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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Seil-betriebenen Roboter, und insbesondere einen Seil-betriebenen Roboter, welcher eine Mehrzahl von Gelenken unter Verwendung einer geringen Anzahl von Antriebseinrichtungen über ein Seil betätigen kann.
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In einer Struktur eines Roboters ist die Anzahl an Gelenken proportional zum Gewicht des Roboters. Bei Erhöhung der Anzahl an Gelenken erhöht sich die Anzahl an Antriebseinrichtungen zum Betätigen jedes Gelenkes, wobei sich folglich das Gesamtgewicht des Roboters erhöht. Insbesondere ist ein tragbarer Roboter auf eine solche Art und Weise konstruiert, dass ein Arbeiter (das heißt, eine arbeitende Person) eine Arbeit bzw. Tätigkeit durch Betreiben/Betätigen des Roboters ausführt, während der Arbeiter den Roboter (das heißt, ein sogenanntes „Exo-Skelett“ bzw. Trag-Roboter) an sich trägt, und bei Erhöhung des Gewichtes des Roboters eine vom Träger zu tragende Last erhöht ist, wobei der Träger als eine Folge davon ermüden kann und sich (s)eine Arbeitsleistung verschlechtert, wenn der tragbare Roboter (das heißt, das Exo-Skelett) die Arbeit über eine lange Zeitdauer ausführt.
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Ein herkömmlicher Roboter weist für seinen Betrieb bzw. Antrieb/Betätigung eine Mehrzahl von Gelenken auf, jedoch ist eine Antriebseinrichtung für jedes Gelenk bereitgestellt und folglich ist das Gesamtgewicht des Roboters erhöht, wodurch die Arbeitsleistung eines Arbeiters vermindert ist bzw. wird.
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Aus dem Stand der Technik sind z.B. folgende Druckschriften bekannt:
- Druckschrift US 2012 / 0 172 769 A1 offenbart einen Schultermechanismus für eine Orthese, welche folgende Element umfasst: ein erstes Element, das in Bezug auf einen Benutzer stationär ist;
- ein zweites Element, das um eine erste Gelenkachse an das erste Element angelenkt ist; ein drittes Element, das um eine zweite Gelenkachse an das zweite Element angelenkt ist; und einen Oberarm, der um eine dritte Gelenkachse an das dritte Element angelenkt ist.
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Druckschrift
US 2011 / 0 126 651 A1 offenbart einen Kraftübertragungsmechanismus und einen Roboterarm, wobei Kraftübertragungsmechanismus mindestens eine erste Kraftquelle, eine zweite Kraftquelle, eine Vielzahl von Stahlseilen, eine Tragarmkomponente, eine Stoppkomponente und eine Gelenkkomponente umfasst. Die Stoppkomponente ist in der Tragarmkomponente angeordnet und umfasst eine erste Stoppeinheit und eine zweite Stoppeinheit, die sich koaxial drehen. Die erste und zweite Kraftquelle sowie die Gelenkkomponente sind an zwei Enden der Tragarmkomponente angeordnet. Die erste und die zweite Kraftquelle übertragen die Kraft über die erste Stoppeinheit und die zweite Stoppeinheit durch die Vielzahl der Stahlseile, um die Gelenkkomponente anzutreiben und eine Bewegung mit zwei Freiheitsgraden auszuführen. Die Tragarmkomponente und die Gelenkkomponente können in einem Oberarm und einem Ellbogen eines Roboterarms eingesetzt sein und bilden so einen Roboterarm mit mehreren Freiheitsgraden.
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Druckschrift
JP 2012-239 818 A offenbart eine Oberarmhaltevorrichtung und eine Oberarmunterstützungsvorrichtung, die die Bewegung einer antebrachialen Region eines Benutzers mit der Bewegung einer Handregion des Benutzers in Verbindung bringen kann. Dabei ist ein Handschuh über ein Verbindungsseil mit einem internen Verbindungsteil verbunden, das mit einem Unterarm-Schalenteil verbunden ist. Das Verbindungsseil ist aus einem dehnungsarmen und verformbaren Material geformt. Durch die Verformung des Verbindungsseils kann sich der Handschuh relativ zum inneren Verbindungsteil bewegen.
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Druckschrift
JP H07-204 233 A offenbart ein Körperhilfsmittel, das Hand-, Bein- und Gelenkbewegungen unterstützt, wobei eine erste und eine zweite Unterarmmanschette drehbar mit einer Schultermanschette verbunden sind, und wobei eine Oberarmmanschette am unteren Ende der zweiten Unterarmmanschette über ein Ellbogengelenk befestigt ist. Motoren sind an den jeweiligen Manschetten befestigt und in normaler und umgekehrter Richtung rotierbar, um die Manschetten mit einem Drahtseil zu bewegen, wodurch der Arm mechanisch gebogen und gestreckt wird.
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Druckschrift
KR 10 2013 0 106 970 A offenbart eine tragbare Vorrichtung zur Erhöhung der Körperkraft durch den Einsatz eines Drahtseils, um eine große Kraft durch ein Rollenprinzip effizient abzugeben und eine Antriebseinheit und eine Gelenkeinheit durch den Einsatz von Seilen und Rohren unabhängig von Raum und Abstand frei anzuordnen. Dabei umfasst eine tragbare Vorrichtung zum Erhöhen der physischen Kraft einen Hauptrahmen, eine Antriebseinheit, erste und zweite Glieder, eine Aktionsrolle, erste und zweite Seile und ein Richtungsumwandlungselement. Die ersten und zweiten Glieder werden durch den Hauptrahmen getragen und sind durch eine Gelenkwelle miteinander verbunden. Das erste und das zweite Seil sind um die Aktionsrolle gewickelt, jedes Ende ist mit der Antriebseinheit verbunden und das andere Ende ist an einem ersten Glied befestigt. Das Richtungsumwandlungselement ist an dem ersten Glied oder einem zweiten Glied installiert, damit die Zugrichtung des ersten und zweiten Seiles voneinander verschieden ist und ein Teil, in dem das erste Seil mit dem zweiten Seil in Kontakt ist, in der gekrümmten Oberfläche gebildet wird.
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Druckschrift
CN 102 941 573 A offenbart einen seilgetriebenen Knickarmroboter, der die Probleme der Übertragung und Anordnung von gelenkigen Stahldrahtseilen löst. Der seilgetriebene Knickarmroboter ist unterteilt in eine Hand, ein Handgelenk, einen Unterarm, einen Oberarm, eine Schulter, eine Taille und eine Basis. Die Basis ist mit einer Taille versehen. Die Taille ist über eine Kurbel mit der Schulter verbunden, die Schulter ist über eine Drehgelenkachse mit dem Oberarm verbunden. Der Oberarm ist mit dem Unterarm durch eine Antriebsanordnung auf der Drehgelenkwelle verbunden, der Unterarm ist mit dem Handgelenk durch eine Antriebsanordnung auf der Drehgelenkwelle verbunden, und das Handgelenk ist mit der Hand durch die Drehgelenkwelle verbunden. Zwischen den Teilen sind mehrere Gelenke ausgebildet, wobei die Mehrgelenk-Seilübertragungseinheit jeweils mit einer oder mehreren der Taille, Schultern, Oberarme, Unterarme, Handgelenke und Hände durch flexible Seile verbunden ist, um einen seilgetriebenen Knickarmroboter zu bilden.
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Die oben bereitgestellte Beschreibung hinsichtlich eines Standes der Technik mit Bezug auf die vorliegende Erfindung dient lediglich dem besseren Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung und sollte nicht als vom Stand der Technik, wie er dem Fachmann bekannt ist, mit umfasst betrachtet werden.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, die Probleme des Standes der Technik zu umgehen, insbesondere eine Anzahl von Antriebseinrichtungen zur Betätigung von Seil-betriebenen Gelenken zu reduzieren.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Seil-betriebenen Roboter mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Dazu stellt die vorliegende Erfindung ein Seil bereit, welches mit einer Mehrzahl von Gelenken verbunden ist (anstelle der Bereitstellung einer Antriebseinrichtung für jedes Gelenk), wobei eine Antriebseinrichtung zum Aufwickeln (bzw. Aufrollen) oder Abwickeln (bzw. Abrollen) des Seils bereitgestellt ist, um auf jedes Gelenk eine Drehkraft auszuüben, und zwar ohne Betätigung der Antriebseinrichtung für jedes Gelenk.
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Unter einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung einen Seil-betriebenen Roboter bereit, und zwar einschließlich: Paaren von Armkomponenten einschließlich Schultergelenken, Ellenbogengelenken und Handgelenken für ein Bewegen mit der Bewegung eines Trägers; eines mit dem Paar von Schultergelenken verbundenen Schulterseils; einer Schulterantriebseinheit, welche auf die Schultergelenke eine Drehkraft ausübt, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Schulterseils in Verbindung mit der Bewegung des Trägers; eines mit dem Paar von Ellenbogengelenken verbundenen Ellenbogenseils; einer Ellenbogenantriebseinheit, welche auf die Ellenbogengelenke eine Drehkraft ausübt, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Ellenbogenseils in Verbindung mit der Bewegung des Trägers; eines mit dem Paar von Handgelenken verbundenen Handgelenkseils; und einer Handgelenkantriebseinheit, welche auf die Handgelenke eine Drehkraft ausübt, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Handgelenkseils in Verbindung mit der Bewegung des Trägers.
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Beide Enden jedes Seils können jeweils entsprechend dazu mit einem Paar von Gelenken verbunden sein, wobei die entsprechenden Antriebseinheiten entsprechend dazu zwischen beiden Enden der Seile verbunden sein können, um die dazu entsprechenden Seile aufzuwickeln oder abzuwickeln.
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Der Seil-betriebene Roboter kann weiterhin eine Trägerstruktur umfassen, bei der an beiden Seiten in drehbarer Weise ein Paar von Armkomponenten angelenkt ist, wobei jede Antriebseinheit an der Trägerstruktur befestigt sein kann.
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Jede Antriebseinheit kann ein entsprechendes Seil abwickeln, wenn der Träger das Gelenk entsprechend jeder Antriebseinheit in einer entgegengesetzten Richtung zu einer Aufwicklungsrichtung des entsprechenden Seils dreht.
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Jede Antriebseinheit kann ein entsprechendes Seil aufwickeln, wenn der Träger das Gelenk entsprechend jeder Antriebseinheit in einer Richtung dreht, welche mit der Aufwickelrichtung des entsprechenden Seils zusammenfällt.
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Der Seil-betriebene Roboter kann weiterhin umfassen: eine Zugkraft-Detektionseinheit, welche zwischen einem Ende und dem anderen Ende jedes Seils zur Detektion der Zugkraft eines entsprechenden Seils bereitgestellt ist; und eine Steuerung, welche zum Abwickeln oder Aufwickeln eines entsprechenden Seils eine jeweilige Antriebseinheit aktiviert, um dem entsprechenden Seil zu ermöglichen, eine vorbestimmte Referenzzugkraft einzuhalten, wenn sich ein Gelenk, welches mit dem Seil entsprechend jeder Zugkraft-Detektionseinheit verbunden ist, zur Änderung der Zugkraft des entsprechenden Seils um eine Achse schwenkt.
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Jede Zugkraft-Detektionseinheit kann einen Antriebseinheit-Seitenaufhängungs- (bzw. Halterung-) abschnitt umfassen, von welchem ein Ende mit der Antriebseinheit entsprechend jeder Zugkraft-Detektionseinheit verbunden ist; einen Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnitt, von welchem ein Ende zwischen beiden Enden eines Seils entsprechend jeder Zugkraft-Detektionseinheit verbunden ist und das andere Ende mit dem entsprechenden Antriebseinheit-Seitenaufhängungsabschnitt aufgehängt und angelenkt ist; und einen Drucksensor, welcher an einem Abschnitt bereitgestellt ist, wo sich der Antriebseinheit-Seitenaufhängungsabschnitt und der Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnitt für eine Detektion der auf eine Kontaktoberfläche ausgeübten Druckkraft gegenseitig berühren.
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Unter einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung weiterhin ein Seil-betriebenes Robotersystem bereit, wobei Paare von Armkomponenten Schultergelenke, Ellenbogengelenke und Handgelenke für ein Bewegen mit einer Bewegung eines Trägers umfassen; wobei ein Schulterseil mit dem Paar von Schultergelenken verbunden ist; wobei eine Schulterantriebseinheit sich in Verbindung mit einer Bewegung des Trägers befindet, um so auf die Schultergelenke eine Drehkraft auszuüben, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Schulterseils; wobei ein Ellenbogenseil mit dem Paar von Ellenbogengelenken verbunden ist; wobei eine Ellenbogenantriebseinheit sich in Verbindung mit einer Bewegung des Trägers befindet, um so auf die Ellenbogengelenke eine Drehkraft auszuüben, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Ellenbogenseils; wobei ein Handgelenkseil mit dem Paar von Handgelenken verbunden ist; und wobei sich eine Handgelenkantriebseinheit in Verbindung mit einer Bewegung des Trägers befindet, um so auf die Handgelenke eine Drehkraft auszuüben, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Handgelenkseils.
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In Übereinstimmung mit dem Seil-betriebenen Roboter mit der zuvor erwähnten Struktur kann das Gesamtgewicht des Roboters durch Verringern der Anzahl an Antriebseinheiten zum Betreiben/Betätigen des Roboters reduziert werden, wobei folglich die Last für einen Arbeiter vermindert ist, wodurch die Arbeitsleistung des Arbeiters gesteigert wird.
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Weiterhin ist die Anzahl an Antriebseinheiten im Hinblick auf eine Kosteneinsparung vermindert.
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Figurenliste
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Die obigen und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nun detailliert mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen davon beschrieben, welche in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, und welche hierin im Folgenden lediglich der Darstellung dienen und somit die vorliegende Erfindung nicht beschränken, und wobei:
- 1 eine schematische Darstellung hinsichtlich eines Antreibens bzw. Betätigens des Schulterseils eines Seil-betriebenen Roboters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 2 eine schematische Darstellung hinsichtlich eines Antreibens des Ellenbogenseils des Seil-betriebenen Roboters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 3 eine schematische Darstellung hinsichtlich eines Antreibens des Handgelenkseils des Seil-betriebenen Roboters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Zugkraft-Detektionseinheit in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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Es sei angemerkt, dass die beigefügten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, sondern eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der wie hierin offenbarten vorliegenden Erfindung wiedergeben, einschließlich zum Beispiel bestimmte Abmessungen/Dimensionen, Ausrichtungen, Stellen bzw. Örter, und Formen bzw. Gestalten, welche teilweise durch die spezielle beabsichtigte Anwendung und Verwendungsumgebung bestimmt werden.
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In den Figuren beziehen sich Bezugszeichen auf die gleichen oder äquivalente Merkmale bzw. Elemente der vorliegenden Erfindung in den gesamten Figuren der Zeichnungen.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Im Folgenden wird nunmehr detailliert Bezug auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, wobei die Ausführungsformen in den begleitenden Zeichnungen dargestellt und unten erläutert sind. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben werden wird, wird davon ausgegangen, dass die vorliegende Beschreibung die Erfindung nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken soll. Vielmehr soll die Erfindung die beispielhaften Ausführungsformen als auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen abdecken, welche, wie durch die angefügten Ansprüche definiert, innerhalb des Grundgedankens und Umfanges der Erfindung liegen können.
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Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „zu einem Fahrzeug gehörig“ oder ein anderer wie hierin verwendeter ähnlicher Begriff Motorfahrzeuge allgemein umfasst, wie zum Beispiel Passagierautomobile, einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und dergleichen, und Hybrid-Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und mit anderen alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge umfasst (zum Beispiel Kraftstoffe, welche nicht aus Erdöl gewonnen wurden). Wie hierin bezeichnet, ist ein Hybrid-Fahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehrere Energiequellen aufweist, beispielsweise sowohl mit Benzin betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zwecke der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wie hierin verwendet, sollen die Singular-Formen „ein, eine, eines“ und „der, die, das“ auch die Plural-Formen mit umfassen, es sei denn, dass sich aus dem Zusammenhang in eindeutiger Weise etwas Anderes ergibt. Es wird weiterhin davon ausgegangen, dass die Begriffe „umfasst“ und/oder „umfassend“, bei Verwendung in dieser Beschreibung, das Vorhandensein von genannten Merkmalen, ganzzahligen Werten, Verfahrensschritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzzahligen Werten, Verfahrensschritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfassen der Begriff „und/oder“ jegliche Kombination bzw. Kombinationen eines oder mehrerer der zugewiesenen aufgeführten Gegenstände.
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Im Folgenden wird ein Seil-betriebener Roboter in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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1 bis 3 sind schematische Darstellungen eines Seil-betriebenen Roboters in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Figuren Paare von Armkomponenten 100 einschließlich Schultergelenken 110, Ellenbogengelenken 130 und Handgelenken 150 für ein Betreiben zusammen mit der Bewegung eines Trägers herausstellen; ein mit dem Paar von Schultergelenken 110 verbundenes Schulterseil 211; eine Schulterantriebseinheit 510, welche auf die Schultergelenke 110 eine Drehkraft ausübt, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Schulterseils 211 in Verbindung mit der Bewegung des Trägers; ein mit dem Paar von Ellenbogengelenken 130 verbundenes Ellenbogenseil 231; eine Ellenbogenantriebseinheit 530, welche auf die Ellenbogengelenke 130 eine Drehkraft ausübt, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Ellenbogenseils 231 in Verbindung mit der Bewegung des Trägers; ein mit dem Paar von Handgelenken 150 verbundenes Handgelenkseil 251; und eine Handgelenkantriebseinheit 550, welche auf die Handgelenke 150 eine Drehkraft ausübt, und zwar durch Aufwickeln oder Abwickeln des Handgelenkseils 251 in Verbindung mit der Bewegung des Trägers.
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Bei näherem Detail umfasst der Seil-betriebene Roboter weiterhin eine Trägerstruktur 170, an deren beiden Seiten in drehbare Weise ein Paar an Armkomponenten 100 angelenkt sind, wobei jede Antriebseinheit 510, 530 oder 550 vorzugsweise zur Befestigung an der Trägerstruktur 170 ausgebildet.
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Die Trägerstruktur 170, welche zum Rücken des Trägers hin gerichtet an dessen Rückseite (Rücken) angeordnet ist, wird vom Träger in unterstützender Weise getragen, wobei das Paar von Armkomponenten 100 mit beiden oberen Enden der Trägerstruktur 170 für einen Betrieb/eine Betätigung zusammen mit dem Arm des Trägers verbunden bzw. angelenkt ist. Dabei bewegen sich die Armkomponenten 100 unabhängig voneinander, wobei die Gelenke 110, 130 und 150 jeder Armkomponente 100 für eine relative Drehbarkeit hinsichtlich einer Mehrzahl von in der Armkomponente 100 bereitgestellten Verbindungselementen ausgebildet sind, wobei ein Greifabschnitt 160, welcher vom Träger gehalten werden kann, an einem Ende des Handgelenkes 150 der Armkomponente 100 bereitgestellt ist, wobei folglich, wenn der Träger durch Halten des Greifabschnittes 160 den Arm bewegt, sich die Armkomponente 100 gleichzeitig bewegen kann.
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Dabei sind die Antriebseinheiten 510, 530 und 550 in der Trägerstruktur 170 bereitgestellt, wobei sich folglich ein Gewicht auf den Rücken des Trägers konzentriert, wobei die Antriebseinheiten 510, 530 und 550 nicht in der Armkomponente 100 installiert sind, wodurch das Gewicht der Armkomponente 100 verringert wird. Aus diesem Grund ermüdet der Träger beim Bewegen der Armkomponente 100 weniger.
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Dabei sind jeweils beide Enden jedes Seils 211, 231 oder 251 mit einem Paar von dazu entsprechenden Gelenken verbunden, wobei es von Vorteil ist, dass die entsprechenden Antriebseinheiten 510, 530 und 550 zwischen beiden Enden der Seile 211, 231 und 251 entsprechend dazu verbunden sind, um die Seile 211, 231 und 251 entsprechend dazu abzuwickeln oder aufzuwickeln.
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Insbesondere sind jeweils beide Enden des Schulterseils 211 über die Oberseite der Trägerstruktur 170 mit einem Paar von Schultergelenken 110 verbunden; beide Enden des Ellenbogenseils 231 sind über die Oberseite der Trägerstruktur 170 und das Schultergelenk 110 mit einem Paar von Ellenbogengelenken 130 verbunden; und beide Enden des Handgelenkseils 251 sind über die Oberseite der Trägerstruktur 170 und das Schultergelenk 110 und das Ellenbogengelenk 130 mit einem Paar von Handgelenken 550 verbunden.
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Die Drehkraft-wirkende Richtung des Gelenkes kann durch Aufwickeln der Seile 211, 231 und 251 geändert werden, und zwar in Abhängigkeit von der Position, wo das entsprechende Gelenk jedes Seils 211, 231 oder 251 verbunden ist, wobei die verbundene Position folglich vorzugsweise in Übereinstimmung mit der Verwendung eines Roboters und des Arbeitsablaufes eines Arbeiters bestimmt wird.
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Jedoch ist allgemein, da ein Trag-Roboter für eine zusätzliche Unterstützungskraft hergestellt ist, wenn der Arbeiter ein schweres Gewicht hebt, jedes Seil 211, 231 oder 251 vorzugsweise mit einem entsprechenden Gelenk in Übereinstimmung mit der Drehrichtung des Gelenkes des Arbeiters verbunden. Beispielsweise ist, in dem Fall des Ellenbogengelenkes, da sich das Gelenk nach oben dreht, das heißt, sich hin zu der Schulter dreht, wenn der Arbeiter das Gewicht hebt, ein Ende des Ellenbogenseils 231 vorzugsweise mit dem sich nach oben bewegenden Ellenbogengelenk 130 verbunden.
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Dabei sind ein Schulterantriebseinheitseil 213, ein Ellenbogenantriebseinheit seil 233 und ein Handgelenkantriebseinheitseil 253, dessen Enden mit den entsprechenden Seilen 211, 231 und 251 verbunden sind, jeweils in den Antriebseinheiten 510, 530 und 550 bereitgestellt, wobei die Schulterantriebseinheit 510, die Ellenbogenantriebseinheit 530 und die Handgelenkantriebseinheit 550 jeweils mit den Antriebseinheit-Seilen 213, 233 und 253 verbunden sind, um ein Abwickeln oder Aufwickeln der entsprechenden Antriebseinheitseile 213, 233 und 253 zu unterstützen. Jede Antriebseinheit 510, 530 oder 550 wird vorzugsweise mit einem Motor mit einer Drehwelle versehen.
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Beispielsweise ist ein Ende des Schulterantriebseinheitseils 213 zwischen beiden Enden des Schulterseils 211 verbunden, wobei das andere Ende des Schulterantriebseinheitseils 213 mit der Schulterantriebseinheit 510 verbunden ist, wobei das Schulterseil 211 folglich bei einem Aufwickeln oder Abwickeln des Schulterantriebseinheit seils 213 aufgewickelt oder freigegeben wird.
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Die entsprechenden Seile 211, 231 und 251 sind jeweils mit den Enden der entsprechenden Antriebseinheitseile 213, 233 und 253 in einer Halterungsstruktur verbunden, um sich in vorteilhafter Weise in drehbarer Weise hinsichtlich der Antriebseinheit-Seile 213, 233 und 253 zu bewegen. Folglich kann sich ein Paar von Gelenken 110, 130 und 150 auf unterschiedliche Art und Weise voneinander bewegen. Die Halterungs- bzw. Aufhängungsstruktur wird im Folgenden erläutert.
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Dabei treiben die entsprechenden Antriebseinheiten 510, 530 und 550 in vorteilhafter Weise die Gelenke an, um die entsprechenden Seile 211, 231 und 251 aufzuwickeln, wenn der Träger die Gelenke entsprechend der jeweiligen Antriebseinheiten 510, 530 und 550 in Richtungen dreht, welche mit Aufwickelrichtungen der Seile 211, 231 und 251 zusammenfallen.
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Somit wird die Zugkraft jedes Seils 211, 231 oder 251 zur Sensierung bzw. Messung der Drehrichtung der entsprechenden Gelenke 110, 130 und 150 bei einem Erhöhen oder einem Erniedrigen der Zugkraft detektiert, wobei vorzugsweise eine Steuerung 600 bereitgestellt ist, um die Antriebseinheiten 510, 530 und 550 durch Rotation bzw. Drehung der Gelenke 110, 130 und 150 zu steuern.
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Weiterhin können Zugkraft-Detektionseinheiten 301, 302 und 303 an Abschnitten bereitgestellt werden, wo die entsprechenden Seile 211, 231 und 251 mit den Enden der jeweiligen entsprechenden Antriebseinheitseile 213, 233 und 253 zur Feststellung der Zugkraft verbunden sind. Die Zugkraft-Detektionseinheiten 301, 302 und 303 bestehen aus einer Schulter-Zugkraft-Detektionseinheit 301, welche eine Zugkraft des Schulterseils 211 detektiert, eine Ellenbogen-Zugkraft-Detektionseinheit 302, welche die Zugkraft des Ellenbogenseils 231 detektiert, und einer Handgelenk-Zugkraft-Detektionseinheit 303, welche die Zugkraft des Handgelenkseils 251 detektiert.
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Bei Beschreibung der Zugkraft-Detektionseinheiten 301, 302 und 303 mit Bezug auf 4 sind die Zugkraft-Detektionseinheiten 301, 302 und 303 derart bereitgestellt, um einen Antriebseinheit-Seitenaufhängungs- (d.h. Halterungs-) abschnitt 330 zu umfassen, bei welchem ein Ende mit den Antriebseinheitseilen 213, 233 und 253 verbunden ist; einen Armkomponenten-Seitenaufhängungabschnitt 310, bei welchem ein Ende mit den Seilen 211, 231 und 251 verbunden ist und das andere Ende mit dem Antriebseinheit-Seitenaufhängungsabschnitt 330 aufgehängt und angelenkt ist; und einen Drucksensor 350, welcher an einem Abschnitt bereitgestellt ist, wo der Antriebseinheit-Seitenaufhängungsabschnitt 330 und der Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnitt 310 sich berühren, um eine auf eine Kontaktoberfläche ausgeübte Druckkraft zu detektieren.
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Der Antriebseinheit-Seitenaufhängungsabschnitt 330 und der Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnitt 310, welche als Platten von viereckiger Rahmengestalt gebogen sind, sind vorzugsweise bereitgestellt, um sich gegenseitig in vertikaler Weise zu überkreuzen und die Trägerstruktur mit Komponenten mit Innenflächen zu bilden, wobei sich die anderen jeweiligen Enden einander gegenüberstehen. Da die Ringe in einer gegenseitig kreuzweisen Art und Weise aufgehängt sind, selbst obwohl die Seile 211, 231 und 251 gelockert sind, können die Seile 211, 231 und 251 ohne miteinander verbunden zu sein, angeordnet werden, wobei die Aufhängungsabschnitte derart durch die Platten gebildet werden, wobei die Aufhängungsabschnitte folglich mit einer großen Berührungsfläche versehen sind, wodurch eine stabile Verbindung erzielt wird. Dabei kann der Drucksensor 350 als ein Sensor, welcher einen auf eine Oberfläche des Drucksensors 350 ausgeübte Druckkraft bzw. Druck detektiert, ein Kraftaufnehmer sein.
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Der Drucksensor 350 ist auf einer inneren Oberfläche des anderen Endes des Antriebseinheit-Seitenaufhängungsabschnittes 330 oder des Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnittes 310 installiert, um eine auf die Antriebseinheitseile 213, 233 und 353 und die Seile 211, 231 und 251 ausgeübte Zugkraft zu messen, und da die Antriebseinheitseile 213, 233 und 253 und die Seile 211, 231 und 251 durch Verbinden der entsprechenden Aufhängungsabschnitte 310 und 330 miteinander verbunden sind, weisen die Antriebseinheitseile 213, 233, und 253 und die Seile 211, 231 und 251 die gleiche Zugkraft auf und da die innere Oberfläche der anderen Enden der jeweiligen Aufhängungsabschnitte 310 und 330 einander berühren, wenn in den Seilen 211, 231 und 251 die Zugkraft erzeugt wird, wird der an der Berührungsposition bereitgestellte Drucksensor 350 proportional zur Zugkraft unter Druck gesetzt, um die Zugkraft der Seile 211, 231 und 251 zu detektieren.
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Weiterhin ist eine Rolle 313 an einem Ende des Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnitts 310 bereitgestellt, wobei ein Raum zwischen beiden Enden jedes Seils 211, 231 oder 251 in herabhängender Weise von der Rolle 313 bereitgestellt sein kann. Eine Ausnehmung bzw. Nut ist mittig an einer Außenumfangsfläche der Rolle 313 ausgebildet, um vorzugsweise zu vermeiden, dass sich das Seil loslöst bzw. „abrutscht.
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Da beide Enden jedes Seils 211, 231 oder 251 mit unterschiedlichen Armkomponenten 100 verbunden sind, kann über die Antriebseinheiten 510, 530 und 550 die gleiche Betätigungskraft auf unterschiedliche Gelenke 110, 130 und 150 ausgeübt werden.
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Weiterhin ist jede Zugkraft-Detektionseinheit 301, 302 oder 303 vorzugsweise in der Trägerstruktur 170 installiert, wobei eine Schiene 410, welche ermöglicht, dass der Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnitt 310 anlenkbar und bewegbar ist, an einer Position entsprechend des Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnittes 310 in der Trägerstruktur 170 bereitgestellt ist, wobei die Schiene 410 in einer Bewegungsrichtung des Armkomponenten-Seitenaufhängungsabschnittes 310 angeordnet ist, wobei bei Abwicklung bzw. Aufwicklung der Antriebseinheit-Seile 213, 233 und 253 auf bzw. von den entsprechenden Antriebseinheiten 510, 530 und 550 sich die Antriebseinheit-Seile 213, 233 und 252 auf der Schiene 410 bewegen.
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Im Folgenden werden zum Zwecke der Beschreibung eines Betätigungsschrittes bzw. Betätigungsvorganges Fälle bzw. Beispiele hinsichtlich des in 2 dargestellten Ellenbogengelenkes 130 und des Ellenbogenseils 231 erörtert. Der gleiche Betätigungsvorgang kann für jedes Seil 211, 231 oder 251 sowie jede Antriebseinheit 510, 530 oder 550 und jedes Gelenk 110, 130 oder 150 ausgeführt werden.
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Wenn der Träger den Ellenbogen beugt, das heißt, wenn sich der Ellenbogen nach oben dreht/bewegt, dann dreht sich folglich das Ellenbogengelenk 130 in beugender Weise nach oben und das mit dem Ellenbogengelenk 30 verbundene Ellenbogenseil 231 wird gelockert bzw. freigegeben. Dementsprechend vermindert sich die Zugkraft des Ellenbogenseils 231, wobei die Steuerung 600, welche vom Drucksensor 350 einen Zugkraftwert aufnimmt, die Ellenbogenantriebeinheit 530 zur Aufwicklung des Ellenbogenantriebseinheitseils 233 antreibt. Daher wirkt die Aufwicklungskraft auf das Ellenbogenseil 231, wobei eine nach oben gerichtete Aufwicklungskraft auf das Ellenbogengelenk 130 wirkt, und folglich wird eine Unterstützungskraft ausgeübt, so dass der Arbeiter auf einfache Art und Weise das Gewicht anheben kann. Die Aufwicklungskraft durch das Ellenbogenseil 231 wirkt auf ein Paar von Ellenbogengelenken 130 mit einer Kraft der gleichen Größenordnung.
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Weiterhin können die entsprechenden Antriebseinheiten 510, 530 und 550 vorzugsweise die Gelenke betätigen bzw. aktivieren, um die entsprechenden Seile 211, 231 und 251 abzuwickeln, wenn der Träger die Gelenke entsprechend der jeweiligen Antriebseinheiten 510, 530 und 550 in die entgegengesetzte Richtung zu den Aufwickelrichtungen der Seile 211, 231 und 251 dreht.
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Nochmals mit Bezug auf die Fälle bzw. Beispiele des Ellenbogenseils 231 und des Ellenbogengelenkes 130, wenn das Ellenbogengelenk 130 „entbeugt“ wird, das heißt, wenn sich das Ellenbogengelenk 130 nach unten dreht, dann wird das Ellenbogenseil 231 gezogen und die Zugkraft dementsprechend erhöht. Dementsprechend wickelt die Steuerung 600 das Ellenbogenantriebseinheitseil 233 durch Aktiveren bzw. Betätigen der Ellenbogenantriebseinheit 530 ab, wobei folglich das Ellenbogenseil 231 gelockert bzw. freigegeben wird. Daher ist eine Reduzierung der Ermüdung möglich, welche der Träger beim Drehen des Ellenbogengelenkes 130 wahrnimmt.
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Eine Bezugszugkraft wird in der Steuerung 600 eingestellt, wobei die Antriebseinheiten 510, 530 und 550 folglich vorzugsweise derart betätigt werden, so dass die Zugkraft der Seile 211, 231 und 251 auf den Bezugszugkraftwert zurückgewonnen wird, wann auch immer die Zugkraft der Seile 211, 231 und 251 größer oder kleiner als ein Bezugszugkraftwert wird. Die Bezugszugkraft kann entsprechend der Arbeitsumgebung des Arbeiters und der Art der Arbeit eingestellt bzw. geändert werden.
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Entsprechend dem Seil-betriebenen Roboter mit der zuvorerwähnten Struktur kann das Gesamtgewicht des Roboters durch Vermindern der Anzahl an Antriebseinheiten zum Betreiben des Roboters reduziert werden, wobei folglich die Last für einen Arbeiter verringert ist bzw. wird, wodurch die Arbeitsleistung des Arbeiters ansteigt.
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Weiterhin wird die Anzahl an Antriebseinheiten zur Kosteneinsparung vermindert.
