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Die Erfindung betrifft einen kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Arbeitsmechanismus zum Heben, Fixieren, Greifen, Bewegen und Verstellen von Gegenständen, welcher ein durchgängiges Rückgrat aus konzentrisch angeordneten und zueinander beweglichen Röhrchen aufweist, wobei jedem der Röhrchen wenigstens ein Stellmittel zugeordnet und an einem Endabschnitt eines jeden der Röhrchen ein Begrenzungselement angeordnet ist.
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Solche Mechanismen, auch als Manipulatoren bezeichnet, eignen sich zur Gestaltung von Roboterarmen, Gliedmaßenprothesen oder als steuerbare bewegliche Teile in der medizinischen Instrumententechnik.
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Ein gattungsgemäßer Arbeitsmechanismus ist beispielsweise aus der
US 8 152 756 B2 bekannt.
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Unter einem diskreten kinematischen Arbeitsmechanismus wird im Folgenden ein System aus starren Körpern verstanden, die durch bewegliche Gelenke miteinander verbunden sind, wobei die Gelenke jeweils nur einen Freiheitsgrad aufweisen. Ein Beispiel sind Industrieroboterarme mit sechs Drehgelenken, deren Drehwinkel jeweils einen unabhängigen Freiheitsgrad des Roboterarmes darstellen. Zu jedem Punkt innerhalb des Arbeitsraumes eines derartigen Roboterarmes gehört dann ein bestimmter Satz von sechs Drehwinkeln. Dabei ist der Arbeitsraum eines kinematischen Arbeitsmechanismus definiert durch alle Raumpunkte, die der kinematische Arbeitsmechanismus mit einem Ende erreichen kann, wenn sein anderes Ende ortsfest ist.
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Im Gegensatz hierzu wird unter einem kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus eine räumliche Abfolge von flexiblen Segmenten, auch Aktuatoren genannt, verstanden. Diese flexiblen Segmente weisen jeweils eine Vielzahl von Freiheitsgraden auf. Die Konfigurationsräume kontinuierlicher und quasikontinuierlicher kinematischer Arbeitsmechanismen sind hochgradig überbestimmt, das heißt, in den meisten Punkten innerhalb ihrer Arbeitsräume ist eine Vielzahl von Freiheitsgraden frei einstellbar.
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Einen kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus bezeichnet man aufgrund dieser Eigenschaft häufig auch als "kinematisch hyperredundant".
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Im Unterschied zu einem quasikontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus enthalten die Segmente eines kontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus keine Gelenke aus starren Materialien, sondern sind im Wesentlichen aus plastisch und/oder elastisch verformbaren Materialien aufgebaut. Daher weisen die Segmente eines kontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus überabzählbar viele Freiheitsgrade auf.
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Stand der Technik und überwiegend gebräuchlich sind kontinuierliche Manipulatoren mit Segmenten fester Länge, über deren Führungsscheiben mechanische Stellmittel wie Seilzüge, Stäbe oder Ähnliches geleitet werden, wobei mittels der Stellmittel eine konstante Krümmung pro Segment hergestellt werden kann. Die Führungsscheiben sind dabei in gleichen Abständen zueinander verteilt fest mit einem flexiblen Rückgrat verbunden, sodass bei einer Betätigung eines Stellmittels eine gleichförmige Segmentkrümmung entsteht. Der Krümmungswinkel ist dabei in Abhängigkeit der Verkürzung oder Verlängerung des Stellmittels variabel, wobei die Bogenlänge in jedem Segment unveränderlich bleibt. Gleichzeitig ist durch die feste Länge der Segmente auch deren Krümmungscharakteristik gleichbleibend, sodass die einzelnen Segmente eines Manipulators je nach Arbeitsumfeld und Aufgabe vorher festgelegt und der Manipulator entsprechend konstruiert werden müssen.
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Die Einführung eines solchen Arbeitsmechanismus in einen begrenzten Arbeitsraum kann durch den Vorschub des gesamten Arbeitsmechanismus und gleichzeitige Anpassung der Segmentkrümmungen erfolgen. Trotz der Vorabwahl der Segmentlängen gibt es Einsatzgebiete und Arbeitsräume, bei denen ein kontinuierlicher Arbeitsmechanismus nach dem Stand der Technik die gewünschte Endlage nicht erreichen kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn ein kollisionsfreier Vorschub des Arbeitsmechanismus in die Endlage, insbesondere bei der Umgehung von Hindernissen, nicht möglich ist.
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Lange Segmente haben den Vorteil, dass eine große Reichweite erzielt werden kann. Allerdings können aufgrund der gleichmäßigen Krümmung enge Radien nicht realisiert werden. Für einen Vorschub um enge Kurven ist es daher erforderlich, kurze Segmente zu wählen. Diesen fehlt jedoch die Reichweite. Auch die Reihenfolge der Krümmungen beziehungsweise Segmente muss bei einem kontinuierlichen Arbeitsmechanismus mit mechanischem Stellmittel, wie einem seilaktuierten kontinuierlichen Arbeitsmechanismus, beachtet werden.
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Als Alternative für kontinuierliche Manipulatoren mit mechanischem Stellmittel sind tubuläre Manipulatoren bekannt. Diese bestehen aus konzentrisch angeordneten, verschieb- und drehbaren, vorgekrümmten, elastischen Röhrchen. Eine der Besonderheiten bei tubulären Manipulatoren ist die gegenüber seilaktuierten Manipulatoren umgekehrte Krümmungsreihenfolge bei der Aktivierung der Segmente. Bei einem tubulären Arbeitsmechanismus wird zunächst das letzte beziehungsweise äußere Segment gemeinsam mit allen innen liegenden Segmenten vorgeschoben. Aus diesem wird dann translatorisch das nächste vorgeschoben und gegebenenfalls rotiert. Dann folgt das nächste Segment und so weiter. Die Röhrchen der einzelnen Segmente weisen eine Vorkrümmung auf. Dabei hat das äußere Röhrchen eine höhere Steifigkeit als das nächstinnere, sodass sich die Vorkrümmung erst einstellt, während das jeweilige Röhrchen aus dem nächstäußeren herausgeschoben wird. Die Translation der Röhrchen erlaubt eine Verlängerung und Verkürzung der einzelnen Segmente. Durch die Rotation der Röhrchen ineinander ist eine Kontrolle über den Austrittswinkel möglich. Die einzelnen Röhrchen haben eine Vorkrümmung, welche auf die Anforderungen der Arbeitssituation hin gewählt ist.
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Auch bei tubulären Arbeitsmechanismen gibt es ungünstige Konfigurationen oder Arbeitsräume. Ein bekanntes Problem ist das sogenannte Snapping zweier vorgekrümmter Röhrchen, wenn deren Krümmungswinkel entgegengesetzt ausgerichtet sind. Wird diese Positionierung durch Rotation der Röhrchen angefahren, so steigt die Reibungskraft immer weiter an, bis sich die Röhrchen ruckartig überdrehen. Um die Kontrolle über die Endeffektposition nicht zu verlieren, wird versucht, solche Konfigurationen, wie beispielsweise entgegengesetzte Kurven, zu vermeiden. Eine Vorauswahl der Segmente und Röhrchen zur Realisierung einer Insertion in ein räumlich beengtes und hindernisreiches Arbeitsgebiet ist hochgradig komplex, zumal der Krümmungsradius bei tubulären Manipulatoren nicht einstellbar ist.
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Nach dem Stand der Technik sind Manipulatoren bekannt, bei denen die Segmentlänge, die Segmentkrümmung und die Krümmungsreihenfolge reguliert werden können. Bei diesen hat jedes Segment eine oder mehrere Druckkammern, welche durch Zuführung eines Gases oder einer Flüssigkeit in ihrer Ausdehnung beeinflusst werden. Jedoch sind solche pneumatischen oder hydraulischen Druckkammern nur in relativ großen Manipulatoren verbaut. Ein Beispiel dafür ist aus der Druckschrift
US 3,284,964 A bekannt, die einen solchen Arbeitsmechanismus montiert auf einem Lastkraftwagen vorschlägt.
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Weitere Beispiele für fluidaktivierte Manipulatoren sind aus den Druckschriften
US 4,848,179 A und
US 4,551,061 A bekannt. Zwar nennt die Druckschrift
DE 198 33 340 A1 , welche auch einen mit Druckkammern ausgestatteten Arbeitsmechanismus offenbart, die Anwendung des Arbeitsmechanismus als medizinisches Instrument. Jedoch hat sich gezeigt, dass bei Miniaturisierung eines fluidaktivierten Arbeitsmechanismus hinsichtlich der mechanischen Umsetzung und der Aktuierungsgenauigkeit Grenzen gesetzt sind.
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Eine alternative Möglichkeit zeigt die Druckschrift
DE 10 2010 056 607 A1 . Diese beschreibt die Verwendung von elektroaktiven Polymeren als Ersatz für die Verwendung von hydraulischen oder pneumatischen Medien.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Nachteile der vorstehend genannten Lösungen zu beseitigen und einen Arbeitsmechanismus bereitzustellen, dessen Beweglichkeit verbessert und dessen Konstruktion und Handhabung vereinfacht ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß weist also ein Arbeitsmechanismus eine räumliche Abfolge von flexiblen Segmenten auf, wobei jedes der Segmente durch zwei benachbarte Begrenzungselemente begrenzt ist und ein Rückstellmittel umfasst, welches zwischen zwei benachbarten Begrenzungselementen angeordnet ist und auf diese einwirkt. Hierdurch wird es möglich, als Stellmittel druck- und/oder biegeschlaffe Mechaniken zu verwenden, welche sehr leicht und filigran ausgeführt sein können. Die Bewegung eines jeden Segmentes, insbesondere das Krümmen eines Segmentes, wird durch das wenigstens eine Stellmittel und durch das diesem in der Kraftwirkung entgegengerichtete Rückstellmittel bewirkt.
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Das dem jeweiligen Röhrchen zugeordnete wenigstens eine Stellmittel ist fest mit dessen Begrenzungselement verbunden. Dabei ist mittels der konzentrisch angeordneten und zueinander axial beweglichen Röhrchen eine Längenänderung der Segmente und unabhängig hiervon mittels der an den Begrenzungselementen befestigten Stellmittel eine Krümmung der Segmente möglich. Somit kann innerhalb eines beispielsweise seilaktuierten Segmentes eine Krümmung bei dynamischer Veränderung der Länge des Segmentes erreicht werden. Hierdurch wird bei Verwendung einer einfachen Konstruktion die Beweglichkeit des Arbeitsmechanismus verbessert.
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Das Rückstellmittel besteht beispielsweise aus wenigstens einem federelastischen Körper. Als federelastischer Körper wird vorzugsweise eine Schraubenfeder verwendet, die konzentrisch zu dem Röhrchen angeordnet ist. Auch ist es möglich, mehrere federelastische Körper in axialer Richtung hintereinander und/oder nebeneinander um das Röhrchen verteilt anzuordnen. Dabei sind die federelastischen Körper vorzugsweise jeweils auf einer Führungsscheibe montiert. Besonders vorteilhaft hat sich ein Rückstellmittel erwiesen, welches mehrere magnetische Führungsscheiben aufweist. Durch die Verwendung von magnetischen Führungsscheiben innerhalb eines beispielsweise seilaktuierten Segmentes kann eine konstante Krümmung bei dynamischer Veränderung der Länge des Segmentes erreicht werden. Dabei ist eine hohe Einstell- beziehungsweise Positioniergenauigkeit in Verbindung mit einer starken Miniaturisierung möglich. Die Veränderung der Länge der Segmente erfolgt mittels der in axialer Richtung verschieblichen Röhrchen. Es ist auch möglich, dass das Rückstellmittel aus einer Kombination wenigstens eines federelastischen Körpers und mehrerer magnetischer Führungsscheiben besteht.
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Besonders günstig ist es, dass die Führungsscheiben permanentmagnetisch sind. Hierdurch ist es möglich, den Arbeitsmechanismus mit reduzierter Komplexität herzustellen, welches eine gute Miniaturisierung des Arbeitsmechanismus ermöglicht. Permanentmagnetische Führungsscheiben sind besonders bei kleindimensionierten kontinuierlichen Manipulatoren gut geeignet, da sie ihre magnetische Kraft nur bei sehr hohen Temperaturen oder starken direkten mechanischen Einwirkungen verlieren.
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Durch die Verwendung von aneinandergereihten Segmenten, welchen mittels Stellmitteln über ihre gesamte Länge eine kontinuierliche Krümmung aufgeprägt werden kann, in Verbindung mit konzentrisch angeordneten, zueinander verschieblichen Röhrchen, sowie der Verwendung permanentmagnetischer Führungsscheiben ergibt sich ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserter kontinuierlicher Manipulator. Eine dynamische Anpassung der Segmentlängen ist über die konzentrischen Röhrchen, die das Rückgrat des Manipulators bilden, möglich. Segmentkrümmungen lassen sich nach Bedarf über die Verstellung der Stellmittel einstellen. Die magnetischen Führungsscheiben stellen bei jeder eingestellten Segmentlänge eine gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben über die Länge eines Segmentes sicher, sodass die eingestellte Krümmung konstant ist. Die konzentrischen, zueinander verschiebbaren Röhrchen der Segmente sind nach dem Vorbild tubulärer Manipulatoren geschaffen, weisen jedoch im Unterschied zu den tubulären Manipulatoren keine Vorkrümmung auf.
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Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Führungsscheiben torusartig ausgebildet und auf dem Rückgrat in axialer Richtung frei verschieblich sind. Die axiale Bewegung der Führungsscheiben wird dabei durch zwei benachbarte Begrenzungselemente limitiert. Die Führungsscheiben sind konzentrisch auf dem Röhrchen ihres Segmentes angeordnet. Eine rotationssymmetrische Ausgestaltung von Röhrchen und der Durchlassöffnung für das Rückgrat in den Führungsscheiben ermöglicht es, dass die Führungsscheiben auch frei drehbeweglich sind. Durch die freie Beweglichkeit der Führungsscheiben wird eine gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben und der von ihnen erzeugten Kräfte innerhalb eines Segmentes erreicht.
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Für eine gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben hat es sich als praktisch erwiesen, dass in einem Segment alle Führungsscheiben dieselbe magnetische Feldstärke aufweisen. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise erreicht, dass sich alle Führungsscheiben eines Segmentes mit gleicher Kraft voneinander abstoßen oder einander anziehen.
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Es hat sich als praktisch erwiesen, dass zumindest eines der Stellmittel ein druckelastischer Seilzug und/oder eine drucksteife Schubstange ist. Es sind erfindungsgemäß auch andere, insbesondere mechanische Stellmittel nicht ausgeschlossen, die der Kraft der magnetischen Führungsscheiben entgegenwirken. Die Kraft der magnetischen Führungsscheiben wirkt wie eine passive Rückstelleinrichtung. Bei der Betätigung des zumindest einen Stellmittels wird aktiv eine Stellkraft aufgebracht und in das entsprechende Segment geleitet, welche der magnetischen Kraft in dem Segment zumindest lokal entgegenwirkt. Durch ein axial asymmetrisches Einwirken der Stellkraft auf ein Segment wird diesem eine Krümmung aufgezwungen.
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Vorteilhaft ist es weiterhin auch, dass jede der Führungsscheiben zumindest ein Loch aufweist, durch welches die Stellmittel des Arbeitsmechanismus geführt sind. Die Stellmittel und die Führungsscheiben sind relativ zueinander beweglich. Ebenso ist es vorteilhaft, dass wenigstens eines der Begrenzungselemente zumindest ein Loch aufweist, durch welches ein Stellmittel wenigstens eines anderen Begrenzungselementes geführt ist. Weiterhin hat es sich als praktisch erwiesen, dass die Stellmittel und/oder Röhrchen nicht ferromagnetisch sind.
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Als besonders günstig erwiesen hat es sich, dass die Röhrchen aus einem superelastischen Werkstoff, insbesondere aus einer Nickel-Titan-Legierung, hergestellt sind. Mittels eines superelastischen Werkstoffes, welcher ein pseudoelastisches Verhalten zeigt, kann zusätzlich zur gewöhnlichen elastischen Verformung eine durch äußere Krafteinwirkung verursachte reversible Formänderung erreicht werden, welche die Elastizität konventioneller Metalle bis zum Zwanzigfachen übertrifft. Dies ermöglicht eine sehr präzise Positionierung des Arbeitsmechanismus in dem Arbeitsraum. Das Material kehrt beim Entlasten durch seine innere Spannung wieder in seine Ursprungsform zurück.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die in einem Segment angeordneten magnetischen Führungsscheiben alternierend mit gegenläufiger Polarität ausgerichtet sind. Durch diese Ausrichtung der Führungsscheiben, bei der gleichnamige Pole einander zugewandt sind, wird erreicht, dass sich die Führungsscheiben gegenseitig abstoßen. Als Stellmittel in einem solchen Segment ist vorzugsweise ein Seilzug vorgesehen. Die Führungselemente sind so ausgerichtet, dass ihre gleichlautenden Pole stets aufeinander zu weisen.
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Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle in einem Segment angeordneten magnetischen Führungsscheiben mit gleichläufiger Polarität ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Führungsscheiben gegenseitig anziehen. Als Stellmittel in einem solchen Segment ist vorzugsweise ein druckfester Stab vorgesehen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die magnetischen Führungsscheiben aus an dem Röhrchen gelagerten Trägern und in den Trägern angeordneten Permanentmagneten bestehen. Die Träger bestehen vorzugsweise aus einem sich vom Werkstoff der Röhrchen unterscheidenden Material, welches vorzugsweise ein Kunststoff ist.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Arbeitsmechanismus umfassend zwei Segmente;
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2 eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Arbeitsmechanismus mit Führungsscheiben und beiden Segmenten in komprimierter Funktionsstellung;
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3 eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Arbeitsmechanismus mit Führungsscheiben und einem Segment in expandierter Funktionsstellung;
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4 eine schematische, vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes des in 3 gezeigten Segmentes in expandierter Funktionsstellung;
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5 eine schematische Darstellung eines Arbeitsmechanismus umfassend drei Segmente in vollständig expandierter Funktionsstellung;
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6 eine schematische Darstellung eines ersten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;
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7 eine schematische Darstellung eines zweiten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;
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8 eine schematische Darstellung eines dritten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;
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9 eine schematische Darstellung eines vierten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;
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10 eine schematische Darstellung eines fünften Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;
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11 eine schematische Darstellung eines sechsten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;
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12 eine schematische Darstellung eines siebten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel.
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Die 1 bis 4 zeigen zur Erläuterung des Aufbaus und dessen Funktionsweise einen erfindungsgemäßen Arbeitsmechanismus 1. 1 zeigt, dass der auch als Manipulator bezeichnete Arbeitsmechanismus 1 aus zwei in einer räumlichen Abfolge angeordneten Segmenten 2, 12 und einem durchgängigen Rückgrat aus konzentrisch angeordneten und zueinander beweglichen Röhrchen 3 besteht. Die Röhrchen 3 sind nicht vorgekrümmt, jedoch hochgradig elastisch, vorzugsweise superelastisch. Weiterhin hat der Arbeitsmechanismus 1 mehrere Begrenzungselemente 4. An einem einem Endeffektor 5 des Arbeitsmechanismus 1 zugewandten Endabschnitt 6 eines jeden der Röhrchen 3 ist ein Begrenzungselement 4 angeordnet und fest mit dem jeweiligen Röhrchen 3 verbunden. Ein Segment 2, 12 wird durch zwei benachbarte Begrenzungselemente 4 begrenzt. Der Arbeitsmechanismus 1 umfasst auch mehrere Stellmittel 7, wobei jedem der Röhrchen 3 wenigstens ein Stellmittel 7 zugeordnet ist, welches jeweils fest mit dessen Begrenzungselement 4 verbunden und relativ zu den Begrenzungselementen 4 der anderen Röhrchen 3 beweglich ist. Die 2 und 3 zeigen ergänzend, dass der Arbeitsmechanismus 1 weiterhin eine Vielzahl von magnetischen Führungsscheiben 8 als Rückstellmittel 18 umfasst, wobei zwischen zwei benachbarten Begrenzungselementen 4 stets mehrere magnetische Führungsscheiben 8 angeordnet sind. Durch eine auf das Röhrchen 3 des ersten Segmentes 2 wirkende Kraft 9 ist das erste Segment 2 in einer komprimierten Funktionsstellung gehalten. Der Arbeitsmechanismus 1 ist vollständig komprimiert. Das erste oder vorderste Segment 2 ist jenes, welches dem Endeffektor 5 am nächsten ist. In 3 ist das Röhrchen 3 des ersten Segmentes 2 in eine der Kraft 9 entgegengesetzte Richtung bewegt 10. Das erste Segment 2 befindet sich nun in einer expandierten Funktionsstellung. Dabei verteilen sich die Führungsscheiben 8 des ersten Segmentes 2 gleichmäßig zwischen den Begrenzungselementen 4. Da die Stellmittel 7 dem Röhrchen 3 mit einer Bewegung 10 im gleichen Maß folgen, wird das erste Segment 2 nicht gekrümmt. Die gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben 8 wird durch eine besondere Ausrichtung der magnetischen Führungsscheiben 8 erreicht. Der von einer gestrichelten Linie 16 umrandete Abschnitt des Arbeitsmechanismus 1 ist vergrößert in 4 dargestellt. Dieser verdeutlicht, dass die Führungsscheiben 8 alternierend mit gegenläufiger Polarität ausgerichtet sind, beispielsweise gleichlautende Pole einander zugewandt sind und sich die Führungsscheiben 8 somit gegenseitig abstoßen. Bei benachbarten Führungsscheiben 8 sind alternierend jeweils die Südpole S oder die Nordpole N einander zugewandt. Da sich die Führungsscheiben 8 untereinander mit der gleichen Kraft 11 abstoßen, verteilen sie sich gleichmäßig über die gesamte Segmentlänge, was eine gleichmäßige Krümmung ermöglicht.
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Die 5 bis 12 zeigen anhand eines Arbeitsmechanismus 1 mit drei Segmenten 2, 12, 17 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Arbeitsmechanismus 1. Dabei ist in 5 der Arbeitsmechanismus 1 in einer vollständig expandierten Funktionsstellung dargestellt. Die vollständig expandierte Funktionsstellung wird durch die Bewegung 10 der Röhrchen 3 erreicht. Zur Erleichterung des Verständnisses der folgenden Beschreibung des Anwendungsbeispieles werden die Segmente 2, 12, 17 hinsichtlich ihrer relativen Position in Bezug auf den Endeffektor 5 unterschieden. Dem Endeffektor 5 am nächsten ist das erste Segment 2. Mit zunehmender Entfernung vom Endeffektor 5 folgen erst das zweite Segment 12 und dann das dritte Segment 17.
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Die 6 bis 12 zeigen ein Arbeitsgebiet 13, durch den der Arbeitsmechanismus 1 bewegt wird. Zu Beginn befindet sich der Arbeitsmechanismus 1 in dem vollständig komprimierten Funktionszustand. Der Arbeitsmechanismus 1 wird horizontal in den Arbeitsbereich 13 eingeführt (6). Dann wird das dritte Segment 17 verlängert, bis der Endeffektor 5 fast das Hindernis 14 berührt (7). Dann wird das zweite Segment 12 expandiert und gleichzeitig durch eine Betätigung des entsprechenden Stellmittels 7 gekrümmt, wobei das dritte Segment 17 unverändert bleibt (8). Daraufhin wird der Arbeitsmechanismus 1 weiter in den Arbeitsraum 13 hinein bewegt. Dabei wird das zweite Segment 17 weiter expandiert und gekrümmt, bis es schließlich eine vertikale Position erreicht (9). Nun wird das dritte Segment 17 weiter expandiert und gekrümmt. Bei dem zweiten Segment 12 wird die Krümmungsrichtung geändert, damit das erste Segment 2 mit dem Endeffektor 5 über das Hindernis 14 bewegt wird (10). Schließlich erreicht das dritte Segment 17 seinen Endzustand. Das zweite Segment 12 wird weiter verlängert und gleichzeitig gekrümmt, um den Zwischenraum 15 zwischen den beiden Hindernissen 14 zu erreichen, ohne eines der Hindernisse 14 zu berühren. Dann erreicht auch das zweite Segment 12 seinen Endzustand (11). Schließlich wird das erste Segment 2 verlängert und gekrümmt, bis der Endeffektor 5 ohne Beschädigung jeglicher Hindernisse sein Ziel erreicht (12).
