DK172706B1 - Anordning ved hydraulisk eller pneumatisk betjent gribe- og holdeorgan - Google Patents

Description

DK 172706 B1

Den foreliggende opfindelse angår en anordning ved et hydraulisk eller pneumatisk betjent gribe- eller holdeorgan med tilhørende gribe- eller holdedele.

Anordningen erf.eks. i form afen såkaldt robothånd med to eller flere robotfingre.

Gribe- og holdedelene er omstilbare fra krummet gribe- eller holdeposition til 5 udstrakt frigørelsesstilling i forhold til et objekt, som skal gribes og/eller holdes og omvendt.

Opfindelsen kan generelt anvendes som gribe- eller holdeorgan, og mere specifikt som robothånd til anvendelse i forskellige sammehænge på det tekniske 10 område Opfindelsen er dog ikke begrænset til teknisk brug, man kan også anvendes som håndprotese for personer, som mangler en hånd eller har en defekt hånd.

Hidtil har gribe- og holdeorganer af den nævnte art været baseret på en 15 elektromekanisk betjening for de ønskede gribe- og holdefunktioner. Sådanne kendte indretninger (tænger eller lignende) har været komplicerede og kostbare såvel i fremstilling som i drift og har derfor ikke fået så stor anvendelse, som det kunne ønskes. Det kan også nævnes, at sådanne indretninger er meget følsomme over for ydre påvirkninger og derfor er mindre egnet i forholdsvis snavsede miljøer 20 og i miljøer, hvor der er fare for påvirkning fra aktive væsker mm. Et yderligere problem er, at sådanne indretninger er afhængige af sensorer for tilbagemelding til styresystemet fra gribefladen eller -fladerne, navnlig i tilfælde, hvor der kræves forsigtig eller varsom håndtering af den genstand, der skal gribes eller holdes.

25 Med opfindelsen søges opnået en løsning, hvor disse problemer undgås, idet der frembringes en forholdsvis enkel og driftssikker løsning. Som følge af en enkel konstruktion og en enkel virkemåde vil løsningen have udbredt anvendelsesmulighed på mange forskellige områder. Samtidig med, at behovet for særlige sensorer ungås, søges der opnået en jævn og kontrolleret påvirkning af 30 den genstand, som skal gribes eller holdes.

I patentskriftet US 4 815 782 foreslås et gribe-/holdeaggregat omfattende en elastisk arm udformet af et lukket oppusteligt rør, hvor omkring der er arrangeret en DK 172706 B1 2 flerhed af i regelen parallelle langsgående fordelte bånd til begrænsning af den radiale udspilning af armen i oppustet tilstand. Et langsgående uelastisk, sideværts fleksibelt bånd arrangeret på en overflade af armen foranlediger armen i oppustet tilstand til at svøbe omkring et objekt, der skal holdes eller gribes. Udstrækningen af 5 oppustningen af armen bestemmes af gribekraften og geometrien af aggregatet.

Ved at anvende et elastisk rørmateriale i kombination med uelastiske, sideværts fleksible bånd benyttes størstedelen af oppustningskraften til at udvide eller deformere det elastiske rørmateriale og til at bøje de uelastiske, sideværts 10 fleksible bånd til en kurvet form, derfor reduceres gribekraften af gribe- /hcldeaggregatet, idet den svøbes omkring et objekt, der skal holdes. Ligeledes er det et problem at tilvejebringe en præcis gribekraft uden anvendelse af specielle følere.

15 Anordningen ifølge opfindelsen er kendetegnet ved, at en første hylstersektion og en skillevægssektion udformet af forholdsvis stift, fleksibelt materiale, og omfattende afstivningselementet har en vægtykkelse på mere end 2 til 3 gange tykkelsen af den første hylstersektion hhv. skillevægssektionen og har en aksial længde, som er mindre end den af den første hylstersektion, mens 20 rumfanget af et første hylsterkammer er væsentligt større, og fortrinsvis 4 til 5 gange større end rumfanget af et andet hylsterkammer, og at et hylster i sin aflastede tilstand indtager en position imellem maksimalt krummet og maksimalt udstrakt stilling.

25 Ved den foreliggende opfindelses kendetegnende ejendommeligheder og i særdeleshed ved, at den aksiale længde af det andet hylster er mindre end den aksiale længde af det første hylster, opnås følgende fordel over kendt teknik, at færre anstrengelser påkræves for at justere holdeanordningen til en krummet stilling. Dette medfører, at en større andel af kraften kan udnyttes til at fastholde 30 objektet, og derudover at holdekraften i praksis kan justeres mere nøjagtigt.

Ved at der ifølge opfindelsen er valgt et trykmedium-indeholdende arbejdskammer i forbindelse med et forholdsvis blødt og bøjeligt hylstermateriale, DK 172706 B1 3 opnås en imitering af den menneskelige hånds beskaffenhed mht. hud og muskler mm., således at anordningen let kan tilpasses lokalt efter omgivelserne efter behov.

Ved at benytte et bøjeligt eller leddelt afstivningselement indvendigt i hylsteret kan man endvidere imitere den menneskelige hånds beskaffenhed mht. knogler, 5 ledbånd, sener mm., så anordningen også kan tilpasses mht. stivhed og styrke.

Med anordningen ifølge opfindelsen kan der opnås en konstruktionsmæssig og brugsmæssig løsning, som i vid udstrækning kan imitere den menneskelige hånds opbygning og anvendelsesmåde. I de fleste tilfælde med en menneskelig 10 hånd, hvor der er tale om gribe-, holde- eller løftefunktioner, er det ikke aktuelt at bevæge hver enkelt finger separat og én ad gangen og led for led, men derimod at bevæge fingrene samlet i et fælles greb med en grlbekraft tilpasset efter formen på den genstand, som skal gribes eller holdes, og da med en stort set jævn klemmekraft mellem hver af fingrene og genstanden, som skal gribes eller holdes.

15 Alle fingre vil følgelig samtidigt bevæge sig imod lukket (krummet) tilstand hhv.

samtidigt bort fra lukket mod en mere udstrakt tilstand. En tilsvarende virkemåde opnås på enkel måde med robothånden ifølge opfindelsen. Ved lukkebevægelsen for robothånden vil robotfingrenes krumning stoppe, såsnart deltrykket mod genstanden har nået et vist niveau styret afen modsvarende delbevægelse af 20 andre robotfingre eller andre dele af robothånden.

Ifølge opfindelsen foretrækkes, at det nævnte trykmedium er et fælles arbejdstrykmedium for gribe- og holdedelene til udøvelse af en jævnt fordelt klemmekraft på hver af gribe- og holdedelene. Herved kan der på enkel måde 25 opnås en funktion stort set svarende til funktionen af den menneskelige hånd, når denne krummes omkring en genstand, som skal gribes eller holdes.

Ifølge opfindelsen bliver det muligt at anvende en fælles trykmediumkilde til alle de bevægelser, som skal udføres med gribe- og holdeorganet og heri 30 indbefattet alle eventuelt separate bevægelser, som den enkelte gribe- og holdedel skal udføre i forbindelse med et greb om en fælles genstand, som skal gribes eller holdes. Endvidere er det muligt at benytte et enkelt fælles styreorgan (trykreguleringsorgan) til at regulere trykket efter behov hhv. til at omskifte DK 172706 B1 4 trykkammerets eller -kamrenes forbindelse til trykmediumkilden hhv. til trykaflastningskilden.

Ved ifølge opfindelsen at udforme anordningen som en indvendigt afstivet, 5 gummihandskelignende indretning med form lige som eller næsten lige som en menneskelig hånd kan der opnås et let håndterbart redskab, som kan fungere stort set som en lukket hånd, når det tilføres trukmedium til et tilsvarende (første) kammer, hhv. som åben hånd, når der fjernes trykmedium fra det nævnte tilhørende kammer. Til hjælp ved indretningens lukke- og åbnebevægelse kan der 10 anvendes et andet kammer i tilknytning til det første kammer, og der kan tilsvarende fjernes trykmedium fra et andet kammer, når det første kammer tilføres trykmedium, hhv. kan der tilføres trykmedium til det andet kammer, når der fjernes trykmedium fra det første kammer.

15 Yderligere træk ved opfindelsen vil fremgå af den følgende beskrivelse under henvisning til den ledsagende tegning, hvorpå:

Fig. 1 skematisk viser en anordning ifølge opfindelsen illustreret i forbindelse med et gribe- og holdeorgan, som imiterer en 20 menneskelig hånd (robothånd), fig. 2 viser i sidebillede og delvis i snit en gribe- og holdedel ifølge et første udførelseseksempel (robotfingerdel), som indgår i organet vist i fig. 1 og vist i udstrakt tilstand, fig. 3 viser det samme som fig. 2, men med delen vist i krummet 25 tilstand, fig. 4 viser et tværsnit af delen fra fig. 2, fig. 5 viser i afbildning svarende til fig. 3 en modifikation ved en detalje ved holdedelen, og fig. 6, 7 og 8 viser i tilsvarende afbildninger og snit som fig.

30 2, 3 og 4 et andet udførelseseksempel.

I det følgende beskrives anordningen i forbindelse med hydraulikolie som trykmedium, men det forstås, at man ved modsvarende tilpasning af DK 172706 B1 5 komponenterne kan anvende trykluft som trykmedium, og da med stort set tilsvarende fordele.

I fig. 1 ses en trykmediumkilde eller et trykmediumreservoir 10 med en 5 ledningsforbindelse 11 til en trykregulator 12 og med en videre ledningsforbindelse 13 fra trykregulatoren 12 til en firvejsventils 14 indgang 15. Fra ventilen 14 går der fra et returudtag 16 en ledningsforbindelse 17 tilbage til reservoiret 10 ved en trykaflastningskilde som antydet ved 10a. Endvidere forløber der fra en første ventilport 18 en ledningsforbindelse 19 til et første arbejdskammer 20 i et gribe- og 10 holdeorgan, som er vist i form af en robothånd 21 med fem robotfingre 21b-21f. Fra en anden ventilport 22 forløber der en ledningsforbindelse 23 til et andet arbejdskammer 24 i robothånden 21. Ved 12a er der vist et håndhjul til regulering af medietrykket i trykregulatoren 12, og ved 14a er der vist et håndtag til at styre trykmedium til hhv. fra portene 18 og 22 og til at regulere trykmediemængden til og 15 fra portene og de tilstødende kamre 20 og 24.

Robothånden 21 er i fig. 1 vist med et robothåndhylster 25 og er i øvrigt vist med et kammerparti 20a, som imiterer håndfladen og håndryggen og med fem indbyrdes og med partiet 20a forbundne fingerimiterende kammerpartier 20b, 20c, 20 20d, 20d, 20f. Indvendigt i kammerpartieme 20a-20f, dvs. indvendigt i et første kammer 20, er der arrangeret et andet kammer 24 med et håndkammerparti 24a og fem med partiet 24a forbundne og indbyrdes forbundne fingerkammerpartier 24b, 24c, 24d, 24e, 24f.

25 Ved hjælp af ventilen 14 kan der tilføres den ønskede mængde trykmedium til det ene kammer, f.eks. kammeret 20, mens der samtidig fjernes en modsvarende mængde eller en dertil tilpasset mængde trykmedium fra det andet kammer, dvs. kammeret 24, og omvendt. Herved kan robothåndens 21 krumning hhv. udstrækning reguleres efter behov. De enkelte partier af robothånden og 30 robotfingrene kan bibringes en separat krumning tilpasset efter formen på den genstand, som skal gribes eller holdes, dvs. med jævn fordeling af kraften på de enkelte partier, efterhånden som disse lægger sig an imod og stoppes imod hvert sit lokale parti af genstanden. På samme måde kan man ved at fjerne trykmedium DK 172706 B1 6 fra det ene kammer og tilføre trykmedium til det andet kammer regulere graden af udretning af robothånden og af robotfingrene. Den kraft, som udøves i robothåndens lokale partier, kan reguleres samlet med regulatoren 12.

5 For at opnå den ønskede krumning hhv. udretning af robothånden fordres en speciel, kontrolleret afstivning af robothåndens lokale partier.

I det følgende beskrives en sådan afstivning i forbindelse med en robotfinger, men det er klart, at der kan foretages en tilsvarende afstivning også af selve 10 robothåndens håndfladeparti 20a, 24a, eventuelt i forlængelse af afstivningen i de forskellige robotfingre, uden at dette er vist detaljeret. Det er også muligt at lade visse områder af håndfladepartiet 20a, 24a være ubevægeligt afstivet, mens andre områder af håndfladefladepartiet 20a, 24a kan være afstivet på bøjelig måde ligesom fingerpartierne.

15 I fig. 2-4 vises et første udførelseseksempel, hvor der vises et ydre blødt og bøjeligt hylster 25'. Hylsteret 25' er i længderetningen opdelt i et langsgående første kammer 20b af forholdsvis stort rumfang og et langsgående andet kammer 24b af noget mindre rumfang. Kammeret 20b kan f.eks. have et rumfang, som er 4 til 5 20 gange så stort som rumfanget af kammeret 24b. Det nævnte første kammer 20b er på hylsterets rygside forsynet med et blødt, bælgformet hylsterparti 25a, mens det på den modsatte side er forsynet med et bøjeligt, blødt, skillevægsdannende parti 25b. Det andet kammer 24b er arrangeret imellem det første kammer 20b og hylsterets inderside, hvor der vises et bøjeligt hylsterparti 25c. Som vist i fig. 4 er 25 hylsterpartiet 25a, vægpartiet 25b og hylsterpartiet 25c forbundet med hinanden i et overgangsområde 25d med ringe breddeudstrækning b". Hylsterpartiet 25a og vægpartiet 25b har en tykkelse a, som er mindre end halvdelen, og fortrinsvis mindre end en trediedel, af hylsterpartiets 25c tykkelse a'. Hylsterpartiet 25c har mere konkret en tykkelse a', som er af størrelsesordenen en tiendedel til en 30 tyvendedel af hylsterpartiets 25c bredde b'. Hylsteret 25' har i det viste udførelseseksempel i trykbelastet tilstand som vist i fig. 2 en bredde b (stort set svarende til bredden b' af hylsterpartien 25c), som er omtrent en fjerdedel af hylsterets længde I. I forskellige udførelseseksempler kan denne bredde f.eks.

DK 172706 B1 7 variere mellem en trediedel og en tiendedel af hylsterets længde I. Det forholdsvis stive, men bøjelige, hylsterparti 25c forløber over størsteparten af hylsterets længde i, og fortrinsvis med stort set ensartet tykkelse over hele længden og hele bredden undtagen ved endekantspartierne og sidekantspartierne, hvor hylsterpartiet 25c 5 danner jævnt aftagende vægtykkelse ved overgangen til de tilstødende hylsterpartier. Ved hjælp af det tværgående, forholdsvis stive, men i et bøjningsplan P (fig. 4) bøjelige hylsterparti 25c dannes der et afstivningselement i hylsteret 25'.

Dette afstivningselement tillades bøjet i planet P (bøjningsplanet) som vist i fig. 4, men er forhindret i at bøje i retninger vinkelret på dette plan P.

10

Eventuelt kan hylsterpartiet 25c' i en modificeret udførelsesform i bestemte områder af hylsterpartiets 25c' længdeudstrækning som vist i fig. 5 være udrustet med svingeleddannende, forsnævrede partier 27a, 27b, 27c. I et sådant tilfælde kan de til de indsnævrede partier tilgrænsende områder 28a, 28b, 28c, 28d af 15 hylsterpartiet 25c' eventuelt være forholdsvis stive og bare i minimal grad bøjelige.

I fig. 2 er hylsterpartiet 25a vist i en tilstand, hvor fingerkammeret 20b er trykaflastet, og hvor hylsterpartiet 25a har bælgpartiet aksialt sammenfoldet. I denne tilstand indtager fingerkammeret 24b sin fuldt trykbelastede tilstand, hvor 20 skillevæggen 25b og hylsterpartiet 25c er maksimalt udstrakt såvel i længderetningen som i bredderetningen.

I fig. 3 er der vist fingerpartiet 21b, efter at fingerkammeret 24b er trykaflastet og vægpartiet 25b er trykket an imod hylsterpartiet 25c ved hjælp af det 25 trykbelastede fingerkammer 20b. I denne tilstand er det bøjelige hylsterparti 25c som vist i fig. 3 (hhv. det leddelte hylsterparti 25c' som vist i fig. 5) ombukket til et forløb omtrent i form som et C, dvs. med et kurveforløb bestemt af fingerkammerets 20b fyldningsgrad hhv. fingerkammerets 24b tømningsgrad.

30 I fig. 4 ses et tværsnit af hylsteret 25 med middelfyldningsgrad såvel i fingerkammeret 20b som i fingerkammeret 24b.

8 DK 172706 B1

Den alternative udførelsesform er dimensioneret stort set svarende til og opbygget stort set svarende til det, som er vist i fig. 2-4 hhv. i fig. 5, men hylsteret 125 er vist med et enkelt fingerkammer 120b, idet skillevæggen svarende til skillevæggen 25b vist i fig. 2-4 er udeladt. I denne udførelsesform er hylsterpartiet 5 125a vist med afsnitsvis arrangerede, tværgående ribber 30 og mellemliggende membrandannende partier 31.1 dette tilfælde opnås som vist i fig. 6 og 7 en bælglignende effekt svarende til det i fig. 2 og 3 viste, men med den forskel, at der alene opnås radial ekspansion i partierne 31, mens ribberne 30 indtager en stabil form. Ved den kombinerede effekt imellem det bøjelige, men i øvrigt stive 10 hylsterparti 125c og ribberne 30 opnås en leddannende virkning som vist ved de forsnævrede partier 27a, 27b, 27c i hylsterpartiet 25c' i fig. 5.1 udførelseseksemplet vist i fig. 6-8 er hylsterpartiet 125c særligt afstivet med en i hylsterpartiet 125c indlejret bladfjeder 32, som forløber over størsteparten af længden hhv. bredden af hylsterpartiet 125c, som det er vist i fig. 8.

15 I det nævnte andet udførelseseksempel opnås en krumning (fig. 7) hhv. udstrækning (fig. 6) af hylsteret 125 alene ved trykbelastning hhv. trykaflastning af ét fingerkammer 120b. Dette sikres, idet bladfjederen 32 tillader den viste bøjning eller krumning af hylsterpartiet 125c ved trykbelastning af fingerkammeret 120b, 20 mens den ved trykaflastning af fingerkammeret 120b sikrer tilbagestilling af hylsterpartiet imod den stilling, som er vist i fig. 6.

I stedet for at fastgøre bladfjederen 32 som vist, dvs. indlejret i hylsterpartiet 125c, kan man f.eks. fastgøre bladfjederen til hylsterpartiet 125c blot ved enderne 25 og ellers lade bladfjederen bevæge sig forholdsvis frit inden i fingerkammeret 120b.

I et sådant tilfælde kan hylsterpartiet 125c i området mellem fastgøringerne ved bladfjederens ender være udformet med et blødere, eventuelt bælgdannende, vægmateriale med mindre vægtykkelse, således at dette eventuelt kan sammenlægges eller foldes, hvis underlaget gør dette nødvendigt.

30

Selv om der ikke er vist konkrete udførelseseksempler på dette, er det klart, at de ovennævnte løsninger kan kombineres på forskellige måder for at opnå en ønsket lokal stivhed og styrke hhv. for at opnå ønsket lokal bøjelighed og blødhed.

DK 172706 B1 9

Herved er det muligt at imitere såvel virkemåde som udseende afen menneskelig hånd med hensyn til generel teknisk brugsmulighed såvel som med hensyn til anvendelse som håndprotese.

Claims (6)

1. Anordning ved hydraulisk eller pneumatisk betjent gribe- og holdeorgan med tilhørende gribe- eller holdedele, eksempelvis en såkaldt robothånd (21) med to 5 eller flere robotfingre (218,210,210,216,211), som er omstilbare fra en krummet gribe- eller holdeposition (fig. 3,5,7) til en udstrakt frigørelsesposition (fig. 2,6) i forhold til et objekt, som skal gribes og/eller holdes, og omvendt, hvor hver gribe-og holdedel omfatter et hylster (25,125) omfattende en første hylsterdel (25a, 125a) og en anden hylsterdel (25c, 125c) samt en mellemliggende skillevægssektion 10 (25b,125b) og et afstivningselement (24.25c.125c,32), som indgår i hylsteret, hvilket hylster (25,125) er opdelt i et første hylsterkammer (20,20b,120b) imellem den første hylstersektion og skillevægssektionen samt et andet hylsterkammer (24,24b,124b) imellem den anden hylstersektion og skillevægssektionen, idet hvert hylsterkammer ved en regulator (12) har separat forbindelse med en 15 trykmediumfyldekilde og en trykmedieaflastningskilde for vekselvis ifyldning af tryksat medium i et af kamrene og aflastning af tryksat medium fra det andet af kamrene og omvendt, KENDETEGNET ved, at den første hylstersektion (25a, 125a) og skillevægssektionen (25b, 125b) er udformet af blødt og fleksibelt materiale, 20 at den anden hylstersektion (25c, 125c) er udformet af forholdsvis stift, fleksibelt materiale, omfatter afstivningselementet (24,25c, 125c,32), har en vægtykkelse (a') på mere end to til tre gange tykkelsen (a) af den første hylstersektion (25a, 125a) hhv. skillevægssektionen (25b, 125b) og har en aksial længde, som er mindre end den af den første hylstersektion (25a, 125a), 25 mens rumfanget af det første hylsterkammer (20,20b, 120b) er væsentligt større, og fortrinsvis fire til fem gange større end rumfanget af det andet hylsterkammer (24,24b, 124b), og at hylsteret (25,125) i sin aflastede tilstand indtager en position imellem maksimalt krummet (fig. 3) og maksimalt udstrakt (fig. 2) stilling. 30

2. Anordning ifølge krav 1, KENDETEGNET ved, at det andet hylsterkammer (24b, 124b) er arrangeret imellem det første hylsterkammer (20b, 120b) og afstivningselementet (25c, 125c, 32). DK 172706 B1 11

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, KENDETEGNET ved, at hovedpartiet af hylsteret ved hylsterbagsiden har væsentligt større længde end gribe- og 5 holdefladen, hvilken flade ligger modsat hylsterets bagside.

4. Anordning ifølge krav 1-3, KENDETEGNET ved, at afstivningselementet danner skillevæg imellem det første og det andet hylsterkammer.

5. Anordning ifølge krav 1-4, KENDETEGNET ved, at bagsiden af hylsterets parti (25a, 125a) er bælgformet.

6. Anordning ifølge krav 1-4, KENDETEGNET ved, at afstivningselementet (25c’) er ledformet. 15