Stirnflächen des expandierten Formkörpers abgeschnitten werden. Bei einer Formvorlage in Form von zwei zueinander beweglichen Einzelkörpern werden die Einzelkörper zum Einsetzen in den Schlauch bzw. Herausnehmen aus dem Schlauch auseinander genommen. Dadurch wird das Einsetzen bzw. Herausnehmen des Formkörpers im Gegensatz zu einem Formkörper bestehend aus einem Einzelkörper erleichtert.In a preferred embodiment, one or the molded body is expandable and / or has at least two mutually movable items. Such a shaped body is easily inserted through its with respect to the inner cross section of the tube small cross section in the hose and then expanded, so that it presses against the hose wall from the inside. The shaped body then assumes the shape of the expanded working chamber and thus the tube also assumes its expanded shape and can be cut off along end faces of the expanded shaped body. In a form template in the form of two mutually movable individual bodies, the individual bodies are taken apart for insertion into the hose or removal from the hose. As a result, the insertion or removal of the shaped body, in contrast to a shaped body consisting of a single body, is facilitated.
Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert.The invention will now be explained by way of example with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
Die Figuren enthalten teilweise vereinfachte, schematische Darstellungen. Z. T. werden für gleiche, aber ggf. nicht identische Elemente identische Bezugszeichen verwendet.The figures contain partially simplified, schematic representations. Z. T. identical reference numerals are used for the same, but possibly not identical elements.
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