DE4432253A1

DE4432253A1 - Motion and power transmission mechanism esp. for miniaturisation

Info

Publication number: DE4432253A1
Application number: DE19944432253
Authority: DE
Inventors: Gerhard Prof Dr Ing Boegelsack
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-10
Filing date: 1994-09-10
Publication date: 1996-03-14

Abstract

The mechanism has a structure which is capable of movement, and which has a drive section and an actuating section. All the sections of the mechanism are connected to one another in an uninterrupted material, but the pliability of the individual sections is different. The cross sectional areas may differ, in sections of differing pliability, and the textures of the materials may also be different. The mechanism may be operated by the application of mechanical force, and this may take the form of a varying fluid pressure, which would cause movement by deforming the structure.

Description

Die Erfindung betrifft Mechanismen mit stoffschlüssigen beweglichen Verbindungen, die Betrag und Richtung von Bewegungen infolge äußerer Antriebskräfte in Wirkbewegungen und Wirkkräfte anderen Betrages und anderer Richtung umwandeln. Die Lösung ist vorzugsweise für Greif einrichtungen Manipuliereinrichtungen und lokomotorische Aufgaben in miniaturisierten Bewegungssystemen einsetzbar.The invention relates to mechanisms with cohesive movable Connections, the amount and direction of movements due to external Driving forces in active movements and active forces of other amounts and convert another direction. The solution is preferably for griffins facilities manipulation facilities and locomotive tasks in miniaturized movement systems can be used.

Aus der Manipulator- und Robotertechnik sind für die Aufgaben des Greifens und Handhabens von Objekten und für die Lokomotion des gesamten Bewegungssystems eine Reihe von Mechanismen bekannt. Ihre Struktur besteht jedoch im allgemeinen aus starren Körpern, die zwecks Erzielung relativer Beweglichkeit durch reibungsbehaftete form- oder kraftschlüssige Starrkörper-Gelenke miteinander verbunden sind. Derartige Mechanismen erfordern meist komplizierte Montagevorgänge und sind deshalb nur in gewissen Grenzen miniaturisierbar. Jenseits dieser Anwendungsgrenzen, z. B. in der Mikrotechnik, werden Bewe gungssysteme benötigt, die kaum Montageaufwand erfordern und zudem verschleißarm und spielfrei sind.Manipulator and robot technology are responsible for the tasks of Gripping and handling objects and for the locomotion of the a number of mechanisms are known throughout the movement system. Your However, structure generally consists of rigid bodies that are designed to Achieving relative mobility through frictional form or non-positive rigid body joints are interconnected. Such mechanisms usually require complicated assembly processes and can therefore only be miniaturized within certain limits. Beyond these application limits, e.g. B. in microtechnology, Bewe systems that require little assembly effort and more are low-wear and free of play.

Dazu wird von ANDO, Y. et al. in Microsystems Technologies 90, Springer 1990, S. 845-849, unter dem Titel "Development of Microgrippers" eine Lösung vorgeschlagen, die die Wirkung eines piezoelektrischen Aktuators in eine Greifbewegung umsetzt. Sie hat jedoch den Nachteil relativ kurzer Hebelarme für die Antriebskraft und verhältnismäßig großer Formänderungswiderstände. Überdies ist die Struktur nicht in sich ge schlossen, so daß nur bestimmte Arten von Aktuatoren zum Einsatz kommen können.For this purpose, ANDO, Y. et al. in Microsystems Technologies 90, Springer 1990, pp. 845-849, under the title "Development of Microgrippers" Solution proposed that the effect of a piezoelectric actuator translates into a gripping movement. However, it has the disadvantage relatively short lever arms for the driving force and relatively large Resistance to deformation. Moreover, the structure is not self-contained closed, so that only certain types of actuators are used can come.

Unter Überwindung von Mängeln bekannter Lösungen soll mit einer stofflich zusammenhängenden und in sich geschlossenen mechanischen Struktur eine Übertragung und Umwandlung von Bewegungen und Kräften, vorzugsweise für greiftechnische, manipulatorische und lokomotorische Bewegungssysteme erreicht werden. Die mechanis mentechnische Lösung soll weitgehend miniaturisierbar, verschleißarm und spielfrei sein und mit Verfahren der Mikrotechnologien hergestellt werden können.Overcoming shortcomings of known solutions with a cohesive and self-contained mechanical Structure a transmission and transformation of movements and Forces, preferably for gripping, manipulative and locomotive movement systems can be achieved. The mechanis The technical solution should largely be miniaturized and wear-resistant and be free of play and manufactured using microtechnology processes can be.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die mechanische Struktur aus stofflich zusammenhängenden Abschnitten unterschiedlicher mechanischer Nachgiebigkeit aufgebaut ist. Die mechanische Nachgiebig keit führt unter Belastung zur Formänderung des betreffenden Abschnittes, die sich je nach Belastungsart als Verbiegung, Verdrehung, Dehnung oder Stauchung äußert und durch die damit verbundenen relativen Lageänderungen die Beweglichkeit der gesamten Struktur begründet. Die Abschnitte größter Nachgiebigkeit wirken als stoff schlüssige bewegliche Verbindungen der weniger nachgiebigen und der als starr zu betrachtenden Abschnitte. Der Grad der Beweglichkeit des Mechanismus wird bestimmt durch Anzahl, Anordnung und Materialeigen schaften der nachgiebigen Abschnitte sowie durch Anzahl und Anord nung der angreifenden äußeren Kräfte.According to the invention the object is achieved in that the mechanical Structure from materially connected sections of different mechanical compliance is built. The mechanical compliant speed leads to a change in shape of the affected body under load Section which, depending on the type of load, can be seen as bending, twisting, Elongation or compression expresses and through the associated relative changes in position the mobility of the entire structure justified. The sections of greatest flexibility act as fabric coherent flexible connections of the less compliant and the sections to be considered rigid. The degree of mobility of the Mechanism is determined by number, arrangement and material properties flexible sections as well as by number and arrangement attacking external forces.

Unterschiedliche Nachgiebigkeit der einzelnen Abschnitte wird erreicht durch Änderung von Gestalt und Abmessungen belasteter Querschnitts flächen, durch anisotrope Materialtextur oder unterschiedliche Dichte des Materials.Different flexibility of the individual sections is achieved by changing the shape and dimensions of the loaded cross-section surfaces, due to anisotropic material texture or different density of the Materials.

Die in sich geschlossene Struktur nimmt zur Einleitung der Antriebs bewegung punktuell wirkende äußere Kräfte und den Druck eines fluidischen Mediums auf.The self-contained structure takes the initiation of the drive external forces and the pressure of a fluid medium.

Drei Ausführungsbeispiele sollen die Erfindung an Hand folgender zugehöriger Zeichnungen erläutern:Three exemplary embodiments are intended to illustrate the invention using the following explain associated drawings:

Fig. 1 und Fig. 2 Mechanismus zur Kraft- und Bewegungsübertragung mit punktuell angreifender Antriebskraft Fig. 1 and Fig. 2 mechanism for power and motion transmission with selective attacking driving force

Fig. 3 und Fig. 4 Mechanismus zur Kraft- und Bewegungsübertragung mit Druckbeaufschlagung durch ein fluidisches Medium. Fig. 3 and Fig. 4 mechanism for power and motion transmission with pressurization by a fluid medium.

In dem in Fig. 1 dargestellten ebenen Mechanismus bilden der Gestell abschnitt a, die Holme b und c und die Traverse d eine geschlossene Struktur, in der die Traverse d eine deutlich größere mechanische Nachgiebigkeit in der Belastungsebene aufweist als die drei Abschnitte a, b und c. Mit der Traverse d sind zwei Wirkelemente e und f geringerer Nachgiebigkeit stoffschlüssig verbunden. Eine an der Traverse d punktuell angreifende Kraft F, deren Reaktionskraft (-F) sich am Gestellabschnitt a abstützt, deformiert die Traverse d und führt zu einer Öffnung der zangenähnlichen Wirkelemente e und f. Bei Rücknahme der Kraft F schließt sich die Zange dank der Elastizität der Traverse d.In the planar mechanism shown in Fig. 1, the frame section a, the spars b and c and the cross member d form a closed structure in which the cross member d has a significantly greater mechanical flexibility in the load plane than the three sections a, b and c. With the cross member d two active elements e and f less flexibility are integrally connected. A force F which acts on the crossbeam d, the reaction force (-F) of which is supported on the frame section a, deforms the crossbeam d and leads to an opening of the forceps-like active elements e and f. When the force F is withdrawn, the pliers close thanks to the elasticity of the traverse d.

Im erweiterten Ausführungsbeispiel in Fig. 2 besteht die geschlossene Struktur aus dem Gestellabschnitt a, den Holmen b und c, der Traverse d und den Wirkelementen e und f. Sie ist zusätzlich mit der zwischen dem Gestellabschnitt a und dem Holm b wirkenden Kraft S beaufschlagt, die eine Schwenkung des gesamten Mechanismus relativ zum Abschnitt a verursacht und damit der Positionierung der Wirkelemente bei der Manipulation dient.In the extended exemplary embodiment in FIG. 2, the closed structure consists of the frame section a, the bars b and c, the cross member d and the active elements e and f. It is additionally subjected to the force S acting between the frame section a and the spar b, which causes the entire mechanism to pivot relative to section a and thus serves to position the active elements during manipulation.

In Fig. 3 ist als Ausführungsbeispiel ein Mechanismus mit ellipsenähn licher Rahmenstruktur dargestellt. An der in radialer Belastungsrichtung elastisch nachgiebigen Hülse h sind der Gestellabschnitt a und die beiden Wirkelemente e und f stoffschlüssig angeordnet. Bei Beauf schlagung der Hülse h mit einem Innendruck p durch ein in einem geeigneten Mittel geführtes fluidisches Medium verformt sich die Ellipse und nähert sich der Kreisform. Dabei bewegen sich die Wirkelemente e und f aufeinander zu.In Fig. 3, a mechanism with an ellipsoidal frame structure is shown as an embodiment. The frame section a and the two active elements e and f are integrally arranged on the sleeve h, which is elastically flexible in the radial loading direction. When the sleeve h is subjected to an internal pressure p by a fluid medium guided in a suitable medium, the ellipse deforms and approaches the circular shape. The active elements e and f move towards each other.

Im Ausführungsbeispiel in Fig. 4 sind die Wirkelemente e und f stoff schlüssig in axialer Richtung mit der Hülse h verbunden. Bei ihrer Anordnung an den Endpunkten der großen Achse des Hülsenquerschnitts bewegen sie sich unter Wirkung eines Innendruckes p aufeinander zu, bei Anordnung an den Endpunkten der kleinen Ellipsenachse entfernen sie sich voneinander.In the exemplary embodiment in FIG. 4, the active elements e and f are connected cohesively to the sleeve h in the axial direction. When they are arranged at the end points of the large axis of the sleeve cross section, they move towards one another under the effect of an internal pressure p, when they are arranged at the end points of the small ellipse axis, they move away from one another.

Bei punktueller Einwirkung einer Kraft auf die Innenfläche der Hülse h in Richtung der im unbelasteten Zustand kleinen Achse verformt sich der elliptische Querschnitt über die Kreisfigur hinaus zu einer anderen Ellipse wobei sich die anfangs kleine zur großen Ellipsenachse wandelt.When a point is applied to the inner surface of the sleeve h deforms in the direction of the small axis when unloaded the elliptical cross section beyond the circular figure to another Ellipse where the initially small to the large ellipse axis changes.

BezugszeichenlisteReference list

a Gestellabschnitt
b, c Holm
d Traverse
e, f Wirkelement
h Hülse
F Antriebskraft für Wirkbewegung
S Antriebskraft für Positionierung
p Innendruck.a frame section
b, c spar
d traverse
e, f active element
h sleeve
F Driving force for active movement
S Driving force for positioning
p internal pressure.

Claims

1. Mechanism for movement and power transmission, preferably for miniaturized movement systems, consisting of a movable structure having drive and active sections, characterized in that all sections of the movable structure are connected to one another in an uninterrupted material connection and that the relative flexibility of the individual sections is different.

2. Mechanism according to claim 1, characterized in that in the Structural sections of different compliance the cross section surfaces are of different shapes.

3. Mechanism according to claim 1, characterized in that in the Structural sections of different compliance the density of the Material is different.

4. Mechanism according to claim 1, characterized in that in the Structural sections of different compliance the texture of the Material is different.

5. Mechanism according to claim 1, characterized in that the Drive sections contain means that selectively for recording attacking forces are suitable.

6. Mechanism according to claim 1, characterized in that the Drive sections contain means for receiving the pressure of a fluidic medium are suitable.