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Hintergrund
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter, und insbesondere eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter, welche ein Gelenk des Roboters bei einem Zusammenstoß bzw. einer Kollision (vor einer Beschädigung) schützt.
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Beschreibung des Standes der Technik
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Mit der Verbreitung eines Anwendungsbereiches von Robotern als auch der Entwicklung verschiedenartiger Techniken haben Serviceroboter eine weitergehendere Entwicklung erfahren und eine breite Verwendung gefunden. Solche Serviceroboter umfassen typischerweise: Roboter in nicht-produzierenden Unternehmen bzw. Industrien, wie zum Beispiel medizinische bzw. ärztliche Betreuung, Pflege, Montage; Roboter in Arbeitsumgebungen mit hohem Risiko; und „persönliche” Roboter, welche in unterstützender Weise dem Menschen dienen. Es wird davon ausgegangen, dass solche Roboter zukünftig mehrere verschiedene Formen bzw. Ausführungsformen aufweisen.
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Dabei ist eine erforderliche Voraussetzung, wenn Roboter, wie zum Beispiel Serviceroboter und menschenähnliche Roboter und koexistieren, die sogenannte „Sicherheit für den Menschen” („human safety”). Jedoch kann mit dem Größerwerden hinsichtlich der Aktivitätsspielräume, welche Menschen und Roboter gemeinsam nutzen, eine unbeabsichtigte (negative) Beeinträchtigung auftreten, welche möglicherweise zu Unfällen führt. Unterschiedliche Untersuchungen werden derzeit zur zufriedenstellenden Erfüllung von sowohl Sicherheit als auch Leistung aktiv durchgeführt, um die Sicherheit dieser Roboter zu verbessern. Hinsichtlich variabler Festigkeitseinheiten wird derzeit zum Zwecke der Sicherstellung von Sicherheit auf diese Art und Weise geforscht. Jedoch sind die meisten Sicherheitsgelenkmechanismen auf eine Anwendung für kommerzielle Roboter beschränkt, und zwar aufgrund von Größe, Gewicht und Komplexität der Steuerung. Weiterhin erfordern Mechanismen zur Vermeidung von Zusammenstößen, welche eine Beschädigung verursachen können, unter Verwendung eines elektronischen aktiven Steuersystems im Allgemeinen ein relativ kostenintensives Sensormodul und einen komplexen Steueralgorithmus. Weiterhin hängt die Reaktionsgeschwindigkeit des Ansprechverhaltens eines Sensors und eines Aktuators ab.
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Eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter gemäß dem Stand der Technik umfasst eine Halterung und eine Dreheinheit, welche in rotierbarer Weise mit der Halterung gekoppelt ist. Die Dreheinheit umfasst eine Mitnehmereinheit, welche derart installiert ist, um von der Mitte der Dreheinheit hervorzustehen. Die Halterung umfasst eine Mehrzahl von Mitnehmerelementen, von denen jedes in drehbarer Weise an einem Ende davon gekoppelt ist und mit der Mitnehmereinheit am anderen Ende davon in Kontakt kommt; und elastische Einheiten, welche eine elastische Kraft auf die Mitnehmerelemente ausüben, um eine Drehbewegung der Dreheinheit zu begrenzen. Bei Ausübung einer Kraft auf die Dreheinheit, wobei die Kraft gleich oder größer als ein kritisches Drehmoment ist, wird die Mitnehmereinheit von den Mitnehmerelementen getrennt bzw. entkoppelt. Jedoch weist die Sicherheitsgelenkvorrichtung eine komplexe Struktur auf und ist schwierig zu steuern.
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Das Vorangegangene dient lediglich als Unterstützung beim Verständnis des Hintergrundes der vorliegenden Erfindung, wobei nicht beabsichtigt sein soll, dass die vorliegende Erfindung in den Bereich des Standes der Technik fällt, welcher dem Fachmann bereits bekannt ist.
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Zusammenfassung
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Dementsprechend stellt die vorliegende Erfindung eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter bereit, welcher eine vereinfachte Struktur bereitstellt, und bei einem Zusammenstoß eine Beschädigung am Roboter als auch am Kollisionsgegenstand (dem „Gegenstück”) minimiert bzw. verringert.
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Zur Erzielung des obigen Gegenstandes kann in Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter umfassen: Eine rohrförmige Halterung mit einem Innenraum (beispielsweise einer durch die Halterung hindurch verlaufenden Öffnung); ein Drehelement, welches in drehbarer Weise in den Hohlraum der Halterung eingefügt ist; und elastische Elemente, von denen jedes an der Halterung auf einer ersten Seite davon und einem Kopplungselement auf einer zweiten Seite davon zur Bildung eines vorbestimmten Winkels befestigt sein kann. Das Kopplungselement kann für das Drehelement bereitgestellt sein.
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Insbesondere kann die Halterung auf einer inneren umfänglichen Oberfläche davon ausgebildete Gewindegänge (bzw. ein Gewinde) aufweisen, wobei das Drehelement auf einer äußeren Oberfläche davon ausgebildete Gewindegänge (bzw. ein Gewinde) aufweisen kann, so dass die Gewindegänge der Halterung und die Gewindegänge des Drehelementes einander entsprechen bzw. zueinander „passen”. Weiterhin kann das Drehelement eine Stangenform aufweisen und ein Unterstützungselement umfassen, welches in kreuzartiger Weise in Bezug auf die Halterung angeordnet ist. Zusätzlich kann das Unterstützungselement entgegengesetzte Enden aufweisen, welche entlang der Halterung bogenförmig ausgebildet sind und in engen Kontakt mit der Halterung kommen. Das Drehelement kann eine Mehrzahl von Unterstützungselementen umfassen, wobei jedes Unterstützungselement eine kreuzförmige Oberseite aufweisen kann. Das Drehelement kann eine Verlängerung aufweisen, welche derart ausgebildet ist, um sich in einer nach unten gerichteten Richtung zu erstrecken und kann einen transversalen Querschnitt in einer „T”-Form aufweisen. Weiterhin können die elastischen Elemente an beiden Seiten des Drehelementes gekoppelt sein. Bei Auftreten eines Stoßes kann das Drehelement in linearer Weise mit Hilfe der Gewindegänge und entlang dieser mit einer Drehbewegung bewegt werden. Das Kopplungselement kann eine in einer vertikalen Richtung ausgebildete Stangenform aufweisen, und kann mit Hilfe der elastischen Elemente hin zum Drehelement gezogen werden. Zusätzlich kann eine Mehrzahl von Stoppelementen auf einer unteren Seite jedes Kopplungselementes ausgebildet sein, wobei die Kopplungselemente in Kontakt mit den Stoppelementen kommen können, und zwar zur Vermeidung einer Bewegung hin zueinander.
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In Übereinstimmung mit der Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter mit der oben beschriebenen Struktur können die elastischen Elemente unter einem vorbestimmten Winkel befestigt sein und können der Vorrichtung eine variable Festigkeit geben, wodurch bei einer Kollision bzw. einem Zusammenstoß ein Stoß absorbiert wird. Eine solche variable Festigkeit kann durch Anpassen des Winkels der elastischen Elemente erreicht werden. Dementsprechend kann ein Konstruktionsfreiheitsgrad erhöht werden, wobei der Stoß noch weiter absorbiert werden kann. Somit kann eine im Wesentlichen gleichmäßige Stoßabsorption möglich sein, wobei das Gelenk des Roboters in sicherer Weise vor einem äußeren Stoß geschützt werden kann. Es kann ein Minimum an mechanischen Komponenten zur Erlangung einer einfachen Struktur verwendet werden, zur Reduzierung von (Bau-)Raum, zur Vereinfachung einer Wartung und Reduzierung von Kosten. Die Sicherheitsgelenkvorrichtung kann direkt für das Gelenk des Roboters angewendet werden. Weiterhin kann die Sicherheitsgelenkvorrichtung an bzw. für Sicherheitsscharniere eines Fahrzeuges angewendet werden, wobei ein modularer Gelenk-Antriebsmechanismus einschließlich der Sicherheitsgelenke entwickelt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die obigen und weitere Gegenstände, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen auf klarere Art und Weise verständlich, in denen:
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1 eine beispielhafte Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 und 3 beispielhafte Zustände zeigen, in denen das Drehelement auf 1 im Gegenuhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn gedreht ist, und zwar in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 eine beispielhafte Kurve variabler Festigkeit in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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5 eine beispielhafte Kurve zeigt, wenn die Sicherheitsgelenkvorrichtung an einem Roboter angewendet ist bzw. wird, und zwar in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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6 und 7 eine beispielhafte herkömmliche Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter gemäß dem Stand der Technik zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird davon ausgegangen, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „zu einem Fahrzeug gehörig” oder ein anderer wie hierin verwendeter ähnlicher Ausdruck Motorfahrzeuge im Allgemeinen umfasst, wie zum Beispiel Passagierfahrzeuge, einschließlich Sports Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Luftfahrzeuge und der gleichen, und Hybrid-Fahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmotor, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und mit anderen alternativen Kraftstoffen betriebene Fahrzeuge umfasst (beispielsweise Kraftstoffe, welche nicht aus Erdöl gewonnen werden).
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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 wird, sollen die Singular-Formen „ein, eine, eines” und „der, die, das” ebenso die Pluralformen umfassen, es sei denn, dass sich aus dem Zusammenhang in eindeutiger und klarer 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, Schritten, Vorgängen, Elementen und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht die Anwesenheit oder Hinzufügung eines oder mehrerer weiterer Merkmale, ganzzahliger Werte, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder” jegliche und alle Kombinationen eines oder mehrerer der zugewiesenen aufgeführten Gegenstände.
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Wie hierin verwendet, es sei denn, dass hinsichtlich des Zusammenhanges etwas ausdrücklich genannt oder offensichtlich ist, soll der Begriff „etwa” innerhalb eines Bereiches von normaler Abweichung im Stand der Technik liegen, beispielsweise innerhalb von zwei Standardabweichungen vom Mittelwert. „Etwa” kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des genannten Wertes liegen. Es sei denn, dass es sich auf sonstige Weise aus dem Zusammenhang ergibt, sind alle hierin bereitgestellten numerischen Werte mit dem Begriff „etwa” versehen.
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Im Folgenden wird eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden detailliert mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen behandelt. 1 zeigt eine beispielhafte Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 und 3 zeigen beispielhafte Zustände, bei welchen das Drehelement aus 1 im Gegenuhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn gedreht wird bzw. ist. 4 zeigt eine beispielhafte Kurve hinsichtlich einer variablen Festigkeit. 5 zeigt eine beispielhafte Kurve, wenn die Sicherheitsgelenkvorrichtung an dem Roboter angewendet ist/wird. Zusätzlich zeigen 6 und 7 eine beispielhafte herkömmliche Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter.
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Eine Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann umfassen: Eine rohrförmige Halterung 100 mit einem Inneren 110 (zum Beispiel eine durch die Halterung verlaufende Öffnung); ein Drehelement 300, welches in drehbarer Weise in das Innere 110 der Halterung 100 eingefügt ist; und eine Mehrzahl von elastischen Elementen 500, wobei jedes davon an der Halterung 100 auf einer ersten Seite davon und einem Kopplungselement 370 auf einer zweiten Seite davon zur Bildung eines vorbestimmten Winkels Φ in fixierender Weise befestigt sein kann, wobei das Kopplungselement 370 für das Drehelement 300 bereitgestellt sein kann.
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Zusätzlich kann die Halterung 100 eine vorbestimmte Höhe aufweisen und kann eine Form bzw. Gestalt eines Rohres mit dem Innenraum 110 aufweisen, wobei das Drehelement 300 mit dem Innenraum 110 gekoppelt sein kann. Das Drehelement 300 kann ein oberes Unterstützungselement 330 und eine untere Verlängerung 350 umfassen. Das Unterstützungselement 330 des Drehelementes 300 kann eine Stangenform aufweisen, und kann in kreuzartiger Weise hinsichtlich der Halterung 100 ausgebildet sein, insbesondere, so dass das Unterstützungselement 330 die Mittelachse der Halterung 100 passiert bzw. derartig angeordnet ist. Weiterhin kann ein Ende des Unterstützungselementes 330 entlang einer inneren umfänglichen Oberfläche der Halterung 100 bogenförmig ausgebildet sein, und kann in vertikaler Weise in das Innere der Halterung 100 um eine vorbestimmte Tiefe eingefügt bzw. herausgezogen sein. Die innere umfängliche Oberfläche der Halterung 100 kann eine Mehrzahl von Gewindegängen 130 umfassen, wobei eine äußere Oberfläche des Drehelementes 300 eine Mehrzahl von Gewindegängen 310 umfassen kann. Die Gewindegänge 130 der Halterung 100 und die Gewindegänge 310 des Drehelementes 300 können aufeinander abgestimmt sein bzw. zusammenpassen. Somit kann eine vertikale Linearbewegung entsprechend der Drehung des Drehelementes 300 in systematischerer Weise durchgeführt werden.
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Weiterhin kann eine Mehrzahl von Unterstützungselementen 330 ausgebildet sein. In der beispielhaften Ausführungsform können zwei Unterstützungselemente 330 mit einem Winkel von etwa 90° zueinander ausgebildet sein. Somit können die zwei Unterstützungselemente 330 mit ihrer Oberseite eine Kreuzform aufweisend ausgebildet sein. Zusätzlich kann das Drehelement 300 die Verlängerung 350 aufweisen, welche derartig ausgebildet ist, um sich von dort nach unten zu erstrecken, wobei ein transversaler Querschnitt des Drehelementes 300 die Gestalt eines „T” aufweisen kann. Dementsprechend kann die Verlängerung 350 als die wesentliche Mitte der Schwerkraft funktionieren, wenn das Drehelement 300 aufgrund eines Stoßes bzw. einer Kollision gedreht wird.
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Jedes elastische Element 500 kann mit der Halterung 100 und dem Drehelement 300 gekoppelt sein. Wie in 1 gezeigt ist, kann ein erstes Ende des elastischen Elementes 500 an einer unteren Seite der Halterung 100 befestigt sein, wobei ein zweites Ende des elastischen Elementes 500 an einer oberen Seite des für das Drehelement 300 bereitgestellten Kopplungselementes 370 befestigt sein kann. Dementsprechend kann das elastische Element 500 mit Bezug auf den Boden der Halterung 100 einen vorbestimmten Winkel Φ aufweisen. Alternativ kann ein solcher vorbestimmter Winkel Φ entsprechend einer Position bestimmt werden, bei welcher das elastische Element 500 gekoppelt ist. Beispielsweise kann das elastische Element 500 mit einer oberen Seite der Halterung 100 und einer unteren Seite des Kopplungselementes 370 gekoppelt sein. Die elastischen Elemente 500 können mit beiden Seiten jedes Unterstützungselementes 330 des Drehelementes 300 gekoppelt sein. Jedoch kann diese Struktur ohne Beschränkung hinsichtlich Design und Umgebung verändert werden.
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Jedes Kopplungselement 370 kann in vertikaler Weise in einer Stangen- oder Platten-Form ausgebildet sein. Die Kopplungselemente 370 können von den elastischen Elementen 500 hin zu den Drehelementen 300 gezogen werden, und dabei in elastischer Art und Weise unterstützt werden. Ein Stoppelement 390 kann auf einer unteren Seite jedes Kopplungselementes 370 ausgebildet sein, und kann sich hin zu der Verlängerung 350 erstrecken, um zu vermeiden, dass sich jedes Kopplungselement 370 zu innerhalb eines vorbestimmten Abstandes verengt. Zusätzlich können, und zwar bei Rotation des Drehelementes 300 aufgrund eines Stoßes, die Kopplungselemente 370 mit Hilfe der Verlängerung 350 in die Drehrichtung gedrückt und geschoben werden, wobei somit die elastischen Elemente 500 komprimiert werden können. In 1 ist gezeigt, dass die Kopplungselemente 370 sich parallel zueinander bewegen können. Jedoch können die Kopplungselemente 370 derart konstruiert sein, um in engen Kontakt mit dem Drehelement 300 zu kommen und sich zu bewegen, um etwa den gleichen Winkel wie das Rotationselement 300 aufzuweisen.
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2 zeigt einen Zustand, bei welchem das Drehelement 300 um einen vorbestimmten Winkel Φ entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, kann das Drehelement 300 im Gegenuhrzeigersinn durch einen Stoß in einen Normalzustand wie in 1 gezeigt gedreht werden, wobei das Drehelement 300 in linearer Art und Weise aufwärts mit Hilfe der Gewindegänge 130 der Halterung 100 und der Gewindegänge 310 des Drehelementes 300 verlagerbar bzw. bewegbar ist. Im Vergleich mit einer Referenzlinie aus 1 kann die Oberseite des Unterstützungselementes 330 des Drehelementes 300 sich relativ zu der Oberseite des Unterstützungselementes 330 in dem Normalzustand bewegen.
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Als eine Folge der oben-erwähnten Bewegung können die elastischen Elemente 500, welche an einer oberen rechten Seiten und einer unteren linken Seite mit Bezug auf die Mittelachse des Drehelementes 300 angeordnet sind, in einem Stoß-freien Zustand gehalten werden, das heißt, in dem Normalzustand, und zwar mit Hilfe der Kopplungselemente 370, wobei sich das Drehelement 300 nach oben bewegt. Jedoch können die elastischen Elemente 500, welche an einer oberen linken Seite und einer unteren rechten Seite angeordnet sind, aufgrund der Drehbewegung und der linearen Bewegung des Drehelementes 300 komprimiert werden, und zwar im Vergleich zu den im Normalzustand gehaltenen elastischen Elementen 500, wobei somit ein Winkel gebildet werden kann, welcher kleiner als der vorbestimmte Winkel Φ sein kann (was zum einfachen Verständnis in der Zeichnung als ein Winkel von fast 0° dargestellt ist).
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Im Gegensatz zu 2 zeigt 3 einen Zustand, bei welchem das Drehelement 300 im Uhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkel Φ gedreht ist. Wie aus 3 erkannt werden kann, kann das Drehelement 300 mit Hilfe eines ausgeübten Stoßes in den Normalzustand der 1 im Uhrzeigersinn gedreht werden, wobei das Drehelement 300 auf lineare Art und Weise mit Hilfe der Gewindegänge 130 der Halterung 100 und der Gewindegänge 310 des Drehelementes 300 nach unten verlagerbar bzw. bewegbar ist. Im Vergleich mit der Bezugslinie der 1 kann die Oberseite des Unterstützungselementes 330 des Drehelementes 300 sich nach unten relativ zu der Oberseite des Unterstützungselementes 330 in dem Normalzustand bewegen.
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Als ein Ergebnis der oben-erwähnten Bewegung können die elastischen Elemente 500, welche an der oberen linken Seite und der unteren rechten Seite mit Bezug auf die Mittelachse des Drehelementes 300 angeordnet sind, mit Hilfe der Kopplungselemente 370 in dem Normalzustand aufrechterhalten werden, wobei sich das Drehelement 300 in eine Richtung nach unten bewegt. Jedoch können die elastischen Elemente 500, welche an der oberen rechten Seite und der unteren linken Seite angeordnet sind, aufgrund der Drehbewegung und der Linearbewegung des Drehelementes 300 komprimiert werden, und zwar im Vergleich zu den elastischen Elementen 500 im Normalzustand, wobei somit ein Winkel ausgebildet werden kann, welcher kleiner als der vorbestimmte Winkel Φ ist (was zum einfachen Verständnis in der Zeichnung als ein Winkel von fast 0° dargestellt ist). Dementsprechend kann ein Ausmaß an Stoß-Absorption erhöht werden.
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Wie aus 2 und 3 ersichtlich ist, zeigt das Drehelement 300 bei Auftreten des Stoßes eine variable Festigkeitseigenschaft, und zwar aufgrund der elastischen Elemente 500, welche unter dem vorbestimmten Winkel Φ ausgebildet sind, so dass sich das Drehelement 300 auf lineare Art und Weise aufgrund der Gewindegänge entlang der Drehbewegung, welche durch den Stoß verursacht ist, bewegt, wobei somit eine „sanftere” bzw. gleichmäßigere Stoß-Absorption und platzsparende Stoß-Absorption möglich sein kann. Zusätzlich kann ein Kompressionsausmaß der elastischen Elemente 500 im Vergleich zum Stand der Technik erhöht sein, wobei somit das Ausmaß an Stoß-Absorption vergrößert werden kann.
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Eine Rückstell-Kraft der elastischen Elemente 500, welche in einer Drehmomentrichtung zur Kompensation des Stoßes ausgeübt wird, kann eine transversale Kraft sein, wobei diese als FT definiert sein kann, da die elastischen Elemente 500 mit Bezug auf den Boden der Halterung 100 einen vorbestimmten Winkel Φ aufweisen können. Eine Rückstell-Kraft der in einer Längsrichtung betätigten elastischen Elemente 500 kann als FS definiert sein. In diesem Fall genügt cosΦ = FT/FS. Somit kann ein Wert von FT, welcher die Rückstell-Kraft ist, mit Hilfe einer Gleichung FT = FS × cosΦ erhalten werden. Wie in 4 gezeigt ist, zeigt auf Basis der Gleichung die Rückstell-Kraft der elastischen Elemente 500 der vorliegenden Erfindung keine bestehende lineare Eigenschaft B, sondern zeigt ein Verhalten bzw. eine Eigenschaft einer Kosinuskurve der aufgetragenen Kurve A.
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5 zeigt einen Zustand, bei welchem die Sicherheitsgelenkvorrichtung an einem Roboter angewendet ist. Bei Ausübung eines Stoßes an einem beweglichen Gelenk des Roboters während einer Drehbewegung kann ein Reaktions-Stoß (das heißt, als Folge des ursprünglichen Stoßes) mit etwa der gleichen Stärke wie der ausgeübte Stoß an einem Gegenstand ausgeübt werden, welcher mit dem Roboter zusammengestoßen ist, und zwar aufgrund des Gesetzes von Aktion und Reaktion. Da die Rückstell-Kraft der herkömmlichen elastischen Elemente 50 das lineare Verhalten B aufweisen, können die herkömmlichen elastischen Elemente 50 ein geringeres Ausmaß an Stoß-Absorption aufweisen als die der vorliegenden Erfindung bei einem Zusammenstoß. Somit kann ein stärkerer Stoß auf das Gelenk des herkömmlichen Roboters ausgeübt werden, wobei der Reaktions-Stoß gleichsam auf den „Gegenstück-Gegenstand” des Roboters übertragen werden kann. Somit können sowohl der Roboter als auch der „Gegenstück-Gegenstand” beschädigt werden.
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Jedoch können die elastischen Elemente 500 in der Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter einem vorbestimmten Winkel befestigt werden, um eine variable Festigkeit aufzuweisen. Dementsprechend kann eine „sanftere” bzw. gleichmäßigere Stoß-Absorption bei einem Zusammenstoß als im Stand der Technik möglich sein. Zusätzlich können, da durch Einstellen des Winkels der elastischen Elemente 500 eine gewünschte Festigkeit bereitgestellt werden kann, die Sicherheitsgelenkvorrichtung mit einer variablen Festigkeit konstruiert werden. Dadurch kann sich ein Freiheitsgrad hinsichtlich des Designs bzw. der Konstruktion erhöhen, wobei der Stoß aufgrund der variablen Festigkeit minimiert werden kann. Somit ist eine sanftere Stoß-Absorption möglich, wobei das Gelenk des Roboters in sicherer Weise vor einem äußeren Stoß geschützt werden kann. Es bestehen Vorteile dahingehend, dass zur Erzielung einer einfachen Struktur nur ein Minimum an mechanischen Komponenten verwendet werden muss und ebenso zur Erzielung eines kleineren Einbauraumes, Vereinfachung einer Wartung und Kostenreduktion. Zusätzlich kann die Sicherheitsgelenkvorrichtung auf direkte Art und Weise an dem Gelenk des Roboters angewendet werden.
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In einem in 6 und 7 gezeigten herkömmlichen Sicherheitsgelenkmechanismus sind elastische Elemente 50 zwischen Kopplungselementen und einer Halterung 10 auf der gleichen Höhe gekoppelt. Bei Auftreten eines Stoßes wird ein Drehelement 30 lediglich in der Halterung 10 gedreht, wobei somit der Stoß durch eine lineare Rückstell-Kraft B absorbiert wird, was eine einzigartige Eigenschaft der elastischen Elemente 50 ist.
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Jedoch können die elastischen Elemente 500 in der Sicherheitsgelenkvorrichtung für einen Roboter in Übereinstimmung mit einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur Bildung eines vorbestimmten Winkels Φ gekoppelt werden. Bei Auftreten eines Stoßes kann das Drehelement 300 der vertikalen Linearbewegung zusammen mit der Drehbewegung ausgesetzt sein. Da die Rückstell-Kraft das Verhalten mit der Eigenschaft der Kosinuskurve der aufgetragenen Kurve A aufweist, kann die Sicherheitsgelenkvorrichtung ein größeres Ausmaß an Stoß-Absorption als die der herkömmlichen Struktur aufweisen. Es besteht ein Vorteil dahingehend, dass durch Änderung des durch die elastischen Elemente 500 gebildeten Winkels die Festigkeit variierbar ist, und somit eine sanftere Stoß-Absorption möglich ist. Zusätzlich besteht ein Vorteil dahingehend, dass die Sicherheitsgelenkvorrichtung an Sicherheitsscharnieren eines Fahrzeuges anwendbar ist, wobei ein modularer Gelenkantriebsmechanismus einschließlich der Sicherheitsgelenke entwickelt werden kann.
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Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für darstellerische Zwecke beschrieben worden ist, wird der Fachmann bevorzugen, dass verschiedene Änderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne den Umfang und Grundgedanken der Erfindung zu verlassen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen offenbart sind.
