DE102013000108A1

DE102013000108A1 - Kurzbauendes starkes Gelenkmodul für Roboterhand und Humanoid

Info

Publication number: DE102013000108A1
Application number: DE201310000108
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-02
Filing date: 2013-01-02
Publication date: 2014-07-03

Abstract

In der Anmeldung wird ein Gelenkmodul für eine Roboterhand beschrieben welches durch zwei unterschiedliche Untersetzungsgetriebe die Antriebsdrehzahl eines Motors 1; Pos. 1, sehr stark untersetzt und damit größere Drehmomente und Kräfte erzeugt als vergleichbare Gelenkmodule mit einem Getriebe. Die Beiden Getriebe sind ein Schneckengetriebe 1; Pos. 4; und ein Exzentergetriebe 1; Pos. 2. Exzentergetriebe und Schnecke liegen in einer Achse, die mit der Mittelachse der Module übereinstimmt. Das Exzentergetriebe hat als Abtriebselement eine Oldham-Kupplung 1; Pos. 3. Der Mittelpunkt des Schneckenrades liegt seitlich neben der Mittenachse des Gelenkmodules und ist damit um den Abstand „B” 1 vorgelagert und ist gleichzeitig die Drehachse des Fingergelenkes. Damit ist das Gelenkmodul beweglicher als Module mit Drehachse im Mittelpunkt des Moduls. Solche Gelenkmodule können im Gelenkabstand „A” 1 sehr kurz gebaut werden. Die Gelenkmodule können zu Greifer-Ketten verbunden werden. Die Module haben ein Gehäuse aus 2 Hälften innen und darum ein Mantelgehäuse außen. Der Hohlraum zwischen dem Gehäuse innen und dem Mantelgehäuse wird zur Kabelführung genutzt. Es ist möglich eine Roboterhand mit z. B. 2 Daumen und 4 Finger aus insgesamt 22 gleichartig gebauten Modulen zu kombinieren. Die Roboterhand ist elektrisch voll Bewegungsfähig ähnlich wie eine menschliche Hand. Es ist aber auch möglich einen vollständigen Humanoiden aus dem Module aufzubauen.

Description

Stand der Technik:
Unter der Patentschrift US 2011068595 A ist eine Roboterhand beschrieben welche die Gelenke durch Zugmittel betätigt.
Unter der Patentschrift US 2007236162 A ist ein Gelenk einer Roboterhand beschrieben welches einen Motor und ein Untersetzungsgetriebe aufweist.
Unter der Patentschrift JP 2097588 U ist eine Roboterhand beschrieben welche einen Motor und ein Schnecken-Untersetzungsgetriebe aufweist zum Betätigen einer Fingerbewegung.
Unter der Patentschrift US 5437490 A ist eine modular aufgebaute Roboterhand beschrieben.
Unter der Patentschrift CN 101653941 A ist eine modular aufgebaute Roboterhand beschrieben.
Unter der Patentschrift CN 101716767 A ist eine modular aufgebaute Roboterhand beschrieben.
Unter der Patentschrift US 2004103740 A ist eine modular aufgebaute Roboterhand beschrieben welche einen Gelenkantriebe mit Motor und Schneckengetriebe aufweist.
Eine Roboterhand die als Gelenkantrieb einen Motor, ein Schneckengetriebe und ein Exzentergetriebe haben und die gleichzeitig vollständig modular aufgebaut ist, ist bisher nicht bekannt!
Beschreibung:
Gelenkmodul
In der Anmeldung wird ein kurzbauendes sehr starkes Gelenkmodul (1) beschrieben.
Dadurch, dass ein kurzbauender Leistungsstarker Elektromotor (1; Pos. 1) mit angebautem Encoder verwendet wird, steht dem Modul eine große Leistung, im Verhältnis zum umbauten Raum zur Verfügung. Der Elektromotor ist durch den Encoder sehr fein regelbar.
Die Ausgangdrehzahl des Elektromotors wird zuerst durch ein axial kurzes Exzentergetriebe (1; Pos. 2) mit Ausgleichsgewichten untersetzt. Der Abtrieb des Exzentergetriebes erfolgt durch eine Oldham-Kupplung (1; Pos. 3). Diese bringt die exzentrische Drehung des Exzenterrades in die konzentrische Drehung am Eingang der Schnecke eines Schneckengetriebes (1; Pos. 4).
Das Schneckengetriebe untersetzt die Drehzahl weiter. Schneckengetriebe und Exzentergetriebe verstärken das Drehmoment am Abtrieb erheblich.
Durch das Zusammenwirken eines leistungsstarken Elektromotors und der großen Untersetzung zweier Getriebe kann das Gelenkmodul erheblich größere Kräfte und Momente erzeugen als bisher bekannte Module!
Durch die Anordnung des Mittelpunktes des Schneckenrades, der seitlich neben der Mitte der Motor-Exzentergetriebe-Schnecke-Achse ist (1; Abstand „B”), kann das Gelenk erheblich besser gedreht werden, als vergleichbare Gelenke, die den Drehpunkt in der Mitte der Achse haben.
Das Gelenkmodul besteht aus zwei Innengehäusehälften (2; Pos. 5 + 6) und einem zweiteiligen Mantelgehäuse (3; Pos. 9 + 10). Am Innengehäuse sind wiederum zwei Seitenwangen (2; Pos. 7 + 8) angebracht. Diese Seitenwangen verbinden die Gelenkmodule so, dass diese zu Gelenkketten (6) aneinandergebaut werden können.
Zwischen Mantelgehäuse und Innengehäuse sind an drei Seiten Kabelkammern (5; Pos. 12). Das sind Hohlräume zum Führen der Kabel. Dabei ist das Mantelgehäuse so geteilt, dass jede Gehäusehälfte von der Seite abgeschraubt werden kann und somit die Kabel entlang der neutralen Faser an der Gelenkseite geführt werden können. Es können am Gelenkmodul taktile Drucksensoren (3; Pos. 11) angebracht werden.
Roboterhand
Die oben beschriebenen Gelenkmodule können zu einem Finger (7) und diese zu einer Roboterhand (10 + 11) zusammen geschraubt werden. Die Roboterhand kann z. B. aus 4 gleichen Fingern bestehen. Weiterhin können ein oder zwei Daumen angebracht werden. Die Gelenkmodule im Finger sind dabei mit dem Schneckengetriebe zur Handfläche (9) hin ausgerichtet.
Ein Finger besteht z. B. aus zwei Mittelmodulen (7; Pos. 14) einem Endmodul (7; Pos. 15) und einem Schwenkmodul (7; Pos. 16).
Das Modul am Fingerende ist ohne die Seitenwangen gestaltet und erhält stattdessen eine Fingerkuppe.
Die seitliche Beweglichkeit jedes Fingers wird erreicht, indem jeweils ein Gelenkmodul (das Schwenkmodul) um 90° verdreht zu den Fingermodulen in der Handfläche eingebaut wird (7 + 8 + 9). Die Verbindung zwischen dem unteren Fingermodul Pos. 14 und dem Schwenkmodul Pos. 16 zum seitlichen Bewegen des Fingers wird mit einem Zwischenstück (6; Pos. 13) ausgeführt. Das Zwischenstück stellt ein versetztes Kreuzgelenk dar.
Es können ein oder zwei Daumen an die Roboterhand angebracht werden (10 + 11). Dazu ist in der Handfläche zu jedem Daumen ein Gelenkmodul horizontal angeordnet, sodass der jeweilige Daumen damit seitlich gedreht werden kann. Das Gelenkmodul in der Handfläche wird dazu mit dem unteren Daumengelenk durch ein Daumen Zwischenstück (10; Pos. 18) verbunden.
Die Finger und Daumen der Roboterhand werden durch einen Handflächenträger (10; Pos. 17), mit dem die Gelenkmodule befestigt sind, verbunden. Auf dem Handflächenträger kann eine Drucksensor angebracht werden.
Humanoid
Werden die Gelenkmodule entsprechend der Größenmechanik größer gebaut ist es auch möglich einen vollständigen Humanoiden aus den Modulen aufzubauen (12).
Beschreibung der Figur:
1: zeigt ein Gelenkmodul nach Patentanspruch 1 mit einer Innengehäusehälfte links (Pos. 5), zu sehen sind die Achse des Motors, des Exzentergetriebes mit Oldham-Kupplung und der Schnecke, sowie der Achsversatz der Drehpunkte des Gelenkmodules um den Betrag „B” und der Gelenkabstand „A”.
2: zeigt das Gelenkmodul mit den Innengehäusehälften (Pos. 5 + 6) und den daran geschraubten Seitenwangen (Pos. 7 + 8).
3: zeigt das geteilte Mantelgehäuse (Pos. 8 + 10) des Gelenkmoduls und daran befestigt einen taktilen Drucksensor (Pos. 11).
4: zeigt das Gelenkmodul in der Seitenansicht mit der Schnittangebe B-B für 5.
5: zeigt den Schnitt B-B durch das Gelenkmodul mit den Kabelkammern (Pos. 12).
6: zeigt Gelenkketten der Innengehäuse zu einem Finger zusammen geschraubt mit dem Zwischenstück (Pos. 13).
7: zeigt einen Finger der Roboterhand aus den Gelenkmodulen in der Seitenansicht.
8: zeigt einen Finger in der Vorderansicht mit geöffnetem Schwenkmodul und fehlendem Mantelgehäuse an diesem.
9: zeigt einen Finger in der Seitenansicht mit geöffneten Mantelgehäusen.
10: zeigt eine Roboterhand komplett.
11: zeigt eine Roboterhand komplett jedoch ohne Handflächenträger mit Drucksensor. Die Pfeile zeigen die Möglichkeiten der Schwenkbewegungen an.

12: zeigt einen Humanoiden aus in der Größe variierenden Gelenkmodulen. Bezugszeichenliste:

Position	Benennung
1	Motor mit Encoder
2	Exzentergetriebe
3	Oldham-Kupplung
4	Schneckengetriebe
5	Innengehäusehälfte links
6	Innengehäusehälfte rechts
7	Seitenwange links
8	Seitenwange rechts
9	Mantelgehäuse links
10	Mantelgehäuse rechts
11	Drucksensor
12	Kabelkammern
13	Zwischenstück
14	Mittelmodul
15	Endmodul
16	Schwenkmodul
17	Handflächen Träger mit Drucksensor
18	Daumen Zwischenstück

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2011068595 A [0001]
US 2007236162 A [0002]
JP 2097588 U [0003]
US 5437490 A [0004]
CN 101653941 A [0005]
CN 101716767 A [0006]
US 2004103740 A [0007]

Claims

Ein kurzbauendes starkes Gelenkmodul im Gelenkabstand „A” (1) dadurch gekennzeichnet, dass in einer Achse, der Elektromotor, ein Exzentergetriebe mit Oldham-Kupplung und die Schnecke eines Schneckengetriebes angeordnet sind, wie z. B. in 1 gezeigt und diese Achse gleichzeitig fluchtend mit der Achse weiterer aneinander gereihter Gelenkmodule ist.
Ein kurzbauendes starkes Gelenkmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehpunkt des Gelenkmodules von der im Anspruch 1 aufgezeigte Achse um einen Abstand z. B. „B” (1) versetzt ist, wodurch eine größere Bewegungsfähigkeit der Gelenkmodule möglich ist.
Ein kurzbauendes starkes Gelenkmodul nach Anspruch 1 + 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkmodul aus zwei Innengehäusehälften und aus einem geteilten Mantelgehäuse besteht und die Trennebene der Gehäuse in einer Ebene liegen.
nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkmodul zwischen dem Innengehäuse und dem Mantelgehäuse Kabelkammern (5; Pos. 12) zur Durchführung der Kabel hat und das Mantelgehäuse zum Verlegen der Kabel nach der Seite abgeschraubt werden kann.
Ein kurzbauendes starkes Gelenkmodul nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenkmodul an den Innengehäusehälften mit zwei ab zu schraubenden Seitenwangen versehen ist, wodurch das Gelenkmodul aneinander gereiht montiert werden kann und so Gelenkketten entstehen.
Modular aufgebaute Roboterhand aus den Gelenkmodulen nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Finger der Roboterhand aus vier gleichen Gelenkmodulen (Endmodul, 2 × Mittelmodul, Schwenkmodul (7 + 8 + 9)) aufgebaut sind welche sich nur durch die Verbindung der Module zwischen dem unterem Schwenkmodul und unterem Mittelmodul, einem Zwischenstück, unterscheiden.
Modular aufgebaute Roboterhand aus den Gelenkmodulen nach Anspruch 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Daumen der Roboterhand aus drei, gleichen Gelenkmodulen (Endmodul, Mittelmodul, Schwenkmodul (10 + 11) aufgebaut sind welche sich nur durch die Verbindung der Module zwischen dem unterem Schwenkmodul und unterem Mittelmodul, einem Daumen Zwischenstück, unterscheiden und die Roboterhand einen bzw. zwei Daumen hat, wodurch „Linke” und Rechte” Hand gleich sind.
Humanoid dadurch gekennzeichnet, dass aus den Gelenkmodulen nach Anspruch 1–5, durch Varianz nach der Größenmechanik ein vollständig modular aufgebauter Humanoid entsteht nach 12.