DE69022969T2

DE69022969T2 - Flexibles Fingerelement.

Info

Publication number: DE69022969T2
Application number: DE69022969T
Authority: DE
Inventors: Kohichi Suzumori
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-20
Filing date: 1990-12-20
Publication date: 1996-04-18
Anticipated expiration: 2010-12-21
Also published as: US5156081A; EP0437792B1; US5385080A; DE69022969D1; EP0437792A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betätigungselement, welches flexible Zylinder verwendet, die sich im Ansprechen auf angewendete Flüssigkeitsdrucke deformieren.
In den vergangenen Jahren wurde Roboter in großem Umfang verwendet und es bestanden Anforderungen, eine Roboterhand zu entwickeln, die einfach ein weiches Objekt handhaben kann, beispielsweise eine Frucht oder ein kleines Tier, ein zerbrechliches Objekt, beispielsweise ein Glastasse oder ein Objekt mit vielen gekrümmten Elächen, beispielsweise ein Ball oder einen Konus. Ferner ist es erforderlich, ein Objekt nur durch die Fingerspitzen der Roboterhand zu transportieren.
Aus der US-A-4 815 782 ist eine Greifereinrichtung bekannt, die einen Arm umfaßt, der aus einem aufblasbaren Schlauch mit verschlossenem Ende gebildet ist, der eine Vielzahl von allgemein parallelen longitudinal beabstandeten Bändern aufweist, die um ihn herum angeordnet sind, um die radiale Ausdehnung des Arms zu begrenzen, wenn dieser aufgeblasen wird. Um dem Arm zu ermöglichen, ein zu ergreifendes Objekt zu umfassen, ist ein longitudinal unelastisches, lateral flexibles Band auf einer Oberfläche des Schlauchs angeordnet. Eine Aufblasung des Schlauchs über ein derartiges Maß hinaus, das den Schlauch begradigt, veranlaßt die Einrichtung, sich in eine Spirale zu verwinden. Selbst bei einem Fall, bei dem erste und zweite allgemein parallele individuelle aufblasbare Zellen vorgesehen sind, ist es das elastische Band, welches den Schlauch in eine spezifische Richtung drängt. Um eine multi-direktionale Ergreifung zu ermöglichen, wurde deshalb vorgeschlagen, eine Anzahl von longitudinal verlaufenden umfangsmäßig beabstandeten Bändern auf der Oberfläche eines Einzelzellenschlauchs vorzusehen. Die Richtung einer Ergreifung wird gesteuert, indem die longitudinale Begrenzung der Bänder gesteuert wird.
Aus der WO-A-90/5696, die unter Artikel 54(3) EPC fällt, ist eine Ergreifungs- oder Halteeinrichtung bekannt, die hydraulisch oder pneumatisch betätigt wird. Die Einrichtung ist in die Form einer Roboterhand mit zwei oder mehreren Roboterfingern ausgebildet, die an einem Roboterhandgehäuse angebracht sind. Zwei Kammerabschnitte sind in der Roboterhand so definiert, daß die Roboterfinger gebogen werden können, wenn Medien mit unterschiedlichen Drucken an die einzelnen Kammern geliefert werden.
Obwohl die voranstehende Ergreifungseinrichtung bestimmte Objekte, die weich, zerbrechlich oder mit vielen gekrümmten Flächen ausgebildet sind, behandeln und transportieren kann, stellt die Notwendigkeit der Steuerung der longitudinalen Beschränkungen der freien Bewegung der Bänder einen Nachteil dar und begrenzt den Freiheitsgrad, wenn die Einrichtung zum Ergreifen eines Objekts veranlaßt wird.
Deshalb ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Betätigungselement bereitzustellen, welches ein Objekt, welches weich, zerbrechlich oder mit vielen gekrümmten Flächen versehen ist, leicht halten kann und das Objekt effizient handeln kann.
Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt ein Betätigungselement gemäß der vorliegenden Erfindung: eine Basis, an der Halteelemente befestigt sind; wenigstens zwei flexible Zylinder, die jeweils einen schlauchförmigen elastischen Körper mit einer anisotropen Elastizität aufweisen; eine elastische Teilungswand, die den schlauchförmigen elastischen Körper longitudinal und radial in wenigstens drei einzelne Druckkammern innerhalb des schlauchförmigen elastischen Körpers unterteilt; und einen Basisabschnitt, der zwischen der Basis und einem der Halteelemente gehalten wird, wobei die flexiblen Zylinder an dem Basisabschnitt in einer vorgegebenen positionsmäßigen Beziehung gehalten werden.
Durch Einstellen von Drucken in die jeweiligen Druckkammern können die flexiblen Zylinder getrennt arbeiten, das heißt die flexiblen Zylinder verformen sich elastisch, wenn die Druckkammern mit verdichteten Flüssigkeiten gefüllt werden, die einen bislang unbekannten Freiheitsgrad erlauben. Insbesondere dehnen sich die flexiblen Zylinder tatsächlich aus oder ziehen sich zusammen (mit Ablenkbewegungen um ihre jeweiligen tatsächlichen Mitten, wenn die anisotropische Elastizität dies erlaubt) oder krümmen sich in optionale Richtungen. Die flexiblen Zylinder bewegen sich zusammen, um ein Objekt zu halten und zu behandeln.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben und ergeben sich ferner aus der folgenden eingehenden Beschreibung und bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine allgemeine Ansicht, die ein Betätigungselement gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A und 2B Draufsichten, die das Betätigungselement aus Figur 1 zeigen;
Fig. 3 einen Querschnitt entlang einer Linie III-III aus Figur 2a;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, die das Außere eines flexiblen Zylinders des Betätigungselements aus Figur 1 zeigen;
Fig. 5 einer perspektivische Explosionsansicht, die einen flexiblen Zylinder zeigt;
Fig. 6a bis 8b Ansichten, die einen ersten Betrieb des Betätigungselements zeigen;
Fig. 9a bis 9c Ansichten, die einen zweiten Betrieb des Betätigungselements zeigen;
Fig. 10 bis 13B Ansichten, die Bewegungsvorgänge des Betätigungselements bei der Behandlung eines Objekts M erläutern;
Fig. 14 und 15 Ansichten, die Modifikationen der ersten Ausführungsform mit vielen flexiblen Zylindern zeigen;
Fig. 16 und 17 Ansichten, die einen dritten Betrieb des Betätigungselements der ersten Ausführungsform erläutern;
Fig. 18a und 18b Ansichten, die einen anderen Betrieb mit einer Ablenkungsbewegung der ersten Ausführungsform erläutern;
Fig 19 bis 22 Ansichten, die zweite, dritte und vierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen; und
Fig. 23 bis 25 Ansichten, die Modifikationen des flexiblen Zylinders zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Figuren 1 bis 3 sind Ansichten, die ein Betätigungselement gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei Figur 1 eine Anordnung des Betätigungselements (eine Roboterhand) zeigt, Figuren 2a und 2b Draufsichten des Betätigungselements sind, und Figur 3 eine Querschnittsansicht entlang einer Schnittlinie III-III von Figur 2a ist.
In den Figuren bezeichnet ein Bezugszeichen 1 das Betätigungselement, welches eine Vielzahl (vier in dieser Ausführungsform) von flexiblen Zylindern 3, 5, 7 und 9 umfaßt. Basisabschnitte 3a, 5a, 7a und 9a der flexiblen Zylinder werden zwischen einer Basis 11 des Betätigungselements 1 und Halteelementen 13, 15, 17 und 19 gehalten und sind mit Schrauben 20 befestigt. Die flexiblen Zylinder sind entlang eines Kreises 21 auf der Basis 11 in gleichen Abständen angeordnet. Mittenachsen 3b, 5b, 7b und 9b der flexiblen Zylinder sind parallel zueinander.
Die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 besitzen Druckkammern 301, 302, 303; 501, 502, 503; 701, 702, 703; und 901, 902, 903 wie in Figur 2b gezeigt.
Von den flexiblen Zylindern, die identisch aufgebaut sind, werden nachstehend der flexible Zylinder 3 unter Bezugnahme auf die Figuren 4 und 5 erläutert.
Eine Umfangswand des flexiblen Zylinders 3 umfaßt einen schlauchförmigen elastischen Körper 23 mit einer anisotropen Elastizität. Der schlauchförmige elastische Körper 23 ist beispielsweise aus umfangsmäßig aufgewickelten Fasern hergestellt. Der schlauchförmige elastische Körper 23 umfaßt nämlich eine um die Achse spiralförmig mit feinen Zwischenfaserräumen gewickelte Faser und einen über die Faser aufgebrachten Silikongummi. Durch Herstellung des schlauchförmigen elastischen Körpers 23 aus eine anisotropen Material in Kombination der Faser und des Gummis ist eine im Modul der longitudinalen Elastizität kleine Richtung im wesentlichen zu der Axialrichtung des schlauchförmigen elastischen Körpers 23 ausgerichtet und der schlauchförmige elastische Körper 23 ist in der axialen Richtung leicht ausdehnbar. Aber in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung ist der schlauchförmige elastische Körper 23 kaum ausdehnbar, da er aufgrund der Faser einen großen Elastizitätsmodul besitzt. Der schlauchförmige elastische Körper 23 weist eine Vielzahl (drei in dieser Ausführungsform) von elastischen Teilungswänden 27, 29 und 31 auf, die entlang einer Mittenachse 25 des elastischen schlauchförmigen Körpers 23 verlaufen, um eine Vielzahl (drei in dieser Ausführungsform) von Druckkammern 301, 302 und 303 innerhalb des elatischen schlauchförmigen Körpers 23 zu definieren.
Die einen Enden der Druckkammern sind mit Deckeln 33, 35 und 37 verschlossen. Ein rundes Spitzenelement 39 ist an Endflächen der Deckel angebracht. Die anderen Enden der Druckkammern sind mit Deckeln 47, 49 und 51 verschlossen, die aus einem relativ hartem elastischen Material hergestellt sind und darin Durchlöcher 41, 43 bzw. 45 aufweisen. Für das Material der Deckel 47, 49 und 51 ist es möglich, das gleiche Material wie das des elastischen schlauchförmigen Körpers 23, ein Metallmaterial oder ein Plastikmaterial zu verwenden. Ein Abschnitt des elastischen schlauchförmigen Körpers 23, der mit dem Deckel versehen ist, wird jeweils zu den Basisabschnitten 3a, 9a.
Die Röhren oder Schläuche 53 laufen durch die Durchlöcher und stehen geringfügig in die Druckkammern 301, 302 und 303 vor. Diese Schläuche 53 führen eine Flüssigkeit, beispielsweise Luft von einer Flüssigkeitsquelle 54 in die Druckkammern, wie in Figur 1 gezeigt. Flüssigkeitsdrucke in den Druckkammern sind getrennt einstellbar mit Ventilen 57, die die Flußraten der Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle 54 steuern und mit einem Computer 55, der die Ventile 57 so steuert, daß sich der schlauchförmige elastische Körper 23 durch eine elastische Ausdehnung/Kontraktion entlang der Mittelachse 25 krümmen oder deformieren oder sich um die Mittelachse abbiegen kann. Es ist möglich für das Ventil 57 beispielsweise ein Drucksteuerventil zu verwenden.
Die anderen flexiblen Zylinder 5, 7 und 9 besitzen die gleiche Anordnung wie die des flexiblen Zylinders 3. Der flexible Zylinder 5 besitzt Druckkammern 501, 502 und 503, der flexible Zylinder 7 besitzt Druckkammern 701, 702 und 703 und der flexible Zylinder 9 besitzt Druckkammern 901, 902 und 903. Die Enden der Schläuche 53 stehen in diese Druckkammern vor und die anderen Enden dieser Schläuche 53 sind über Ventile 57 mit der Flüssigkeitsquelle 54 verbunden.
Der schlauchförmige elastische Körper 23, die Deckel 53, 55 und 37, das Spitzenelement 39 und die Deckel 47, 49 und 51 können integral aus Silikongummi etc. gebildet sein.
Eine Bodenplatte 59 (Figur 3) ist an dem Boden der Basis 11 des Betätigungselements 1 angebracht, wodurch ein Raum 61 gebildet wird, durch den die Schläuche 53 nach außen geführt werden. Die Schläuche 53 werden durch einen Schutzschlauch 63 kollektiv geschützt.
Das Betätigungselement 1 kann verschiedene Betriebsvorgänge ausführen, die nacheinander jeweils einzeln erläutert werden.
Die Figuren 6a bis 7b zeigen einen ersten Betrieb des Betätigungselements 1 zum Halten eines Objekts M von vier Richtungen. Bei diesem Betrieb werden die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 an Stellen A, B, C bzw. D so betrieben, daß sie zu der Ebene aus Figur 2a vertikal sind und durch eine Mittelachse 65 des Kreises 21 auf der Basis 11 und die Mittenachsen 3b, 5b, 7b und 9b der flexiblen Zylinder definiert sind, wie in Figur 2a gezeigt.
Zur Betätigung der flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 in den jeweiligen Ebenen A, B, C und D sind die flexiblen Zylinder so angeordnet, daß jede elastische Teilungswand 29 zwischen den Druckkammern 302 und 303 (502 und 503, 702 und 703, 902 und 903) des flexiblen Zylinders 3 (5, 7, 9) in Richtung auf die Mittenachse 65 in der Ebene A (B, C, C) orientiert ist, wie in den Figuren 6b und 7b gezeigt. Eine verdichtete Flüssigkeit wird nur an die Druckkammern 301, 501, 701 und 901 der flexiblen Zylinder geliefert, wie in den Figuren 6b und 7b schraffiert dargestellt. Demzufolge biegen sich die flexiblen Zylinder in den jeweiligen Ebenen A, B, C und D nach innen.
In den Figuren 8a und 8b wird die Flüssigkeit gleichermaßen an die Druckkammern 302, 303, 502, 503, 702, 703, 902 und 903 der flexiblen Zylinder geliefert, um die flexiblen Zylinder in den jeweiligen Ebenen A, B, C und D nach außen zu biegen. In dem Fall wird das Objekt M durch das Betätigungselement 1 von der Innenseite her gehalten, wie in Figur 8a dargestellt.
In dieser Weise werden die elastischen Teilungswände 29 der flexiblen Zylinder in den jeweiligen Ebenen A, B, C und D positioniert, um einfach den ersten Betrieb zu erzielen. Diese Ausführungsform begrenzt allerdings die Orientierungen der elastischen Teilungswände 29 nicht. Die elastischen Teilungswände 29 können nämlich in irgendeine Richtung orientiert werden, um den ersten Betrieb zu erzielen, da die flexiblen Zylinder sich entsprechend der angewendeten Flüssigkeitsdrucke in irgendwelche Richtungen biegen können.
Durch Steuerung des Betätigungselements 1 in den voranstehend erwähnten Vorgehensweisen kann es das Objekt M halten, wie in den Figuren 6a bis 8b gezeigt. Selbst wenn das Objekt aus Glas hergestellt ist und eine komplizierte Gestalt aufweist, wie in Figur 7a gezeigt, kann das Betätigungselement 1 die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 entsprechend der Gestalt des Objekts biegen, um das Objekt sanft zu behandeln. Die flexiblen Zylinder können sich nach außen biegen, wie in Figur 8a gezeigt, um das Objekt von der Innenseite her zu halten. Das Betätigungselement 1 kann das gehaltene Objekt nur durch die Bewegungen der flexiblen Zylinder ohne eine Bewegung eines Arms (nicht gezeigt), an dem das Betätigungselement 1 angebracht ist, vertikal und horizontal bewegen oder umdrehen. Dies wird dadurch erzielt, daß ein an die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 gelieferter Flüssigkeitsdruck getrennt eingestellt wird.
Ein zweiter Betrieb des Betätigungselements 1 wird nachstehend erläutert.
Bei diesem Betrieb hält das Betätigungselement 1 ein Objekt M von der Vordere und Hinterseite auf die linken und rechten Seiten des Objekts wie in Figur 9a gezeigt. Das Betätigungselement 1 ist in der gleichen Weise wie in der Figur 6a angeordnet und die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 werden in Ebenen E und F betätigt, die vertikal zu der Ebene von Figur 2a sind und durch die Mittenachsen 3b und 9b der flexiblen Zylinder 3 und 9 und die Mittenachsen 5b und 7b der flexiblen Zylinder 5 und 7 definiert sind.
In Figur 9b sind die Druckkammern 301, 501, 701 und 901 mit einer Flüssigkeit von hohem Druck, die Druckkammern 302, 503, 702 und 903 mit einer Flüssigkeit niedrigen Drucks und die Druckkammern 303, 502, 703 und 902 mit keiner Flüssigkeit gefüllt. Infolgedessen biegen sich die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 in den Ebenen E und F nach innen.
Ähnlich wie beim ersten Betrieb begrenzt der zweite Betrieb die Orientierungen der elastischen Teilungswände 29 der jeweiligen flexiblen Zylinder nicht.
Beispielsweise können die elastischen Teilungswände 29 in den Ebenen E und F positioniert werden, wie in Figur 9c gezeigt. Die elastische Teilungswand 29 zwischen den Druckkammern 302 und 303 des flexiblen Zylinders 3 und diejenige zwischen den Druckkammern 902 und 903 des flexiblen Zylinders 9 sind in der Ebene E nach innen orientiert, die elastische Teilungswand 29 zwischen den Druckkammern 502 und 503 des flexiblen Zylinders 5 und diejenige zwischen den Druckkammern 702 und 703 des flexiblen Zylinders 7 sind in der Ebene F nach innen orientiert.
Wenn eine verdichtete Flüssigkeit nur an die Druckkammern 301, 501, 701 und 901 der flexiblen Zylinder in Figur 9c geliefert werden, biegen sich die flexiblen Zylinder 3 und 9 in der Ebene E nach innen und die flexiblen Zylinder 5 und 7 in der Ebene F nach innen. Wenn andererseits die Flüssigkeit gleichermaßen an die Druckkammern 302, 303, 502, 503, 702, 703, 902 und 903 der flexiblen Zylinder geliefert wird, dann biegen sich die flexiblen Zylinder 3 und 9 in der Ebene E nach außen und die flexiblen Zylinder 5 und 7 in der Ebene F nach außen.
Die flexiblen Zylinder 3 und 9 können von den flexiblen Zylindern 5 und 7 weit entfernt sein, um ein langes Objekt stabil zu halten.
Nachstehend wird ein Transferbetrieb des Betätigungselements 1 unter Bezugnahme auf die Figuren 10 bis 13b erläutert. Bei diesem Betrieb hält und bewegt das Betätigungselement 1 ein Objekt M.
In Figur 10 besitzt das Betätigungselement 1 die gleiche Anordnung wie die von Figur 9a. Die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 des Betätigungselements 1 halten ein Objekt M von den unteren und hinteren Seiten oder den linken und rechten Seiten des Objekts. In diesem Zustand (Figur 9c) wird Flüssigkeit gleichmäßig weiter an die Druckkammern 301, 302 und 303 des flexiblen Zylinders 3, die Druckkammern 501, 502 und 503 des flexiblen Zylinders 5, die Druckkammern 701, 702 und 703 des flexiblen Zylinders 7 und die Druckkammern 901, 902 und 903 des flexiblen Zylinders 9 geliefert. Infolgedessen dehnen sich die flexiblen Zylinder entlang der jeweiligen Mittenachsen 3b, 5b, 7b und 9b aus, wie in Figur 10b gezeigt, um das Objekt M anzuheben, wie in Figur 11a gezeigt.
Aus dem Zustand in Figur 11a kann die Flüssigkeit an die Druckkammern 301 und 302 des flexiblen Zylinders 3, die Druckkammern 501 und 502 des flexiblen Zylinders 5, die Druckkammern 701 und 703 des flexiblen Zylinders 7 und die Druckkammern 901 und 903 des flexiblen Zylinders 9 geliefert werden, wie in Figur 12b gezeigt, wodurch sich die flexiblen Zylinder nach rechts biegen und das Objekt M nach rechts bewegen, wie in Figur 12a gezeigt.
Die Flüssigkeit kann auch in einer Weise zugeführt werden, um die flexiblen Zylinder 5 und 7 auszudehenen, während die flexiblen Zylinder 3 und 9 zusammengezogen werden oder so beibehalten werden, wie sie sind, wie in Figur 13b gezeigt, wodurch das Objekt M geneigt wird, wie in Figur 13a gezeigt.
Die Figuren 14 und 15 sind Ansichten, die Modifikationen des zweiten Betriebs zeigen. In diesem Fall ist ein Betätigungselement 1 mit vielen flexiblen Zylindern versehen.
In Figur 14 besitzt das Betätigungselement 1 sechs flexible Zylinder 3, 5, 7, 9, 67, 69, die unter Druck stehen, wie in der Figur gezeigt, um ein Objekt M zwischen den Zylinder 3, 5 und 67 und den Zylindern 7, 9 und 69 zu halten.
In Figur 15 besitzt das Betätigungselemnt 5 flexible Zylinder 3, 5, 7, 9 und 67, von denen die Zylinder 3, 5, 7 und 9 betätigt werden, um ein Objekt M zu halten.
Ein dritter Betrieb des Betätigungselements 1 wird nachstehend erläutert. In Figur 16 wird ein Objekt M gegen die Basisabschnitte der flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 oder gegen die Basis 11 des Betätigungselements 1 von den vorderen und hinteren Seiten oder den linken und rechten Seiten des Objekts M gedrückt.
Wie in Figur 17 gezeigt, wird eine verdichtete Flüssigkeit an die flexiblen Zylinder 3, 5, 7 und 9 geliefert, um sie in den Ebenen G, H, I bzw. J nach innen zu biegen, und zwar in einer Weise, so daß eine gegenseitige Störung vermieden wird. Die Ebenen G, H, I und J sind zu der Ebene aus Figur 17 orthogonal. Infolgedessen wird das Objekt M gegen die Basisabschnitte der flexiblen Zylinder oder gegen die Basis 11 des Betätigungselements 1 gedrückt.
Die flexiblen Zylinder des Betätigungselements 1 können wie in Figur 18b gezeigt verdichtet werden, um die Zylinder horizontal abzubiegen, um dadurch das gehaltene Objekt M umzudrehen.
Die Figuren 19 bis 22 zeigen die zweiten, dritten und vierten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
In Figur 19 sind die Mittenachsen 3b und 5b der flexiblen Zylinder 3 und 5 auf einer Basis 11 eines Betätigungselements 1 nach außen geneigt. Diese Anordnung ermöglicht, daß die flexiblen Zylinder 3 und 5 weite Arbeitsbereiche besitzen, daß ein schwebendes Ding effektiv geschützt werden kann und daß sein eigener Roboterarm an ein Halteobjekt M geführt werden kann.
In Figur 20 sind die Mittenachsen 3b und 5b von Zylinder 3 und 5 auf einer Basis 11 eines Betätigungselements 1 nach innen geneigt. Mit dieser Anordnung biegen sich die oberen Enden der flexiblen Zylinder 3 und 5 tief in Richtung auf eine Mittenachse 65 der Basis 11, das heißt einer Mittenachse einer Roboterhand, so daß ein Objekt M stabil in dem dritten Betrieb, der unter Bezugnahme auf Figur 16 erläutert wird, gehalten werden kann.
In den Figuren 21 und 22 sind fünf flexible Zylinder 3, 5, 7 9 und 67 wie eine menschliche Hand angeordnet. Eine Basis 71 umfaßt einen Basisabschnitt 71a mit einem Befestigungsloch 73 zur Aufnahme des flexiblen Zylinders 3 entsprechend einem Daumen und einen Basisabschnitt 71b mit Befestigungslöchern 75, 77, 79 und 81 zur Aufnahme der flexiblen Zylinder 5, 7, 9 und 67 entsprechend der übrigen vier Finger der Hand. Die flexiblen Zylinder 3, 5, 7, 9 und 67 werden jeweils in die Befestigungslöcher 73, 75, 77, 79 und 81 eingeführt und daran befestigt. Die Schläuche 53 der flexiblen Zylinder werden durch einen Raum 61 innerhalb des Basisabschnitts 71b geführt und kollektiv auf der Außenseite des Raums 61 durch einen Schutzschlauch 63 gschützt. Eine hintere Platte 63 verschließt den Raum 61. Dieses Betätigungselement 1 wird gesteuert, so daß es wie eine menschliche Hand arbeitet.
Die Figuren 23 bis 25 zeigen Modifikationen des flexiblen Zylinders.
In Figur 23 ist ein schlauchförmiger elastischer Körper 23 teilweise mit einem dünnen Ring 85 bedeckt, der aus Metall oder Plastiken hergestellt ist, so daß er sich nicht leicht verformen kann. Der dünne Ring 85 ist an einer vorgegebenen Position des schlauchförmigen elastischen Körpers 23 angebracht, um einen flexiblen Zylinder 87 zu bilden. Wenn eine verdichtete Flüssigkeit an den flexiblen Zylinder 87 geliefert wird, verformt sich der dünne Ring 85 nicht, so daß der flexible Zylinder 87 sich unregelmäßig abbiegen kann, wie in Figur 24 gezeigt. Die Anzahl, Länge und Befestigungsposition der dünnen Ringe 85 sind optional, so daß irgendeine für ein Ohjekt geeignete Kurve durch den flexiblen Zylinder 87 realisiert werden kann.
In Figur 25 ist ein Teil eines elastischen schlauchförmigen Körpers 23 aus einem unterschiedlichen Material gebildet, welches sich nicht so leicht deformiert. Insbesondere umfaßt der elastische schlauchförmige Körper 23 eines flexiblen Zylinders 89 Teile 91 und 93, die aus einem anisotropen Material gebildet sind und einen Teil 95, der aus einem Material gebildet ist, welches sich im Vergleich mit dem Material der Teile 91 und 93 nicht leicht deformiert. Diese Teile werden getrennt gebildet und untereinander fest mit Klebemittlen etc. verbunden. Diese Anordnung kann fast den gleichen Effekt wie den aus Figur 23 bereitstellen.
In den obigen Ausführungsformen kann die Umfangswand des elastischen schlauchförmigen Körpers des flexiblen Zylinders verstärkt werden, um einen kleineren Winkel zu bilden als einen Parallelitätswinkel (bei dem sich der elastische schlauchförmige Körper radial nicht ausdehnt oder zusammenzieht) in Bezug auf eine Erzeugungslinie des flexiblen Zylinders, die parallel zu der Mittenachse des flexiblen Zylinders ist, nämlich durch Aufwickeln der Faser bei einem kleineren Winkel als der Parallelitätswinkel, so daß sich der flexible Zylinder axial mit oder ohne Umdrehen um die Mittenachse zusammenziehen kann, wenn die Flüssigkeit an die Druckkammern des flexiblen Zylinders geliefert wird.
Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf eine Roboterhand anwendbar, sondern auch für eine Transportvorrichtung zum Transportieren eines Objekts in einer Ebene durch eine Anzahl von dicht angeordneten Betätigungselementen.
Zusammenfassend weist ein Betätigungselement der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von flexiblen Zylindern auf, die an einer gemeinsamen Basis befestigt sind. Die Umfangswand jedes flexiblen Zylinders weist eine anisotrope Elastizität auf, so daß der flexible Zylinder sich elastisch deformieren oder biegen kann, während er sich um eine axiale Mitte davon umdrehen kann, wenn verdichtete Flüssigkeiten an Druckkammern des flexiblen Zylinders geliefert werden. Infolgedessen kann das Betätigungselement leicht ein weiches oder zerbrechliches Objekt oder ein Objekt mit vielen gekrümmten Flächen behandeln. Die flexiblen Zylinder des Betätigungselemens können sich neigen oder bewegen, um einen Transferbetrieb zu realisieren.
Denjenigen Personen, die mit der Technik vertraut sind, können vielerlei Modifikationen nach Aufnahme der Lehren der vorliegenden Offenbarung durchführen, ohne von dem Umfang davon abzuweichen.

Claims

1. Betätigungselement, umfassend:

- eine Basis (11), an der Halteelemente (13, 15, 17, 19) befestigt sind; und

- wenigstens zwei flexible Zylinder (3; 5; 7; 9), die jeweils aufweisen:

-- einen schlauchförmigen elastischen Körper (23) mit einer anisotropen Elastizität;

-- eine elastische Teilungswand (27, 29, 31), die den schlauchförmigen elastischen Körper (23) longitudinal in wenigstens drei einzelne Druckkammern (301, 302, 303; 501, 502, 503; 701, 702, 703; 901, 902, 903) innerhalb des schlauchförmigen elastischen Körpers unterteilt; und

-- einen Basisabschnitt (3a; 5a; 7a; 9a), der zwischen der Basis (11) und einem der Halteelemente (13, 15, 17, 19) gehalten wird, wobei die flexiblen Zylinder auf dem Basisabschnitt in einer vorgegebenen positionsmäßigen Beziehung gehalten werden.

2. Betätigungselement nach Anspruch 1, ferner umfassend:

- eine Druckeinstellungseinrichtung (53, 54, 55, 57) zum getrennten Einstellen des Drucks in jeder der Druckkammern von jedem der flexiblen Zylinder.

3. Betätigungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckeinstellungseinrichtung umfaßt:

- eine Flüssigkeitsquelle (54) zum Zuführen einer Flüssigkeit;

- Ventile (57) zum Einstellen eines Drucks der durch die Flüssigkeitsquelle gelieferten Flüssigkeit, wobei die Flüssigkeit mit eingestelltem Druck an die vorgegebene Druckkammer der flexiblen Zylinder geliefert wird; und

- eine Steuereinrichtung (55) zur Steuerung der Ventile.

4. Betätigungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Zylinder so angeordnet sind, daß ihre Mittenachsen (3b; 5b; 7b; 9b) parallel zueinander sind.

5. Betätigungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Zylinder entlang eines Kreises (21) auf der Basis (11) in gleichen Abständen angeordnet sind.

6. Betätigungselement nach einem der voranstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von flexiblen Zylindern so angeordnet sind, daß wenigstens eine der Teilungswände (29) von jedem flexiblen Zylinder in Richtung auf eine gemeinsame Achse (65) senkrecht zu einer Ebene der Basis (11) hin orientiert ist.

7. Betätigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von flexiblen Zylinder so angeordnet sind, daß wenigstens eine der Teilungswände (29) von zwei benachbarten flexiblen Zylinder in gemeinsamen Ebenen (E, F) parallel zueinander positioniert sind.

8. Betätigungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachsen (3b; 5b) von flexiblen Zylindern (3; 5) auf der Basis (11) nach außen geneigt sind.

9. Betätigungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenachsen (3b; 5b) von flexiblen Zylindern (3; 5) auf der Basis (11) nach innen geneigt sind.

10. Betätigungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen Zylinder (3; 5; 7; 9; 67) wie die Finger einer menschlichen Hand angeordnet sind.

11. Betätigungselement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Druckkammern mit einem jeweiligen Abschlußelement verschlossen ist, an dem ein rundes Spitzenelement angebracht ist.