DE2028845A1

DE2028845A1 - Einrichtung zum Erfassen eines Gegenstandes

Info

Publication number: DE2028845A1
Application number: DE19702028845
Authority: DE
Inventors: David Cumming Edinburgh Schottland Simpson (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1969-06-13
Filing date: 1970-06-11
Publication date: 1970-12-17
Also published as: AT308961B; US3675962A; GB1323673A

Description

Einrichtung zum Erfassen eines gegenstandes

Die Erfindung bezieht sich auf das Erfassen von Gegenständen und betrifft insbesondere Anordnungen zur Verwendung ^v in Verbindung mit an den Enden künstlicher Gliedmaßen angebrachten Vorrichtungen. Eine Anwendbarkeit der Erfindung ist jedoch auch bei mechanischen Handhabungsgeräten gegeben, insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei der Handhabung unregelmäßig geformter oder zerbrechlicher Gegenstände, z.B. von Glaserzeugnissen, sowie bei Fernbetätigungsmanipulatoren, wie man sie beim Handhaben radioaktiver Stoffe und in ähnlichen , fällen benutzt, um Gefahren auszuschalten-.

Eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Erfassen von Gegenständen umfaßt mehrere Elemente zum Aufbringen einer Kraft auf einen zwischen ihnen angeordneten Gegenstand und zum Erfassen des Gegenstandes} hierbei ist mindestens eines der Elemente mit einer verformbaren Vorrichtung zum Erfassen eines Gegenstandes versehen, und diese Vorrichtung ist in Gestalt eines im wesentlichen nicht elastischen bzw. dehnbaren, jedoch flexiblen Behälters ausgebildet, in den eine bestimmte Menge eines etrömungsfähigen, kornförmigen Materiale eingeschlossen ist.

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Beim Gebrauch, einer solchen Einrichtung wird ein zu erfassender Gegenstand normalerweise zwischen den erwähnten Elementen angeordnet, und es wird eine Kraft aufgebracht, um die Elemente zu veranlassen, sich in Richtung auf den Gegenstand zu bewegen; hierbei ist die Anordnung derart, daß jedes mit einem Behälter der genannten Art versehene Element mit dem Gegenstand unter Vermittlung durch den zugehörigen Behälter zusammenarbeitet. Beim weiteren Aufbringen dieser Kraft wird jeder an dem erfaßten Gegenstand anliegende Behälter verformt, da sich das kornförmige Material in dem Behälter strömend verlagert, so daß sich jeder Behälter der Form des Gegenstandes dort anpaßt, wo er an dem Gegenstand anliegt. Diese Verformung ist von einer Verkleinerung des Volumens jedes Behälters begleitet, die sich fortsetzt, bis das kornförmige Material eine feste Füllung oder Packung bildet, so daß es praktisch nach Art eines starren Körpers zur Wirkung kommt.

Jedes der Greifelemente kann mit einem Behälter der genannten Art versehen sein, doch ist dies natürlich nicht unbedingt erforderlich, da sich jeder Behälter für sich unter der Wirkung einer Kraftkomponente verformt, die durch das betreffende Element auf den zu erfassenden Gegenstand aufgebracht wird, und da die übrigen Elemente als Reaktionsglieder zur Wirkung kommen. Zwar ist in der vorstehenden Beschreibung des Gebrauchs einer erfindungsgemaßen Einrichtung angenommen, daß es sich um eine Einrichtung handelt, die ähnlich arbeitet wie ein Schraubstock, eine Zwinge, eine Klammer oder dergl., wobei die Greifelemente durch eine Betätigungskraft veranlaßt werden, sich aufeinander zu zu bewegen, um einen Gegenstand zu erfassen, bzw. sich voneinander weg zu bewegen, um den erfaßten Gegenstand wieder freizugeben, doch ist dies nicht unbedingt erforderlich. Gemäß der Erfindung ist es ebenso gut möglich, einen hohlen oder mit einer Aussparung versehenen Gegens band dadurch zu erfassen, daß die Greifelemente in die Aussparung eingeführt und dann nach außen bewegt werden, doch wird das . zuerst beschriebene Verfahren ebenso wie bei den bis jetzt bekannten Greifvorriohtungen in einer größeren Zahl von Fällen angewendet. .

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In jedem Fall wird das bei den erfindungsgemäßen Einrichtungen verwendete kornförmige Material oder Granulat im Hinblick darauf gewählt, daß es sich durch Aufbringen von Druck verdichten läßt, daß es jedoch strömungsfähig ist, wenn es keinem Druck ausgesetzt ist. Als Beispiele für Materialien, die sich als für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignet erwiesen haben, seien Sand und Talkum genannt.

Der Behälter braucht nicht vollständig flexibel zu sein, und in der Praxis ist er normalerweise auch nicht vollständig flexibel, da er an einem ihn tragenden Bauteil befestigt ist. Jedoch ist der Behälter mindestens innerhalb einer von dem ihn tragenden Bauteil abgewandten Zone flexibel, innerhalb welcher er dazu dient, einen Gegenstand zu erfassen.

Der Behälter kann eine einzige Wand oder mehrere Wände umfassen,· welche die inneren und äußeren Behälterteile abgrenzen, von denen nur die ersteren dicht verschlossen zu sein brauchen. Wenn innere und äußere Behälterteile vorgesehen sind, kann die Wand des einen oder anderen Teils, jedoch nicht die Wand beider Teile aus einem elastischen Material bestehen, durch das der gesamte Behälter im wesentlichen wieder in eine vorbestimmte Form zurückgeführt wird, sobald er nicht mehr an einem zu erfassenden Gegenstand anliegt. Dieses letztere Merkmal erweist sich in der Praxis als vorteilhaft, da die elastische Wand bestrebt ist, den Behälter wieder in eine Form zu_<läl bringen, bei der er im Hinblick auf den von ihm umschlosseneip Raum die kleinste mögliche Oberfläche aufweist, so daß normalerweise eine kreisbogenförmig gekrümmte Fläche entsteht, die sich der Gestalt einer Kugelfläche annähert, und daß daher jede durch das Aufbringen eines Drucks hervorgerufene Verformung von einer Verkleinerung des Volumens begleitet ist. Natürlich soll die elastische Wand nicht in einem solchen Ausmaß beansprucht werden, daß das eingeschlossene Granulat beim Fehlen anderer Kräfte so verdichtet wird, daß es nicht mehr strömungsfähig ist.

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Für den äußeren Überzug des Behälters wählt man ohne Rücksicht darauf, ob er elastisch ist oder nicht, vorzugsweise ein Material mit einem hohen Reibungsbeiwert.

Ferner kann man den Behälter unterteilen, und zwar entweder dadurch, daß man in einem gemeinsamen äußeren Behälter mehrere innere Behälter vorsieht, oder dadurch, daß man auf dem gleichen Tragglied mehrere getrennte Behälter anordnet, die einander nahe benachbart sind, um das Strömen und die Verlagerung des eingeschlossenen Granulats zu erleichtern«

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann man schließlich in dem Behälter einen Druckwandler anordnen, der den in dem Behälter herrschenden Druck anzeigt, so daß man eine Anzeige der Tatsache, daß der Behälter in anfängliche Berührung mit einem Gegenstand gekommen ist, und/oder eine Anzeige der Kraft erhält, die durch den Behälter auf den Gegenstand aufgebracht wird.

Bei einer diesem Zweck dienenden Anordnung kann das kornförmige Material oder Granulat selbst einen Teil des Druckwandlers bilden, wenn man ein Material verwendet, das mindestens teilweise elektrisch leitfähig ist. Bei einer solchen Anordnung variiert dann der elektrische Widerstand zwischen in den Behälter hineinragenden Elektroden ^p, Abhängigkeit vom Verdichtungsgrad und damit auch in Abhängigkeit von dem Behälter herrschenden Druck.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen . an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch eine Ausführungsform der Erfindung in ihrer gelösten Stellung bzw. in ihrer Greifstellung gegenüber einem Gegenstand·

Fig. 3 ist ein vergrößerter Sohnitt längs der Linie I-I in Fig. 1.

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Hg. 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Hg, 1 erkennt man einen Gegenstand 1, der zwischen zwei Greiferbaugruppen 2 und in einem Abstand von diesen angeordnet ist. Jede Greiferbaugruppe umfaßt einen Behälter 3 der vorstehend allgemein beschriebenen Art, der an einem Ende eines starren Traggliedes oder Arms 4 befestigt ist.

Weitere Einzelheiten des Aufbaus des Behälters 3 sind aus Pig. 3 ersichtlich. Die gesamte Behälterkonstruktion umfaßt eine geschlossene äußere Behälterwand 5 aus einem flexiblen, nicht dehnbaren Material mit einem relativ hohen Reibungsbeiwert . Als Beispiel für ein für diesen Zweck geeignetes Material sei Leder genannt. In dem äußeren Behälter sind drei geschlossene innere Behälterwände 6 aus einem elastischen Material, z.B. Kautschuk, angeordnet. In jeden der inneren Behälter ist eine vorbestimmte Menge eines strömungs- oder 2?ie~ selfähigen kornförmigen Materials 7 eingeschlossen, das elektrisch leitfähig ist. Als geeignetes füllmaterial hat sich ein Gemisch aus pulverförmigem Talkum und Kohlekörnern erwiesen-r In den mittleren der drei inneren Behälter ragen zwei durch einen Abstand getrennte Elektroden 8 hinein.

Die Arme 4 sind mit relativ zueinander hin- und herbewegbaren Teilen einer Kraftbetätigungsvorrichtung 9» z.B. einer Zylinder- und Kolbenbaugruppe oder dergl., verbunden, mittels welcher auf die Arme 4 eine Kraft aufgebracht werden kann, um sie zu veranlassen, die Behälter 3 aufeinander zu bzw. voneinander weg zu bewegen.

Wie erwähnt, sind die Behälter 3 bestrebt, eine Gestalt anzunehmen, bei der ihre Außenflächen kreiabogenförmig gekrümmt aind, so daß ihre Oberfläche so klein wie möglich ist, während der umschlossene Raum einem Maximum entspricht j dies let auf die Wirkung der elastischen Wände auf die Pulverfüllung zurückzuführen, die zusätzlich duroh die nicht dehnbaren fände zusammengehalten wird. Ähnliche Bedingungen würden sich

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in der Praxis selbst dann ergeben, wenn keine elastischen Wände vorhanden wären, denn das Pulver würde bestrebt sein, innerhalb seines ganzen Volumens in einen unbeanspruchten Zustand überzugehen, wenn es keinem Druck ausgesetzt ist, da es sich ähnlich verhält wie eine Flüssigkeit.

Wenn eine Kraft aufgebracht wird, um die Behälter 3 zur Anlage an dem Gegenstand 1 zu bringen, wird das Pulver so ver-. lagert, daß sich die Behälter der Umrißform des Gegenstandes anpassen, wie es in Pig. 2 dargestellt ist. Hierbei verkleinert sich das Volumen der Behälter und der Pulverfüllung, bis das Pulver in einem solchen Ausmaß verdichtet ist, daß es nach Art eines starren Körpers zur Wirkung kommt, so daß sich die Behälter in der beschriebenen Weise dem Gegenstand anpassen und ihn erfassen, wobei sich die aufgebrachte Kraft im wesentlichen gleichmäßig auf die Anlageflächen des Gegenstandes verteilt.

Wenn die aufgebrachte Kraft beseitigt wird oder man die Kraft in der entgegengesetzten Richtung wirken läßt, um die Behälter wieder von dem Gegenstand abzuheben, nehmen die Behälter wieder die in Fig· 1 gezeigte Form an, wobei die elastisohen Wände das natürliche Bestreben der Behälter unterstützen, wieder ihre ursprüngliche Form anzunehmen.

Da die Elektroden 8 in das Pulver 7 hineinragen, das mindestens teilweise elektrisch leitfähig ist, da es Kohlekörner enthält, steht ein Druckwandler zur Verfügung. Wenn man an die Elektroden eine vorbestimmte Spannung anlegt, erhält man ein Ausgangssignal in Form eines Stroms, der in Abhängigkeit vom Widerstand des Pulvers zwischen den Elektroden variiert, wobei sich dieser Widerstand nach dem Ausmaß der Verdichtung des Pulvers und damit auch nach dem auf den Gegenstand aufgebrachten Druck richtet. Dieses Signal kann natür- ■ lieh auch dazu dienen, die Herstellung einer anfänglichen Berührung zwischen den Behältern und dem Gegenstand anzuzeigen» da sich das Signal beim Berühren des Gegenstandes vergrößert»

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nachdem vorher ein im wesentlichen gleichmäßiges Signal vorhanden war.

Wenn eine solche Druckwandleranordnung vorgesehen ist, ist das Pulver natürlich vorzugsweise in ein elektrisch isolierendes Material eingeschlossen, das die inneren Wände oder die äußere Wand oder sowohl die äußere Wand als auch den benachbarten Teil des zugehörigen Elements zum Aufbringen der Kraft bildet.

Während Fig. 1 bis 3 in erster Linie dazu dienen, die Erfindung zu erläutern, zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, die geeignet ist, in Verbindung mit einer Prothese oder einem Fernbetätigungsmanipulator benutzt zu werden. In diesem Fall haben die Elemente zum Aufbringen einer Kraft die Form von zwei Fingern 10, die an einem Ende gelenkig miteinander verbunden sind, so daß sie durch eine auf einem Ende eines Arms 12 angeordnete Kraftnetätigungsvorrichtung 11 aufeinander zu bzw. voneinander weg bewegt werden können. Die Finger 10 sind an ihren freien Enden auf gleichartige Weise abgewinkelt und an ihren einander zugewandten Flächen mit Behältern 13 der beschriebenen Art versehen. Außerdem können die Finger 10 an ihren freien Enden an ihren voneinander abgewandten Außenflächen mit zusätzlichen Behältern 14 ausgerüstet sein, so daß ein hohler Gegenstand dadurch erfaßt werden kann, daß man die Finger im geschlossenen Zustand in den hohlen Gegenstand einführt und sie dann aufspreizt.

Patentansprüche ;■

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ORIGINAL INSPECTED

Claims

PATE FTANSP RÜCHE

Einrichtung zum Erfassen eines Gegenstandes, gekennzeichnet durch mehrere Elemente (4) zum Aufbringen einer Kraft derart, daß ein Gegenstand (1) zwischen den Elementen erfaßt wird, wobei mindestens eines der Elemente mit einer verformbaren Vorrichtung zum Erfassen des Gegenstandes in Gestalt eines im wesentlichen nicht dehnbaren flexiblen Behälters (3) versehen ist, in den eine vorbestimmte Menge eines strömungs- bzw. rieselfähigen kornfärmigen Materials (7) eingeschlossen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß das Material (7) in einen Behälter eingeschlossen ist, der mindestens zwei flexible Wände (5, 6) umfaßt, daß die eine Wand (5) aus einem nicht dehnbaren Material besteht, und daß die andere Wand (6) aus einem elastischen Material hergestellt ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Behälter (3) mindestens drei flexible Wände (5, 6) umfaßt, daß zwei dieser Wände (6) zwei getrennte Mengen des Materials (7) umschließen und voneinander getrennt halten, und daß die dritte Wand (5) die beiden anderen Wände umschließt.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten zwei Wände (6) aus einem ähnlichen Material bestehen, das sich von dem Material der dritten Wand ($>) unterscheidet, und daß das Material der beiden Wände (6) ela-

• stisch ist, während das Material der dritten Wand (5) nicht dehnbar ist.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daduroh gekennzeichnet, daß die erwähnten Elemente (4) jeweils an einem Ende mit einer Vorrichtung (9) zum Aufbringen einer Kraft verbunden sind, mittels welcher die Elemente veranlaßt werden können, sich aufeinander zu bzw. voneinander weg zu

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bewegen, und daß jedes Element an seinem anderen Ende mit einer Vorrichtung (3) der genannten Art zum Erfassen eines Gegenstandes (1) versehen ist, wobei die Vorrichtungen einander zugewandt sind·
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5»' dadurch gekennzeichnet, daß tfedes der Elemente (10) an einem Ende mit einer Vorrichtung (11) verbunden ist, mittels welcher eine Kraft aufgebracht werden kann, um die Elemente zu veranlassen, sich aufeinander zu bzw, voneinander weg zu bewegen, und daß jedes Element an seinem anderen Ende mit Vorrichtungen (13, 14) zum Erfassen eines Gegenstandes (1) versehen ist, wo- ( bei die an jedem Ende angebrachten Vorrichtungen voneinander abgewandt sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch zwei Elemente in Gestalt gleichartiger linger (10), die an ihren äußeren Enden im Bereich derinan ihnen befestigten Vorrichtungen (13, 14) abgewinkelt sind.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüohe 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Vorrichtungen (3; 13» 14) einen auf den Druck in dem Behälter der Vorrichtung anspreohenden Druckwandler umfaßt.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwandler zwei durch einen Abstand getrennte Elektroden (8) umfaßt, die in das kornförmige Material (7) des betreffenden Behälters (6) hineinragen, daß das kornförmige Material mindestens teilweise elektrisch leitfähig ist, und daß dieses Material im übrigen von elektrisch isolierenden Wänden umschlossen ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, daduroh gekennzeichnet, daß es sich bei dem kornförmigen Material (7) ua ein Kohlekörner enthaltendes Gemisch handelt.

Der Patentanwalt:

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