-
Die
Erfindung betrifft einen Balgenstellantrieb, insbesondere für einen
Robotermanipulator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 (siehe EP-A-0
778) sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.
-
Derartige
in der Industrie bekannten Robotermanipulatoren sind vor allem dazu
bestimmt, Gegenstände
zu handhaben, die einen harten Aufbau haben und in der Regel ziemlich
widerstandsfähig sind,
wobei sie normalerweise für
industrielle Anwendungen geeignet sind, wo ein sicherer Griff von
harten und festen Gegenständen
(wie etwa die weitgehend in Ölbohrplattformen
auf See benutzten Metallrohre) verlangt wird.
-
Neuerdings
sind jedoch Robotervorrichtungen auch auf anderen Gebieten erforderlich
geworden, zum Beispiel für
wissenschaftliche Forschungstätigkeiten
(wie etwa Biologie, Archäologie,
Geologie), zum Beispiel im Unterwasserbereich. Diese Anwendungsart
verlangt die Fähigkeit,
zerbrechliche, empfindliche und oft weiche Gegenstände zu handhaben
und zu greifen, die leicht beschädigt
werden können,
wenn man sie mit herkömmlichen
Mitteln hantiert.
-
Um
die Gefahr einer Beschädigung
von zerbrechlichen Gegenständen
abzuwenden, wäre
es möglich,
den Manipulator mit Abtastvorrichtungen zu versehen, die in der
Lage sind, die tatsächlich
auf die Oberfläche
des Gegenstands ausgeübte
Kraft zu messen; diese Lösung
ist sehr aufwendig und bei ihrer Anwendung in Vorrichtungen für besondere
Bereiche wie zum Beispiel den Unterwasser-Bereich stellen sich beträchtliche
technische Probleme ein.
-
Ein
gattungsgemässer
Robotermanipulator der Bauart mit gelenkiger Spannzange ist zum
Beispiel aus der US-A-4.607.998 bekannt. Das in dieser Patentschrift
beschriebene elektrohydraulische Antriebssystem ist ein hydraulisches
Gleichraumsystem mit doppelter Zylinder-Kolben-Einheit, das über eine Schnecke
von einem Elektromotor angetrieben wird. Die sich durch die Kolbenringe
und durch die Drucklager der Schnecke ergebende Reibung ist für den Betrieb
des Systems erforderlich und ist so bemessen, dass durch von aussen
wirkende Kräfte
hervorgerufene Bewegungen der Zange verhindert werden. Während diese
Eigenschaft bei der Handhabung von Gegenständen mit einem harten, festen
Aufbau einen Vorteil darstellt, stellt sie bei der Handhabung von
zerbrechlichen und weichen Gegenständen, wie etwa biologischen
Proben, archäologischen
Fundstücken
usw., einen Nachteil dar.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben erwähnten Nachteile
zu beseitigen und einen Stellantrieb zu schaffen, dessen Stellelement
ein über
ein Druckmittel angetriebener, biegsamer Balgen ist.
-
Der
erfindungsgemässe
Stellantrieb löst auch
eine weitere Aufgabe, und zwar für
den Fall, dass nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
lange, nachgiebige Balgen mit unter ziemlich hohem Druck stehendem
Antriebsmittel benutzt werden. Ausgehend von einem sehr niedrigen
Arbeitsdruck stellt sich bei solche Eigenschaften aufweisenden Balgen,
die in der Regel ein hohes Verhältnis zwischen
Länge und
Durchmesser haben, eine "Buckling" genannte Gefügeunbeständigkeit
ein, die zu einer unkontrollierbaren seitlichen Verformung führt und
den erreichbaren Leistungsgrad sowie die Reichweite herabsetzt,
so dass derartige Balgen nicht zur Anwendung mit Handhabungsgeräten geeignet
sind.
-
Diese
Aufgaben werden erfindungsgemäss mit
einem Balgenstellantrieb, insbesondere für Robotermanipulatoren, und
seinen Ausführungsvarianten gelöst, die
in den Bestandteil der Erfindung bildenden Ansprüchen 1 bis 15 näher geschildert
werden.
-
Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Betrieb des Stellantriebs und seiner Varianten vorzuschlagen, das
in den Bestandteil der Erfindung bildenden Ansprüchen 16 bis 24 näher geschildert
wird.
-
Der
erfindungsgemässe
Stellantrieb weist in seiner Grundausführung einen Balgen auf, der
zum grössten
Teil seiner Länge
in einem in der Regel zylinderförmigen
Hohlraum aufgenommen ist, dessen Innendurchmesser etwas grösser als
der Aussendurchmesser des Galgens ist, damit der Balgen seine Länge zwar
frei verändern,
sich jedoch seitlich nicht verbiegen kann, so dass der Betriebsdruck
wesentlich höher
sein kann, als derjenige, der bei einem frei beweglichen Balgen
zu der oben erwähnten
Unbeständigkeitserscheinung
führen
würde.
-
Ein
Anwendungsgebiet, auf dem derartige Stellantriebe besonders geeignet
sind, ist dasjenige der Robotergreifer, wo sie sich als vorteilhafter
erweisen, als die Lösungen,
die andere Stellantriebe vorsehen, wie etwa pneumatische oder hydraulische
Zylinder-Kolben-Einheiten.
-
Der
erfindungsgemässe
Balgenstellantrieb arbeitet praktisch reibungslos und ermöglicht daher, zwischen
Betriebsdruck und auf den hantierten Gegenstand ausgeübter Kontaktkraft
ein Verhältnis
zu erhalten, das durch eine mathematische Funktion ohne Sprungstellen
dargestellt werden kann. Diese Merkmale machen eine sorgfältige Kontrolle
der Kontaktkraft möglich
und leichter, so dass die Robotermanipulatoren in der Lage sind,
zerbrechliche und empfindliche Gegenstände ohne Schaden zu hantieren.
-
Gegenüber der
Zylinder-Kolben-Einheit besteht der grösste Vorteil des Balgenstellantriebs
darin, dass keine Gleitringdichtungen erforderlich sind und daher
weder Reibungs- noch Verschleisserscheinungen zu befürchten sind.
-
Diese
Eigenschaft ist für
zur Handhabung von zerbrechlichen und empfindlichen Gegenständen bestimmte
Stellantriebe sehr nützlich,
indem es durch Messung des Betriebsdruckes möglich ist, die auf die Gegenstände ausgeübte Kontaktkraft
indirekt zu messen.
-
Die
durch Anwendung des erfindungsgemässen reibungslos arbeitenden
Stellantriebs hergestellten Manipulatoren sind dadurch gekennzeichnet, dass
sie die oben erwähnten
Nachteile beseitigen und, wenn sie einer geeigneten Servosteuerung
zugeordnet sind, eine genaue Einstellung der auf den Gegenstand
ausgeübten
Kontaktkraft und daher einen sicheren Griff ermöglichen, so dass keine Gefahr besteht,
die Gegenstände
zu beschädigen,
und keine aufwendige Abtastvorrichtungen erforderlich sind.
-
Eine
weitere Eigenschaft der erfindungsgemässen Manipulatoren ist, dass
sie sehr einfach hergestellt werden können, und zwar mit Werkstoffen, die
sehr gut in der Lage sind, die für
Unterwasserroboter typischen Arbeitsbedingungen auszuhalten.
-
Nachstehend
werden die bedeutendsten erzielbaren Eigenschaften erläutert.
-
Keine
Reibung: wegen des Überganges
von statischer auf dynamische Reibung, ist das Verhältnis zwischen
Reibungskraft und Bewegungsgeschwindigkeit bekanntlich nicht nur
nicht linear, sondern auch nicht kontinuierlich (beim Nulldurchgang der
Geschwindigkeit). Die Anwesenheit einer Reibung in einem Stellantrieb,
der Kraft und Bewegung zwischen dem antreibenden Teil und dem angetriebenen
Teil eines Manipulators zu übertragen
hat, macht die Stetigkeit des die auf den Gegenstand ausgeübte Kraft
mit der vom Stellantrieb erzeugten Kraft verbindenden Verhältnisses
unmöglich,
so dass die auf den Gegenstand ausgeübte Kontaktkraft nicht aufgrund
der Messung der vom Stellantrieb erzeugten Kraft berechnet werden
kann.
-
Kontrolle
der Kraft: dank der Möglichkeit, eine
Kontrolle der Kraft (anstelle einer Kontrolle der Lage) auf einfache
Weise (ohne Anwendung von besonderen Sensoren) zu erzielen, verfügt der Manipulator über einen
gewissen Grad an "Nachgiebigkeit", womit die Fähigkeit
gemeint ist, sieh an die Form und an kleine Verschiebungen des hantierten
Gegenstandes anzupassen, und zwar ohne wesentliche Veränderungen
der Kontaktkraft.
-
Ein
weiterer Vorteil der Anwendung eines Balgens besteht in der Möglichkeit,
die Enden desselben direkt mit zueinander beweglichen Teilen des Manipulators
ohne Hilfe von Kupplungen oder Gelenken zu verbinden, da die Biegsamkeit
des Balgens in der Regel ausreicht, um den gewünschten Biegungsgrad zu gestatten.
-
Weitere
Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden nachstehend an Hand einiger
in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten, den Umfang der Erfindungs
nicht beschränkenden
Ausführungsbeispiele
näher beschrieben.
Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemässen
Balgenstellantriebs;
-
2 einen Längsschnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemässen
Balgenstellantriebs mit einer Verlängerung des ortsfesten Teils;
-
3 einen Längsschnitt
durch ein drittes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemässen
Balgenstellantriebs mit zwei Fingern;
-
4 einen Längsschnitt
durch ein viertes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemässen
Balgenstellantriebs mit einem Finger, der sich dank einem Gelenk
in zwei Richtungen bewegen kann;
-
4a bis 4d Querschnitte durch verschiedene Ausführungsvarianten
des in 4 dargestellten
beweglichen Teils;
-
5 eine weitere Ausführungsvariante
des Fingers dessen beweglicher Teil durch zwei Glieder gebildet
ist;
-
6 ein mögliches Ausführungsbeispiel
eines aus einem festen hydraulischen System bestehenden Antriebssystem.
-
Biegsame
Balgen sind rohrförmige
Elemente, die in der Regel, jedoch nicht unbedingt, rotationssymmetrisch
sind und eine durch eine Reihe Windungen gebildete Wellwand aufweisen;
diese besondere Form verleiht den biegsamen Balgen ausgezeichnete
seitliche Biegsamkeit und hohe Nachgiebigkeit in Längsrichtung
sowie, gleichzeitig, gute Druckfestigkeit.
-
Dadurch
sind Balgen zur Anwendung als Stellantriebe mit denjenigen der hydraulischen
oder pneumatischen Kolben-Zylinder-Einheiten ähnlichen Eigenschaften geeignet.
Sie sind nämlich
in der Lage, den Druck des Antriebsmittels in eine entlang der Längsachse
verlaufende, mechanische Kraft und die Volumenänderungen des Druckmittels
in eine relative Verschiebung der beiden Enden zu verwandeln.
-
Sind
die Enden des Balgens mit zwei Teilen eines Stellantriebes verbunden,
die jeweils in der Lage sind, sich einander gegenüber zu bewegen,
so ist es durch Druckbeaufschlagung des Druckmittels möglich, nicht
nur die relative Bewegung dieser Teile auszulösen, sondern auch eine Kraft
auf diese Teile und daher auch auf andere, mit ihnen in Kontakt
stehende Gegenstände
auszuüben.
-
Der
in einem entsprechenden mechanischen Stellantrieb integrierte biegsame
Balgen ist in der Lage, die beiden Hauptfunktionen eines Manipulators zu
veranlassen, und zwar Ausführung
der Greifbewegung und Aufrechterhaltung des Griffes mit Hilfe der Kontaktkraft.
-
Die
grössten
Unterschiede zwischen den als Stellantriebe benutzten Balgen und
den Kolben-Zylinder-Einheiten sind: Fehlen der auf Gleitringdichtungen
zurückzuführenden
Reibung, Fähigkeit,
die Form mit Hilfe der seitlichen Biegsamkeit zu ändern und
elastischer Widerstand gegen Längenveränderungen.
-
Der
Widerstand gegen Längenveränderungen
steht in Zusammenhang mit der Federkonstante in Längsrichtung
und, als Folge, muss das Antriebsmittel mit Druck beaufschlagt werden,
damit die Länge
des Balgens gegenüber
seiner Länge
in Ruhestellung verändern
zu können.
Beim Einsatz als Stellantriebe, lassen sich mit Balgen, deren Länge im Verhältnis zum
Durchmesser gross ist, hervorragende Leistungen und daher eine niedrige
Federkonstante in Längsrichtung
sowie ein weiter Längenveränderungs-bereich
erzielen, da dieselben einen grossen Bewegungsbereich bei niedrigen
Arbeitsdrücken
ermöglichen.
-
1 stellt einen Längsschnitt
durch eine besondere Ausführungsform
eines Manipulatorteils dar, der in der Lage ist eine Drehbewegung
um eine Achse vorzunehmen.
-
Ein
beweglicher Teil 1, der einen zylinderförmigen Hohlraum 2 zur
Aufnahme eines Balgens 3 aufweist, ist über einen Gelenkzapfen 5 am
ortsfesten Teil 4 angelenkt. Das eine der beiden Enden
des Balgens 3 ist am Boden des Hohlraumes des beweglichen
Teils und das andere am ortsfesten Teil, gegenüber dem Hohlraum, angeordnet.
Die durch den Druck eines durch die Einlassöffnung 6 zugeführten Mediums
ausgelösten
Längenänderungen
des Balgens führen
zu einer zur Drehachse des Gelenkzapfens 5 rechtwinklig
verlaufenden Drehbewegung des beweglichen Teils, wie durch den gestrichelten
Teil angedeutet, der die Bewegung des beweglichen Teils schematisch
darstellt.
-
Die
beiden Enden des Balgens sind zum Beispiel mittels Elemente 7 und 8 befestigt,
die die Enden zum Hohlraum und zum ortsfesten Teil abdichten, und
zwar mit Ausnahme des Druckmitteleinlasses 6, der zum Beispiel
aus einer im Befestigungselement 8 vorgesehenen Öffnung besteht.
-
Es
können
beliebige, geeignete Befestigungselemente zur Anwendung kommen,
die zum Beispiel am beweglichen Teil und am ortsfesten Teil angeschraubt
werden.
-
Ist
der bewegliche Teil in Berührung
mit einem äusseren
Gegenstand, so ist es durch Erhöhung des
Druckes des im Balgen befindlichen Mittels möglich, eine Kraft auf den Gegenstand
auszuüben.
-
Wie
aus 2 zu ersehen ist,
in der für
die gleichen Elemente wie in 1 dieselben
Bezugszeichen benutzt werden, wenn der Gegenstand zwischen dem beweglichen
Teil 1 und einem mit dem ortsfesten Teil 4 fest
verbundenen Element 9 gelegt wird, das eine dem beweglichen
Teil gegenüberliegende
Verlängerung
desselben bildet, ist es durch Regelung des Druckmittels möglich, den
Gegenstand zu greifen und zwischen dem beweglichen Teil 1 und
dem am ortsfesten Teil befestigten Element 9 zu halten,
um die gewünschte
Kontaktkraft auszuüben,
wie es in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie gezeigt ist,
die die Bewegung des beweglichen Teils schematisch darstellt.
-
In
dieser Ausführungsform
kann jeder Stellantrieb vorteilhafterweise die Aufgabe eines Fingers eines
Mehrfinger-Manipulators auf konstruktiv besonders einfache Weise
erfüllen.
-
Ein
Manipulator mit zwei Fingern, der durch Anwendung von zwei Stellantrieben
der in 1 dargestellten
Art, mit zwei einander gegenüber
angeordneten beweglichen Teilen 1a und 1b und
einem gemeinsamen ortsfesten Teil 4 ausgeführt werden kann,
ist beispielsweise in 3 dargestellt,
wo dieselben Teile von 1 mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind, wobei für den ersten
Finger «a» und für den zweiten
Finger «b» hinzugefügt wurden.
Ein Manipulator, der in der Lage ist, zerbrechliche Gegenstände zu handhaben,
kann aus mehreren, insbesondere aus drei bis sechs, Fingern bestehen,
die um eine Mittelachse so angeordnet sind, dass sie sich zur Ausführung eines
Greifvorganges einander nähern
können:
um die gewünschte
Bewegung eines jeden Fingers zu erzielen, genügt es, die Drehachsen ensprechend
um die Gelenkzapfen 5 zu schwenken.
-
Wie
aus 4 zu ersehen ist,
in der für
die gleichen Elemente wie in 1 dieselben
Bezugszeichen benutzt werden, kann in dieser Ausführungsform
der erfindungsgemässe
Stellantrieb auf einfache Weise die Aufgabe eines in zwei Richtungen
beweglichen Fingers erfüllen.
Bei dieser Ausführungsform
ist der bewegliche Teil 1' am
ortsfesten Teil 4 über
ein Gelenk G angeordnet, das zwei Bewegungsfreiheitsgrade um den
eigenen Drehpunkt zulässt und
mehrere, insbesondere zwei bis vier Balgen 3 aufweist,
die jeweils voneinander unabhängig
arbeiten. Deshalb ist der Finger in der Lage, sich nicht nur in
einer radialen Ebene, sondern auch seitlich zu bewegen, um die Kontaktstelle
an dem zu handhabenden Gegenstand optimal zu positionieren.
-
Um
die Aufnahme mehrerer Balgen zu ermöglichen ist in diesem Fall
der bewegliche Teil 1' zum
Beispiel mit einem Hohlraum für
jeden Balgen ausgebildet.
-
Diese
Balgen und die entsprechenden, sie aufnehmenden Hohlräume sind
zu der durch das Gelenk G verlaufenden Mittelachse des Fingers so
angeordnet, dass die aufgrund ihrer jeweiligen Wirkung entstehenden
Kräfte
(auch unter Berücksichtigung der
Gegenwirkung des Gelenks) in Abhängigkeit
von den unterschiedlichen Kombinationen der Amplituden der jeweiligen
Wirkungen in jegliche Richtung in der normal zur Mittelachse des
Fingers verlaufenden Ebene gelenkt werden können.
-
Die 4a bis 4d zeigen rechtwinklige Schnitte durch
den beweglichen Teil 1' von 4 mit einigen Ausführungsbeispielen
von gelenkig verbundenen Fingern.
-
Bei
typisch symmetrischen Ausbildungen können entweder drei zu der durch
das Gelenk G verlaufenden Mittelachse des Fingers den gleichen Abstand
(120°) aufweisenden
Balgen (mit entsprechenden Aufnahmehohlräumen 2) oder vier
den gleichen Abstand (90°)
aufweisenden Balgen vorgesehen werden, wie aus einem zur Mittelachse
des Fingers rechtwinklig verlaufenden Schnitt in den 4a bzw. 4b zu ersehen ist.
-
Wenn
man wünscht,
dem Wirkungsgrad in einem bestimmten Winkelbereich den Vorrang zu
geben, wo die Bewegung, mit der sich die Finger einander nähern, um
Gegenstände
zu greifen, wichtiger ist, können
die Balgen unsymmetrisch angeordnet werden; im Fall, dass es sich
um drei Balgen handelt, können
zwei davon um 90° voneinander
und um 135° vom
dritten Balgen beabstandet sein, wie aus 4d zu ersehen ist.
-
Wahlweise
können
auch nur zwei Balgen zur Anwendung kommen, die – wie aus 4c zu ersehen ist – voneinander um einen Winkel
entfernt sind, der kleiner las 180° ist.
-
Bei
einer weiteren Ausführungsform
weist der durch den erfindungs-gemässen Stellantrieb dargestellte
Finger für
Robotermanipulator mehr als ein Glied auf, und zwar mehrere hintereinander
angeordnete Stellantriebe; ein nicht beschränkendes Beispiel einer Ausbildung
mit zwei Gliedern ist in 5 dargestellt,
wobei die gleichen Teile des ersten Gliedes mit den gleichen Bezugszeichen
von 1 bezeichnet sind
und das zweite Glied aus einem beweglichen Teil 1'', der einen zylinderförmigen Hohlraum 2'' aufweist und über einen Gelenkzapfen 5'' am beweglichen Teil 1 des
ersten Gliedes angelenkt ist, sowie aus einem Balgen 3'' besteht, der mit dem Balgen 3 des
ersten Gliedes über
ein Befestigungs- und Kupplungselement 11 verbunden ist,
durch dessen Kanal 10 das Druckmittel von einem Teil zum
anderen fliessen kann, und am anderen Ende durch ein Befestigungselement 7'' abgeschlossen ist.
-
Bei
dieser Ausführungsform
ist die Greiffähigkeit
des Manipulators dadurch verbessert, dass sich jeder Finger um den
Gegenstand legen kann – wie
es in der Zeichnung durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, die
die Bewegung der beweglichen Teile schematisch darstellt. Ausserdem
kann durch geeignete Bemessung der Balgenquerschnitte die Verteilung
der Kontaktkraft über
die Länge
der Finger optimiert werden.
-
Hinsichtlich
der möglichen
Antriebsarten, kann ein pneumatisches System vorgesehen werden:
dem Balgen wird über
die Einlassöffnung 6 Druckluft
zugeführt,
wobei der Luftdruck durch ein Ventil (oder eine ähnliche Vorrichtung) geregelt
wird; dieses System ist für
irdische Anwendungen geeignet.
-
Es
kann auch ein Hydrauliksystem mit Druckkontrolle vorgesehen werden:
dem Balgen wird über
die Einlassöffnung 6 Öl zugeführt, wobei
der Öldruck
durch ein Ventil (oder eine ähnliche
Vorrichtung) geregelt wird.
-
Der
erfindungsgemässe
Stellantrieb eignet sich optimal zum Betrieb mit einem Gleichraum-Hydrauliksystem,
das nachstehend an Hand der 6 beschrieben
wird. Damit lassen sich klein bauende, äusserst bewegliche Manipulatoren
herstellen, die im Unterwasser-Bereich benutzt werden können und einfach
mit elektrischer Stromzufuhr arbeiten.
-
Bei
einem solchen Hydrauliksystem ist jede Ausführungsvariante der zur Betätigung des
Manipulators benutzten Balgen (Nebenbalgen) S1 über einen mit nicht unter Druck
setzbarem Medium (zum Beispiel Hydrauliköl) gefüllten, geschlossenen Gleichraumkreis
mit einem zweiten Balgen (Hauptbalgen) S2 verbunden. Die beiden
Balgen können
zum Beispiel durch ein kleines T-Rohr verbunden sein, die den Ölfluss zwischen
denselben ermöglicht.
-
Das
System ist auch in der Lage, eine mechanische Verschiebung des Hauptbalgens
S2 in eine Verschiebung des Nebenbalgen S1 zu verwandeln (wobei
das Amplitudenverhältnis
dieser Verschiebungen umgekehrt proportional zum Verhältnis der äquivalenten
Querschnitte der beiden Balgen ist) und eine auf den einen Balgen
ausgeübte
mechanische Kraft auf den anderen Balgen zu übertragen, wobei das Übertragungsverhältnis dem
Verhältnis der äquivalenten
Querschnitte der beiden Balgen entspricht.
-
Zur
Verschiebung des Hauptbalgens S2 lassen sich als Antriebs-vorrichtungen
AT entweder elektrische Umlaufmotoren, die mit einer Vorrichtung zur
Umwandlung der Rotations- in Linearbewegung (zum Beispiel eine mit
einem Kolben ST endende Schnecke) verbunden sind, oder elektrische
Linearmotoren benutzen, zum Beispiel sogenannte Schwing-spulenmotoren,
deren Kolben ST durch die vom Motor erzeugte magnetische Kraft in
Bewegung gesetzt wird.
-
Letztere
Motoren, die praktisch reibungslos arbeiten, sind besonders für Robotermanipulatoren geeignet,
die die Eigenschaft der Reibungslosigkeit des Stellantriebes dazu
benutzen, um eine sehr genaue Kontrolle der auf den Gegenstand ausgeübten Kontaktkraft
zu erzielen.
-
Der
Hauptbalgen S2 und der Nebenbalgen S1 sind über ein T-Rohr miteinander
verbunden, das in der Regel ein druckfester Schlauch ist, wodurch ein
mit nicht unter Druck setzbarem Medium gefüllter Gleichraumkreis gebildet
wird.
-
Der
Antrieb AT, die zum Beispiel ein Schwingspulenmotor ist, ist mit
dem freien Ende des Hauptbalgens S2 verbunden, so dass die Richtung seiner
Wirkung im wesentlichen mit der Längsachse dieses Balgens fluchtet.
-
Wenn
auf das freie Ende des Balgens eine Kraft ausgeübt wird, kann der Elektromotor
eine Längsverformung
desselben erzeugen. Die Folge ist eine Volumenveränderung
des Hauptbalgens, die das Zu- oder Ausströmen einer entsprechenden Mediummenge
zu oder aus dem Nebenbalgen bewirkt und zu einer Längsverformung
desselben und einer Übertragung
der Bewegung auf den Stellantrieb führt.
-
Eine
weitere vorteilhafte Eigenschaft des Gleichraumsystems ist das direkt
proportionale Verhältnis
zwischen den Längenänderungen
der Balgen; diese Eigenschaft ermöglicht, die Länge des
Nebenbalgens aufgrund einer Messung der Länge des Hauptbalgens ziemlich
genau zu schätzen.
Dadurch erübrigt
sich die Anordnung von Stellungsgebern am Manipulator, die statt
dessen im Arbeitsbereich angeordnet werden können, und zwar an einer geschützten Stelle,
wo der Raumbedarf nicht so sehr berücksichtig werden muss. Ebenso
vorteilhaft ist die ferne Lage des Arbeitsbereiches.
-
Es
sind Varianten der oben beispielsweise und nicht beschränkend beschriebenen
Ausführungsformen
möglich,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
-
Um
die Weite der Längsverformung
des Balgens zu optimieren, kann bei der Verbindung des beweglichen
Teils 1 mit dem ortsfesten Teil 4 ausser dem Gelenkzapfen 5 ein
elastisches Element, zum Beispiel eine Feder, zur Druckvorspannung
des Balgens, vorgesehen werden.
-
Zur
Druckvorspannung des Balgens, kann der Gelenkzapfen 5 durch
ein elastisches Element, wie etwa ein Blatt aus Federstahl, ersetzt
werden.
-
Die
Mantelfläche
des Fingers kann eine geeignete Form aufweisen und eventuell mit
einer Schutzschicht, zum Beispiel aus Urethanschaumstoff, versehen
werden, die auch das Greifen von Gegenständen erleichtert. Durch die
Schwenkung der Drehachsen um die Gelenkzapfen 5 in die
geeignete Richtung, können
die beweglichen Teile entweder geschoben oder gezogen werden.