DE3434596A1 - MOTION UNIT, ESPECIALLY FOR MANIPULATORS, INDUSTRIAL ROBOTS AND PROSTHETIC SECTIONS - Google Patents
MOTION UNIT, ESPECIALLY FOR MANIPULATORS, INDUSTRIAL ROBOTS AND PROSTHETIC SECTIONSInfo
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Description
SPOFA spojene podniky proz-dravotnickou vyrobu,SPOFA spojene podniky proz-dravotnickou vyrobu,
Praha 3, Husineckä 11aPraha 3, Husineckä 11a
CSSRCSSR
Bewegungseinheit, insbesondere für Manipulatoren, Industrieroboter und prothetischeMovement unit, in particular for manipulators, industrial robots and prosthetic ones
GliedersätzeJoint sets
Die Erfindung betrifft eine Bewegungseinheit, insbesondere für Manipulatoren, Industrieroboter und prothetische Gliedersätze, die mindestens ein rotationskinematisches und/oder translationskinematisches Elementenpaar mit einem Stellungsteil und einem Orientierungsteil, eine Antriebseinheit und eine Einrichtung zur Transformation der Bewegung von der Antriebseinheit auf das Orientierungsteil enthält.The invention relates to a movement unit, in particular for manipulators, industrial robots and prosthetic limb sets, the at least one rotational kinematic and / or translation kinematic pair of elements with a positioning part and an orientation part, a drive unit and a device for transforming the movement of the Includes drive unit on the orientation part.
Bei bekannten derartigen Bewegungseinheiten werden für die Bewegungstransformation von der Antriebseinheit zum Orientierungsteil eines oder mehrerer Elementenpaare mechanische Konstruktionselemente, wie z.B. Zahnräder, Spindeln, Zugstangen, Nocken, Hebel und Litzen angewendet. Ihre NachteileIn known such movement units are for the Movement transformation from the drive unit to the orientation part one or more pairs of mechanical construction elements, such as gears, spindles, tie rods, Cams, levers and braids applied. Your drawbacks
233-S10490/SdAl233-S10490 / SdAl
liegen in dem verhältnismäßig großen Gewicht und dem Raumbedarf besonders bei Bewegungseinheiten mit mehreren Elementenpaaren für komplizierte Bewegungen. Die ganzen Vorrichtungen sind konstruktiv anspruchsvoll und aufwendig.lie in the relatively large weight and the space required, especially in the case of movement units with several pairs of elements for complicated movements. All the devices are structurally demanding and complex.
Zur Vereinfachung werden in eine Bewegungseinheit mehrere Antriebe eingebaut, was die Kompliziertheit des Getriebeteils vermindert , aber die Kosten erhöht. Bei beengten Raumverhältnissen können Antriebseinheiten von einfacher Konstruktion meist nicht eingesetzt werden.To simplify matters, several drives are used in one movement unit built in what the complexity of the gear part decreased but the cost increased. In confined spaces, drive units from simpler Construction mostly not be used.
Wenn zur Bewegungsübertragung zu den Orientierungsteilen der Elementenpaare Litzen oder Fäden verwendet werden, vermindert sich sowohl das Gewicht als auch der Raumbedarf. Forderungen nach langsamen Bewegungen und geringen Ausgangsdrehzahlen der Antriebseinheit können jedoch nicht erfüllt werden, ohne daß der Antriebseinheit eine weitere Getriebeeinrichtung zugeordnet wird.If strands or threads are used to transmit movement to the orientation parts of the element pairs, this is reduced both the weight and the space required. Demands for slow movements and low output speeds of the However, the drive unit cannot be met without a further transmission device being assigned to the drive unit will.
Die Aufgabe der Erfindung liegt in der Ausbildung einer Bewegungseinheit, insbesondere für Manipulatoren, Industrieroboter und prothetische Gliedersätze, die ein verhältnismäßig geringes Gewicht, einem kleinen Einbauraum,"einer einfachen Konstruktion und geringe Herstellungskosten hat, wobei diese Vorteile auch für Bewegungseinheiten mit mehreren betätigten Elementenpaaren gelten sollen.The object of the invention lies in the formation of a movement unit, in particular for manipulators, industrial robots and prosthetic limb sets that are relatively light in weight, have a small installation space, "are simple in construction." and has low manufacturing costs, these advantages also for multi-actuated moving units Element pairs should apply.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung für die Bewegungstransformation mindestens zwei flexible Zugorgane enthält, deren Primärenden auf einen gemeinsamen drehbaren Tragkörper gehalten sind, der mit der Antriebseinheit verbunden ist, und deren Sekundärenden mit dem Orientierungsteil des Elementenpaares verbunden sind. Die Sekundärenden der Fäden können mit mindestens zwei Orientierungsteilen der Elementenpaare, und zwar entwederThis object is achieved in that the Device for the movement transformation contains at least two flexible tension members, the primary ends of which on a common one rotatable support body are held, which is connected to the drive unit, and the secondary ends with are connected to the orientation part of the pair of elements. The secondary ends of the threads can have at least two Orientation parts of the element pairs, either
unmittelbar oder über ein Ausgleichsglied, verbunden sein. Die Zugorgane können über Unterzüge geführt werden, die mit dem Orientierungsteil der Elementenpaare fest verbunden sind. Der Stellungsteil des Elementenpaares kann auf einem elastischen Glied befestigt sein.be connected directly or via a compensating link. The pulling organs can be guided over beams with the orientation part of the pairs of elements are firmly connected. The position part of the pair of elements can be on an elastic Be attached to the limb.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Bewegungseinheit liegen in ihrer einfachen Konstruktion, im geringen Gewicht, im geringen Raumbedarf und in den niedrigen Herstellungskosten. Ein weiterer Vorteil liegt in der Verwendung von nur einer bzw. von einer minimalen Anzahl an Antriebseinheiten, die keine Zuleitungen für die Verminderung ihrer Ausgangsdrehzahlen erfordern. Vorteilhaft ist weiter die Möglichkeit der Steuerung von mindestens zwei Orientierungsteilen der Elementenpaare ohne zusätzliche oder kompliziertere Einrichtungen für die Bewegungstransformation. So ist auch eine Lenkung des Bewegungsmechanismus als eine Gesamtheit oder seiner Austrittsbewegungspaare erzielbar, ohne daß Lagekompensatoren eingesetzt werden müßten.The advantages of the movement unit according to the invention are in their simple construction, low weight, small footprint and low manufacturing costs. Another The advantage lies in the use of only one or a minimal number of drive units that do not have any supply lines for reducing their output speeds. Another advantage is the possibility of controlling at least two orientation parts of the element pairs without additional or more complicated devices for the movement transformation. This is also how the movement mechanism as a whole or its outlet movement pairs is steered achievable without having to use position compensators.
Ein weiterer Vorteil liegt dann in der Möglichkeit der fortschreitenden Aktivation der Orientierungsteile von den Elementenpaaren in Abhängigkeit von der Wahl von Innenwiderständen. Die Reihenfolge und die Größe der Innenwiderstände ist programmessbar, was eine Ausführung von kontinuierlichen Bewegungen der Bewegungseinheit in einem begrenzten Raum ermöglicht. Bei der erfindungsgemäßen Bewegungseinheit ist eine unmittelbare Ausnutzung der Trägheitsmomente der Bewegungseinheit für die Steuerkraftkorrektur nach dem Ausschaltungssignal über einen Fühler möglich, z.B. beim Zubringen von einem weichen Material, bei Schweißbacken, bei Schnittstanzen u. dgl.Another advantage then lies in the possibility of progressive Activation of the orientation parts of the element pairs depending on the choice of internal resistances. The order and the size of the internal resistances is programmable, which means a continuous execution Movements of the movement unit in a limited space is possible. The movement unit according to the invention is a direct utilization of the moments of inertia of the movement unit for the control force correction after the switch-off signal possible via a sensor, e.g. when adding a soft material, with welding jaws, with cutting punches and the like.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Bewegungseinheiten anhand der Schemazeichnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:In the following preferred embodiments of the invention Movement units described in detail using the schematic drawing. Show it:
Fig. 1 eine Bewegungseinheit mit mehreren rotationskinematischen Elementenpaaren,1 shows a movement unit with several pairs of rotational kinematic elements,
Fig, 2 eine Bewegungseinheit nach Fig. 1 in einer veränderten Lage,FIG. 2 shows a movement unit according to FIG. 1 in a changed position,
Fig. 3 einen Teil der Bewegungseinheit mit einem rotations- und translationskinematischen Elementenpaar,3 shows a part of the movement unit with a pair of rotational and translation kinematic elements,
Fig. 4 einen Teil der Bewegungseinheit mit zwei Einrichtungen zur Bewegungstransformation,4 shows a part of the movement unit with two devices for movement transformation,
Fig. 5Fig. 5
bis 8 verschiedene Bewegungsphasen einer Bewegungseinheit mit "rotationskinematischen Elementenpaaren,up to 8 different movement phases of a movement unit with "rotational kinematic element pairs,
Fig. 9Fig. 9
und 10 Bewegungsphasen einer anderen Bewegungseinheit,and 10 movement phases of another movement unit,
Fig. 11,Fig. 11,
12 Bewegungsphasen einer weiteren Bewegungseinheit,12 movement phases of another movement unit,
Fig. 13 einen Teil einer Bewegungseinheit mit einem zwischengeschalteten Ausgleichsglied , und13 shows part of a movement unit with an interposed one Compensating link, and
Fig. 14,Fig. 14,
15 einen Teil der Bewegungseinheit mit alternativen Elementenpaaren.15 shows a part of the movement unit with alternative pairs of elements.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Bewegungseinheit mit mehreren rotationskinematischen Elementenpaaren dargestellt, die je einen Stellungsteil 2 und einen Orientierungsteil 3 aufweisen. Der Orientierungsteil 3 des vorhergehenden Elementenpaares bildet gleichzeitig den Stellungsteil des folgenden Elementenpaares. Die letzten Elementenpaare sind durch den Stellungsteil 2' und durch zwei Orientierungsteile 3', 3t! gebildet, Die Antriebseinheit 1 ist auf dem Stellungsteil 2 des ersten Elementenpaares befestigt und ihr Rotor bildet einen gemeinsamen drehbaren Tragkörper und ist1 and 2 show a movement unit with several pairs of rotationally kinematic elements, each of which has a position part 2 and an orientation part 3. The orientation part 3 of the previous pair of elements also forms the position part of the following pair of elements. The last pairs of elements are through the position part 2 'and through two orientation parts 3', 3 t! The drive unit 1 is attached to the position part 2 of the first pair of elements and its rotor forms a common rotatable support body and is
mit den Enden von mindestens zwei Fäden 4 verbunden. Die beiden Fäden 4 bilden eine Einrichtung für die Bewegungstransformation von der Antriebseinheit 1 zu den einzelnen Elementenpaaren. Die Austrittsenden der Fäden 4 sind an den Orientierungsteilen 3, 3' des Bewegungspaares befestigt, und zwar ein erster Faden 4 am Orientierungsteil 3' und der zweite Faden am Orientierungsteil 3'1 . Die Fäden 4 können von der Antriebseinheit 1 zu den Orientierungsteilen 3, 3' entweder unmittelbar oder, wie in Fig. 1 dargestellt, über Führungsglieder geführt werden, die mit den Orientierungsteilen fest verbunden sind. Die Führungsglieder 5 können als Unterzüge, Rollen u.a. ausgebildet werden. In Fig. 1 sind keine Rückholglieder dargestellt, durch welche die Bewegungseinheit in die Ausgangsstellung verstellt wird. Als Rückholglieder können Federn, Gewichte u.a. oder auch ein weiteres Fadensystem dienen, das an der Antriebseinheit so befestigt ist, daß es in entgegengesetzter Richtung wirkt.connected to the ends of at least two threads 4. The two threads 4 form a device for the movement transformation from the drive unit 1 to the individual pairs of elements. The outlet ends of the threads 4 'are attached to the pair of movement, namely a first thread 4 on the orientation part 3' orientation to the parts 3, 3 and the second thread orientation at the part 3 '. 1 The threads 4 can be guided from the drive unit 1 to the orientation parts 3, 3 'either directly or, as shown in FIG. 1, via guide members which are firmly connected to the orientation parts. The guide members 5 can be designed as beams, rollers, among others. In Fig. 1, no return members are shown by which the movement unit is moved into the starting position. Springs, weights, etc. or another thread system that is attached to the drive unit in such a way that it acts in the opposite direction can serve as return elements.
Ein translationskinematisches Elementenpaar ist aus Fig. ersichtlich, bei dem der Stellungsteil 12 in dem Orientierungsteil 13 geführt ist. Außer den Fäden 4, die zu den Orientierungsteilen 3', 311 geführt sind, führen weitere Fäden 4' zum Führungsglied 5, an welchem sie befestigt sind.A translation kinematic pair of elements can be seen in FIG. 1, in which the positioning part 12 is guided in the orientation part 13. In addition to the threads 4, which are led to the orientation parts 3 ', 3 11 , further threads 4' lead to the guide member 5 to which they are attached.
In Fig. 4 bildet der Stellungsteil 2 und der Orientierungsteil 3 ein durch die Fäden 4' gesteuertes Elementenpaar. Der Orietierungsteil 3 bildet gleichzeitig einen Stellungsteil für die weiteren Elementenpaare, deren Orientierungsteile 3', 3'1 über ein Ausgleichsglied 6 mittels der Fäden 4 gesteuert werden.In FIG. 4, the positioning part 2 and the orientation part 3 form a pair of elements controlled by the threads 4 '. The orientation part 3 at the same time forms a position part for the further pairs of elements, the orientation parts 3 ′, 3 ′ 1 of which are controlled via a compensating element 6 by means of the threads 4.
In Fig. 5 bis 8 ist die Bewegungseinheit in den einzelnen Bewegungsphasen dargestellt, in welchen die einzelnen Elementenpaare in Abhängigkeit von den Innenwiderständen, die gegen die Kraft der Antriebseinheit 1 wirken, fortschreitend aktiviert werden. Die Austrittsenden der Fäden 4 sind am Führungs-In FIGS. 5 to 8, the movement unit is in the individual movement phases shown, in which the individual pairs of elements depending on the internal resistance against the force of the drive unit 1 act, are gradually activated. The exit ends of the threads 4 are on the guide
glied 5 des Orientierungsgliedes des letzten Bewegungspaares befestigt und erstrecken sich durch die Führungsglieder 5 der vorherigen Elementenpaare hindurch. member 5 of the orientation member of the last pair of movements attached and extend through the guide members 5 of the previous pairs of elements.
Bei dem System nach Fig. 9 und 10 ist das Austrittsende eines der beiden Fäden 4 am Führungsglied 5 des ersten Elementenpaares befestigt, während das Austrittsende des zweiten Fadens 4 über ein Zwischenglied 7 am FührungsgliedIn the system according to FIGS. 9 and 10, the exit end of one of the two threads 4 on the guide member 5 of the first Element pair attached, while the exit end of the second thread 4 via an intermediate member 7 on the guide member
5 des weiteren Elementenpaares angreift.5 attacks the other pair of elements.
Gemäß Fig. 11 und 12 ist der Stellungsteil 2 an einem elastischen Glied 9 befestigt. Die Fäden 4 sind an Führungsgliedern 5 von den Orientierungsteilen 3', 3'' befestigt, wobei die Verbindung des einen Fadens 4 ijiit dem Orientierungsteil 3'1 über eine Aufhängung 8 erfolgt. Für die Verbindung zwischen der Aufhängung 8 und dem Führungsglied 5 ist kein Faden 4 notwendig, sondern kann durch ein beliebiges Biegeelement erzielt werden. Die einzelnen Elemente des prothetischen Gliedersatzes bilden die einzelnen rotationskinematischen Elementenpaare mit einer veränderbaren Rotationsachse.11 and 12, the positioning part 2 is attached to an elastic member 9. The threads 4 are attached to guide members 5 of the orientation parts 3 ′, 3 ″, with the connection of one thread 4 to the orientation part 3 ′ 1 via a suspension 8. No thread 4 is necessary for the connection between the suspension 8 and the guide member 5, but can be achieved by any bending element. The individual elements of the prosthetic limb set form the individual rotational kinematic element pairs with a variable axis of rotation.
Aus Fig. 13 ist die Steuerung von mehreren Orientierungsteilen 3', 3'' mittels der Fäden 4 über das Ausgleichsglied13 shows the control of several orientation parts 3 ', 3 "by means of the threads 4 via the compensating member
6 ersichtlich. Zwei alternative Ausführungen der Elementenpaare sind in Fig. 14, 15 dargestellt, wobei der Stellungsteil Z ein Rahmen un der Orientierungsteil 3 ein Zahnrad oder eine Zahnstange sind. Das weitere Elementenpaar wird von zwei Zahnrädern oder einer Zahnstange und einem Zahnrad gebildet. 6 can be seen. Two alternative designs of the pairs of elements are shown in FIGS. 14, 15, the position part Z being a frame and the orientation part 3 being a toothed wheel or rack. The other pair of elements is formed by two gears or a rack and a gear.
Bei Betätigung der dargestellten Bewegungseinheiten wird jedes Elementenpaar durch die Fäden 4 gezogen, deren Eintrittsende mit dem Motorenrotor verbunden sind, durch den die Fäden zusammengewickelt und dabei verkürzt werden. Diese Verkürzung der Fäden 4 erzeugt eine Verdrehung oder Verschiebung derWhen the movement units shown are actuated, each pair of elements is pulled through the threads 4, the entry end of which are connected to the motor rotor, through which the threads are wound together and shortened in the process. This shortening of the threads 4 produces a twist or displacement of the
Orientierungsteile 3, 3', 3fl, 13 gegenüber den Stellungsteilen 2, 2', 12. Dadurch kommt es einerseits zur Lageveränderung der Bewegungseinheit und andererseits zu einer Funktionsbewegung besonders bei Elementenpaaren, die z.B. als Greifbacken dienen. Bei der Anwendung von mehreren Fadensystemen 4', gemäß z.B. Fig. 3, wird die Funktionsbewegung des letzten Elementenpaares durch die Wirkung der Fäden 4 erzielt, während seine durch die Stellung der vorherigen Elementenpaare bestimmte Lage durch die Einwirkung weiterer Fäden 4' gegeben wird. Gemäß Fig. 4 wird durch das Zusammemifickeln der am Ausgleichsglied 6 befestigten Fäden 4 eine symmetrische Funktionsbewegung der beiden Orientierungsteile 3', 3'' erzielt, die eine Greifbacke bilden. Die fortschreitende Lageveränderung der Bewegungseinheit nach Fig.5 bis 8 ist von den Innenwiderständen der einzelnen Elementenpaare abhängig, welche in bestimmter Weise einander zugeordnet und miteinander gekoppelt sind, was ihre fortschreitende Aktivierung ermöglicht.Orientation parts 3, 3 ', 3 fl , 13 compared to the position parts 2, 2', 12. This results in a change in the position of the movement unit on the one hand and a functional movement on the other hand, especially in the case of pairs of elements that serve as gripping jaws, for example. When using several thread systems 4 ', for example, according to FIG. 3, the functional movement of the last pair of elements is achieved by the action of the threads 4, while its position determined by the position of the previous pairs of elements is given by the action of further threads 4'. According to FIG. 4, a symmetrical functional movement of the two orientation parts 3 ′, 3 ″, which form a gripping jaw, is achieved by the threading 4 fastened to the compensating member 6 together. The progressive change in position of the movement unit according to FIGS. 5 to 8 is dependent on the internal resistances of the individual pairs of elements, which are assigned to one another and coupled to one another in a certain way, which enables their progressive activation.
Gemäß Fig.9, 10 wird durch Zusammenwickeln der Fäden 4 durch jeden der mindestens zwei Fäden 4 , ein anderer Orientierungsteil 3 des Elementenpaares gesteuert. Das symmetrische Zwischenglied '7 dient vor allem für den Entfernungsausgleich zwischen den einzelnen Führungsgliedern 5, an denen die Fäden 4 befestigt sind.According to Fig.9, 10 is by winding the threads 4 by each of the at least two threads 4, another orientation part 3 of the pair of elements is controlled. The symmetrical pontic '7 is primarily used to compensate for the distance between the individual guide members 5 on which the threads 4 are attached.
Zur Vereinfachung der Führung und Halterung der Fäden 4 sind die Aufhängungen 8 gemäß Fig. 11 und 12 anwendbar. Durch die Trennung der Austrittsenden der Fäden 4 und durch ihren Anschluß an verschiedenen Orientierungsteilen 3', 31' ist eine höhere Eintrittsleistung und eine selbsttätige Einstellung des Greifteiles gegenüber dem Gegenstand erzielbar. Eine ähnliche Wirkung ist bei der Bewegungseinheit gemäß Fig. 13 erzielbar, bei der die Fäden 4 die Orientierungsteile 3', 3'' über das Ausgleichsglied 6 steuern.To simplify the guidance and holding of the threads 4, the suspensions 8 according to FIGS. 11 and 12 can be used. By separating the exit ends of the threads 4 and connecting them to various orientation parts 3 ', 3 1 ', a higher entry rate and an automatic adjustment of the gripping part with respect to the object can be achieved. A similar effect can be achieved with the movement unit according to FIG. 13, in which the threads 4 control the orientation parts 3 ′, 3 ″ via the compensating element 6.
Die Rückbewegung der Bewegungseinheit in die Ausgangslage kann durch eine erzwungene Bewegung bei Verwendung von entgegengesetzt zusammengewickelten Fäden, durch das Eigengewicht oder durch die Speicherenergie aus der Aktivierungsbewegung, z.B. durch Federn oder andere Speicher erzielt werden.The movement unit can be moved back to its starting position by a forced movement when using oppositely wound threads, achieved by their own weight or by the storage energy from the activation movement, e.g. by springs or other storage devices will.
Für die Positionierung der Fadeneintrittsenden ist ihr Angriff an dem gemeinsamen drehbaren Tragkörper wesentlich, der in den obigenBeispielen von einem Motorenrotor gebildet wird.For the positioning of the thread entry ends, their engagement on the common rotatable support body is essential in the above examples formed by a motor rotor will.
Zur Erzielung eines weichen Eingriffs besonders bei den Greifteilen, die durch die letzten Elementenpaare gebildet sind, ist die Anwendung von elastischen Gliedern, wie z.B. Federn möglich, die meistens zwischen das Austrittsende des Fadens oder der Fäden 4 und den Orientierungsteil des Elementenpaares oder das Führungsglied, das zu diesem Orientierungsteil befestigt ist, zwischengeschaltet sind.To achieve a soft engagement, especially with the gripping parts, which are formed by the last pairs of elements is the use of elastic members, e.g. Feathers possible, mostly between the exit end of the Thread or threads 4 and the orientation part of the pair of elements or the guide member that leads to this orientation part is attached, are interposed.
Statt der Fäden 4 können auch andere flexible Zugelemente oder Stränge, wie z.B. Seile, Drähte, Bänder aus Textilfasern, Kunststoff oder Metall verwendet werden. Bei Verwendung von z.B. Stahldrähten kann die Rückstellbewegung auf Grund ihrer Eigensteifigkeit einfach durch Auf- bzw. Zurückdrehen der verzwirnten Einzeldrähte erfolgen. Zweckmäßig ist dabei die Anordnung der einzelnen Drähte in einem gemeinsamen flexiblen Schlauch oder Rohr.Instead of the threads 4, other flexible tension elements or strands, such as ropes, wires, tapes made of textile fibers, Plastic or metal can be used. When using steel wires, for example, the return movement due to their inherent rigidity, simply by opening or Twist back the twisted individual wires. The arrangement of the individual wires in a common flexible hose or pipe.
Claims (5)
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- 1984-10-31 FR FR8416730A patent/FR2572560A1/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3715550A1 (en) * | 1987-05-09 | 1988-11-17 | Wabco Westinghouse Steuerung | Manipulator gripper with two or more jaws - which are actuated by endless belt driven by rotary actuator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2572560A1 (en) | 1986-05-02 |
| AT381894B (en) | 1986-12-10 |
| CS8106049A (en) | 1984-12-14 |
| CH665162A5 (en) | 1988-04-29 |
| CS237906B1 (en) | 1985-11-13 |
| AU3355284A (en) | 1986-04-10 |
| AU568574B2 (en) | 1988-01-07 |
| ATA297184A (en) | 1986-05-15 |
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Legal Events
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