DE68921623T2

DE68921623T2 - Bewegungsantriebsvorrichtungen.

Info

Publication number: DE68921623T2
Application number: DE68921623T
Authority: DE
Inventors: Eric Frank Rhys Edwards
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1989-05-19
Publication date: 1996-02-08
Anticipated expiration: 2009-05-20
Also published as: WO1989011381A1; GB2237843B; US5218280A; AU3694389A; JPH03504215A; GB9024904D0; ATE119451T1; EP0413000A1; AU635706B2; GB2237843A; EP0413000B1; DE68921623D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verstellorgan, mit dem eine kontrollierte Bewegung erreicht werden kann. Ein wichtiges Gebiet, auf dem ein derartiges Verstellorgan besonders nützlich ist, liegt in der Konstruktion von Gelenken beispielsweise bei Roboterarmen.
Robotergelenke werden üblicherweise durch Elektromotoren und zugehörige Antriebe, Ketten, flexible Kabel, pneumatische oder hydraulische Kolben, oder geformte Memory- Legierungen betätigt. Diese Gelenke und Betätigunmgsmethoden sind entweder voluminös, hinsichtlich ihrer Richtungsfähigkeit beschränkt oder wegen ihres Energieverbrauches teuer. Die gegenwärtigen Betätigungsmethoden sind nicht in der Lage, die vielfäligen Bewegungen des menschlichen Körpers zu reproduzieren, die sie zu imitieren versuchen.
Die PCT-Anmeldung WO88/3008 beschreibt einen künstlichen Glied-Antrieb in Form eines aufblasbaren Schlauches, der auf sich selbst zurückgefaltet und an den überlappenden Enden durch eine Klammer gehalten ist, die auch ein Entlüftungsrohr hält. Die Klammer hält außerdem ein nicht dehnbares Band, das über dem Schlauch liegt und ein Verbindungsglied zwischen zwei schwenkbar miteinander verbundenen Gliedern bildet und diese bewegt, wenn der Schlauch aufgeblasen wird.
Erfindungsgemäß wird ein Verstellorgan mit einem aufblasbaren Kammerbauteil vorgeschlagen, das an einem Ende Befestigungsmittel und am anderen Ende ein eine äußerst zugfeste Faser enthaltendes Verbindungsglied aufweist, wobei sich die Faser entlang einer Wand des Kammerbauteils erstreckt und in diese eingebettet ist, während eine weitere Wand des Kammerbauteils im wesentlichen undehnbar ist, so daß sich bei einer Ausdehnung des Kammerbauteils die kombinierte Länge des Kammerbauteils und des Verbindungsgliedes verringert.
Das Kammerbauteil kann aus natürlichem oder synthetischem Gummimaterial geformt sein , z.B Nitryl-, Neopren-, Butyl- und Silikongummi, Polyurethan, Polyäthylen, Polystyrol und Hypalon. Im Idealfall sind in die Wände des Kammerbauteils Verstärkungsfasern eingebettet.
Das Verbindungsglied kann von einer einzigen Faser oder von eine Faserbündel gebildet werden, die bzw. das aus Glasfaser, Kohlefaser, Metalldraht, natürlichen oder synthetischen gewebten Fäden oder einem anderen hoch zugfesten faserartigen Material besteht.
Die Erfindung umfaßt ferner ein künstliches Gelenk mit zwei schwenkbar miteinander verbundenen Armen und mit einem erfindungsgemäßen Verstellorgan, das mit den beiden Armen durch die Befestigungsmittel und das Verbindungsglied verbunden ist.
Die Erfindung kann auf verschiedene Weise ausgeführt werden, und ein bevorzugtes Ausführugsbeispiel wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Roboter-Gelenks mit einem erfindungsgemäßen Verstellorgan,
Fig. 2 und 3 Schnitte entlang Linie X-X bzw. Y-Y in Fig. 1, und
Fig. 4 einen Linearsensor, der in dem Roboter-Gelenk von Fig. 1 verwendet werden kann.
In Fig. 1 ist ein Verstellorgan 1 dargestellt, das einer Gelenkverbindung mit zwei Arme 2 und 3 zugeordnet ist, welche bei 4 schwenkbar miteinander verbunden sind. Das Verstellorgan weist eine blasenförmige Kammer 5 auf, deren eines Ende durch einen Halter 6 am Arm 2 befestigt ist, während sich vom anderen Ende des Kammerbauteils 5 ein Faserbündel 7 zu einem Anschluß 8 am anderen Arm 3 erstreckt. Die Rückwand 9 des Kammerbauteils 5 ist von gewebten, in zwei Richtungen sich erstreckenden Fasern 10 gebildet, während die äußere Wand von einer Anordnung aus hoch zugfesten Fasern 11 definiert ist, von denen wenigstens einige von den Fasern 7 ausgehen. Die Fasern 7, 10 und 11 sind in elastisches Material eingebettet.
Wenn ein pneumatisches oder hydraulisches Fluid durch einen Einlaß 12 in das Kammerbauteil 5 gepumpt wird, wird dieses gedehnt und werden die Fasern 11 nach außen gebogen, wobei sie an den Fasern 7 ziehen und den Arm 3 relativ zu dem Arm 2 nach oben schwenken, um ein Gewicht 13 anzuheben. Wenn das Fluid aus dem Kammerbauteil 5 entlassen wird, senkt sich der Arm 3 unter seinem Eigengewicht. Falls nötig, könnte jedoch ein weiteres Verstellglied 1 vorgesehen werden, um den Arm 3 in die andere Richtung, beispielsweise in Bezug auf eine sich nach unten erstreckende Verlängerung des Armes 2, zu ziehen.
Der Zustand des Kammerbauteils 5 und der beiden Arme 2 und 3 könnte durch Linearbewegungssensoren 14 und 15 festgestellt werden, die von der Art sein könnten, die in der PCT- Anmeldung WO89/11633 beschrieben und beansprucht ist. Ein derartiger flexibler Sensor ist in Fig. 3 dargestellt und enthält elektrisch leitende hoch zugfeste Fäden 25, die an jeder Seite eines elektrisch leitenden elastischen Blockes 16 angebracht sind, der in den erforderlichen Dimensionen geformt ist, um vorbestimmte Funktionskennwerte zu geben. Die Gesamtheit wird dann mit einer elastischen Umhüllung 27 beschichtet. Die Fäden 25 bilden elektrische Kontakte, durch die ein elektrischer Strom geschickt wird. Der sich ergebenden elektrische Widerstand wird gemessen und ist proportional zu der linearen Verschiebung und der Spannung, die in jedem Moment auf den Sensor ausgeübt wird und eine Verformung des leitenden elastischen Blocks 26 bewirkt, wodurch die elektrischen Widerstandscharakteristika des Blocks 26 verändert werden.

Claims

1. Verstellorgan mit einem eine aufblasbare Kammer enthaltenden Bauteil (5), das an einem Ende Befestigungsmittel (6) und am anderen Ende ein eine äußerst zugfeste Faser enthaltendes Verbindungsglied (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Faser entlang einer Wand des Kammerbauteils erstreckt und in diese eingebettet ist, während eine weitere Wand (9) des Kammerbauteils im wesentlichen undehnbar ist, so daß sich bei einer Ausdehnung des Kammerbauteils die kombinierte Länge des Kammerbauteils und des Verbindungsggliedes verringert.

2. Verstellorgan nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kammerbauteil aus natürlichem oder synthetischem Gummimaterial geformt ist.

3. Verstellorgan nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Kammerbauteils Verstärkungsfasern (10,11) enthalten.

4. Verstellorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsglied eine einzige Faser oder ein Faserbündel ist, die bzw. das aus Glasfaser, Kohlefaser, Metalldraht, natürlichen oder synthetischen gewebten Fäden oder einem anderen hoch zugfesten faßerartigen Material besteht.

5. Künstliches Gelenk mit zwei schwenkbar miteinander verbundenen Armen (2,3) und einem Verstellorgan zwischen den beiden Armen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet ist und mit den beiden Armen einerseits durch die Befestigungsmittel und andererseits durch das Verbindungsglied verbunden ist.

6. Künstliches Gelenk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Armen und/oder über der Wand des Kammerbauteils, entlang der sich die Faser erstreckt, ein Linearbewegungssensor angebracht ist, dessen Längenänderung gemessen werden kann und der einen elektrisch leitenden Block (26) aufweist, der zwischen seinen beiden Enden elastisch verformbar und an diesen Enden mit elektrisch leitenden, nicht verformbaren Kontakten (25) versehen ist.