EP1232044A2 - Gripping or actuating arm - Google Patents

Gripping or actuating arm

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Publication number
EP1232044A2
EP1232044A2 EP00988588A EP00988588A EP1232044A2 EP 1232044 A2 EP1232044 A2 EP 1232044A2 EP 00988588 A EP00988588 A EP 00988588A EP 00988588 A EP00988588 A EP 00988588A EP 1232044 A2 EP1232044 A2 EP 1232044A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gripping
actuating arm
links
link
arm according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00988588A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Krug
Thomas Bayer
Karl-Georg Melber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wittenstein SE
Original Assignee
Wittenstein SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Wittenstein SE filed Critical Wittenstein SE
Publication of EP1232044A2 publication Critical patent/EP1232044A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1615—Programme controls characterised by special kind of manipulator, e.g. planar, scara, gantry, cantilever, space, closed chain, passive/active joints and tendon driven manipulators
    • B25J9/1617—Cellular, reconfigurable manipulator, e.g. cebot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0075—Means for protecting the manipulator from its environment or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0009—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases
    • B25J9/0012—Constructional details, e.g. manipulator supports, bases making use of synthetic construction materials, e.g. plastics, composites
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/33—Director till display
    • G05B2219/33196—Data and power each on a different line to all peripheral, bus

Definitions

  • the invention relates to a gripping or actuating arm according to the preamble of patent claim 1.
  • Gripping or actuating arms of the type mentioned at the outset are preferably used, but in no way exclusively in the field of so-called robot technology.
  • a large number of links are arranged one behind the other in a rotatable or pivotable manner, at least one electromotive rotary or swivel drive being provided between two adjacent links.
  • the number of links, drives and / or axes of rotation or swivel are determined by the desired number of degrees of freedom of movement of the gripping or actuating arm.
  • a gripping or actuating tool is arranged at one end of the gripping or actuating arm, all types of such tools according to the invention being intended to fall under this term. With its end pointing away from the gripping or actuating tool, the gripping or actuating arm is usually fastened to a base, for example a base frame.
  • each drive of each link is connected directly, that is to say via a separate cable, to a control unit which is arranged outside the robot, for example in a control cabinet.
  • Each drive is also equipped with a provided separate power supply line.
  • the cables for both the power supply and the control of the drives are routed in parallel through the entire gripping or actuating arm.
  • the necessary cabling inside the gripping or actuating arm requires a considerable size, in particular a considerable internal volume of the individual links, so that a cabling concept as described above is used for applications in which a certain size cannot be exceeded, for example if such Gripping or actuating arm to support physically disabled people, especially on a wheelchair or the like, is to be used, is practically not applicable.
  • the invention relates to a gripping or actuating arm with at least two links, each of which is relative to one another and / or to a base, for example a basic structure, by means of an electric motor drive.
  • the links are pivoted against one another if the longitudinal axes of the links run essentially transversely to the motor shaft, and the links are rotated relative to one another if the longitudinal axes of the links run parallel to or coaxially with the motor shaft.
  • the drives for performing defined movements of the links can be controlled separately, which includes both the logical control of the drives, for example by a computer program or a joystick, and the motor control itself.
  • a sensor arrangement for example a rotation angle sensor, is provided either indirectly or directly on the motor shaft, for determining the relative position of two adjacent links, the signal of which can be evaluated, for example, by a computer-assisted control unit and used to control the drives.
  • the monitoring, control and regulation can preferably take place in real time.
  • the torque control can be carried out via a field programmable gate array (FPGA).
  • FPGA field programmable gate array
  • the drives are designed according to the invention as drive units, each of which has at least one electric motor, the motor control necessary for actuating the electric motor, possibly a gear, in particular an eccentric or double eccentric gear, and the sensor arrangement.
  • the drives of all the links are also connected in series in the manner of a bus arrangement in such a way that the energy required to actuate the drives and the control signals can be transmitted via the bus arrangement.
  • Both the control signals for example from a computer, can be sent to the engine as well as the sensor signals to, for example, an evaluation and control unit via which the bus arrangement is transmitted.
  • the combination of the electric motor, possibly a gear, the motor control, which according to the prior art is usually arranged outside in the control cabinet, and the sensor arrangement, in each case a compact drive unit, which is preferably arranged in a housing comprising all components, results in addition to a reduction in the space required in the gripping or actuating arm and a reduction in the wiring effort, a high achievable electrical power and functional density.
  • the cabling effort is further reduced, in particular the cable harnesses which have been customary up to now are eliminated or their diameter is at least considerably reduced.
  • Another advantage of the invention is that due to the combination of compact units, the overall assembly effort is comparatively low and there is also a simple and inexpensive service.
  • the number of links in the gripping or actuating arm is in principle arbitrary and ultimately depends essentially on the number of degrees of freedom of movement. At least three, preferably three to seven, links are preferably provided. Due to the bus arrangement, the number of links is practically unlimited with regard to the cabling problem described above in the prior art, since there is basically no wire harness diameter that increases with the number of links. In principle, the energy and the control signals can be transmitted, for example, by any multi-core bus cable, which is guided through all the links essentially over the entire length of the gripping or actuating arm.
  • the permissible rotation or swivel angle between adjacent links is 360 ° and more, it is advantageous or, in particular in the case of an unlimited rotation angle, to provide a transmission of the energy and the control signals which prevent an inadmissible rotation of the bus arrangement or the Avoids bus cables.
  • the energy and the control signals necessary for actuating the drives are therefore transmitted from one link to the adjacent link by means of a rotary leadthrough known per se, for example via slip rings or the like.
  • the energy and the control signals necessary for actuating the drives can be transmitted from one link to the respectively adjacent link without contact, in particular inductively, optically or the like.
  • the energy required for actuating the drives and the control signals are transmitted from one link to the adjacent link by means of a spiral body which is wound from a multi-core ribbon cable section and is wound in this way and is arranged in such a way that the main plane of the spiral body is essentially perpendicular to the rotational or Pivot axis runs between the adjacent links, the two ends of the flat band section being connectable to the bus arrangement of the first or the adjacent link.
  • the permissible angle of rotation essentially depends on the diameter of the spiral body and on the number of turns or windings.
  • the spiral body preferably has at least one, preferably two to ten turns. As a result, permissible rotations of 1080 ° and more can be achieved in a simple and cost-effective manner.
  • connection parts can be attached to the ends of the flat strip section, for example soldered or crimped on.
  • both ends of the flat web section are angled such that the first end points from the spiral body to the first link and the second end from the spiral body to the second link.
  • the bending can be carried out in a simple manner in that the ends are each bent by a folding edge running at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the flat strip section, which results in a total bending of 90 °.
  • the conductors arranged in the flat strip section can also have a round cross section, for example, in any desired manner.
  • the conductors arranged in the flat strip section preferably have an essentially flat rectangular cross section in the region of the windings, at least in sections, which can be achieved, for example, by rolling out round copper conductors.
  • the flat conductor tracks act as a spiral spring, which is or is relaxed.
  • the spiral body resumes the predetermined initial shape when relaxing, which ensures that the desired spiral shape, which excludes a disadvantageous twisting of the flat strip section, is maintained regardless of the angle of rotation.
  • the gripping or actuating arm of the invention can be designed in the usual manner as a cast or welded part, the external shape of the individual links being essentially determined by the mechanical function.
  • the links have a base body designed as a supporting structure and at least one cladding element, the cladding element being releasably attachable to the base body.
  • the cladding element can, for example, be screwed to or attached to the supporting structure.
  • the cladding element can be fastened to the support structure in the manner of a clip connection. On the one hand, this ensures easy access to the interior of each link for assembly or service purposes, and on the other hand the overall visual or aesthetic impression of the gripping or actuating arm can be changed in a simple manner by changing the cladding elements.
  • connection of the cladding element and the support structure can be designed such that the cladding element is automatically released when a predetermined limit load on the connection is exceeded.
  • a pinching of a hand of the user, for example, by jumping off the covering element can thereby be avoided or the consequences of such a pinching can at least be alleviated.
  • the cladding element can preferably consist essentially of soft foam, thereby further reducing the risk of injury.
  • the drives can also be switched off when a predetermined limit load, which can be determined by a corresponding sensor arrangement, is exceeded.
  • the sensor arrangement can initially have sensors that scan in any manner, if necessary also in the manner of a switch or limit switch.
  • non-contact sensors in particular magnetoresistive sensors, for example rotary angle sensors, are preferably used.
  • both the base body designed as a supporting structure and the corresponding cladding element can be designed to be adjustable in length and / or width. This can be done, for example, in that adjacent longitudinal or transverse beams can be telescopically pushed or pulled into one another, or the supporting structure consists of separate longitudinal and / or transverse beam sections connected to one another, so that the supporting structure can be changed in length and / or width by inserting or omitting individual sections is. This allows a modular concept with adaptation to a wide variety of gripping or actuating areas to be covered in a simple manner.
  • FIG. 2 shows the gripping or actuating arm according to FIG. 1 in a side view in a broken view
  • FIG. 3 shows the gripping or actuating arm according to FIGS. 1 and 2 in a broken representation rotated by 90 degrees compared to FIG. 2;
  • FIGS. 1 to 3 shows a schematic block diagram representation of the serial bus arrangement of the links of the gripping or actuating arm according to FIGS. 1 to 3;
  • FIG. 6 shows a schematic perspective illustration of a spiral body wound from a ribbon cable section for the transmission of energy and / or control signals between two adjacent links which can be rotated or pivoted relative to one another;
  • Fig. 7 shows the spiral body of FIG. 6 in a side view.
  • the gripping or actuating arm 10 shown in FIG. 1 has six links 7, 8, 9, 11, 12 and 13, each of which is articulated to one another. With the axially outer end of the link 13, the gripping or actuating arm 10 is connected to a base (not shown), for example a frame of a wheelchair or the like. On the axial The outer end of the link 7 is a gripper 14, shown schematically in FIGS. 2 and 3.
  • the links 7, 8, 9, 1 1, 12 and 13 can be pivoted or rotated relative to one another via the axes 1, 2, 3, 4, 5 and 6.
  • the link 12 is rotated about the axis of rotation 6 with respect to the link 13, which is fixedly and non-rotatably attached to the base, and thus the entire gripping arm 10; 1, the rotational movement is indicated by the arrow F6, wherein, of course, rotation can take place in both possible directions of rotation.
  • the two links 8 and 9 are rotated relative to one another about the axis of rotation 3 (rotary movement arrow F3) and the gripper 14 is rotated relative to the link 7 about the axis of rotation 1 (direction of rotation arrow F l).
  • the axes 2, 4 and 5 are designed as pivot axes and are substantially perpendicular to the axes 1, 3 and 6, which are essentially aligned.
  • the two links 7 and 8 are pivoted about the pivot axis 2
  • the two links 9 and 11 are pivoted about the pivot axis 4
  • the two links 11 and 12 are pivoted about the pivot axis 5.
  • a drive unit 14, 15, 16, 17, 18 and 19 is arranged in the area of each axis 1, 2, 3, 4, 5 and 6 and is used to carry out the respective rotary or pivoting movement.
  • the drive units each include an electric motor, the motor control, a gearbox and a sensor arrangement for determining the position of the drives or the position of the links to one another.
  • the drive unit 14 arranged in the link 7 has the individual components gear 20, electric motor 21 including control, sensors 22 and a brake 23 in a linear arrangement.
  • the drive unit is here fixed in place and rotatably in a manner not shown on the support structure of the link 7.
  • a fastening possibility for the gripper 14 is provided, so that the gripper 14 can be rotated or rotated by actuating the electric motor 21.
  • the drive unit 15 arranged in the link 8 likewise has a transmission 24, an electric motor 25 including a control, a sensor system 26 and a brake 27.
  • two subunits are formed, each of which has the components electric motor 25 and transmission 24 or sensor system 26 and brake 27 in a linear arrangement.
  • the two subunits are arranged essentially parallel to one another next to one another on a housing-like frame 28 and are coupled to one another via a gear, here a belt drive 29.
  • the drive unit is fixed to the supporting structure of the link 8, not shown, in a rotationally and stationary manner.
  • a bracket-like coupling member 30 is non-rotatably flanged with its first end, which is connected at its second end to the support structure of the link 7, not shown.
  • the gearbox 24 swivels the second end of the coupling member 30 and thus the link 7 relative to the link 8.
  • an adapter 31 attached to the support structure, with which the link 8 transmits torque to the link 9 (cf. in particular FIG. 3), more precisely to the mechanical output of the drive unit 16 , can be coupled.
  • all drive units 14, 15, 16, 17, 1 8 and 19 are electrically connected in series in the manner of a bus arrangement. Both the power supply to the drives and the transmission of the sensor or control signals take place, for example to or from an external computer via this bus arrangement.
  • 4 shows the bus arrangement schematically in the manner of a block diagram, the number of control lines and power supply lines being of course not limited to two in practice.
  • the transmission of the control or sensor signals as well as the power supply of the drives between two adjacent links, be they links that can be rotated or pivoted relative to one another, takes place in the exemplary embodiment shown here via a multi-core ribbon cable section, the number of lines and arrangement of which essentially corresponds to the bus structure , As can be seen from FIGS. 6 and 7, the ribbon cable section 32 is wound into a spiral body 33 with an inner end 34 and an outer end 35. In the embodiment shown, three turns are provided.
  • connection elements can be integrally formed on the spiral body 33 or be part of this spiral body or else consist of separate connection elements, for example connection plates in the manner of soldering tabs, which are attached to the ends of the ribbon cable section 32 in a detachable or non-detachable manner.
  • the ends 34 and 35 or the corresponding connection elements are conductively connected to the corresponding bus cable sections of the two adjacent links to be coupled, the end 33 being connected to the bus cable section of the first of the two Links and the end 34 is connected to the bus cable section of the second link such that the spiral body is arranged substantially perpendicular to the corresponding axis of rotation or pivot with its main or radial plane, the axis also essentially through the center of the area of the main or radial surface of the spiral body runs.
  • the ends 34 and 35 of the Ribbon section 32 are also substantially fixed in place on the respective link. If the two links are now rotated relative to one another, the spiral body is wound or wound more tightly depending on the direction of rotation, and depending on the number of turns, angles of rotation of up to 1080 ° and more can be easily reached without breaking or damaging the cable connection.
  • the conductors arranged in the ribbon cable section 32 have a flat rectangular cross section produced by rolling in the region between the two ends 34 and 35, the longer side of the rectangle running perpendicular to the main or radial plane of the spiral body 33. This in particular improves the spring-back behavior of the spiral body during winding.
  • the link 11 has a longitudinal support-like supporting structure 36 in a lightweight construction, for example made of light metal or plastic, to which the drive units 17 and 18 are fastened.
  • Cladding elements 37 and 38 or 39 and 40 are fastened to this support structure 36 in a manner not shown, for example detachably clipped on.
  • the support structure can also be formed by the drive unit itself, in particular in the case of short links, in which case the cladding elements can then be fastened directly to the respective drive unit.

Abstract

The invention relates to a gripping or actuating arm comprising at least two members which can each be moved, in particular, can be rotated and/or pivoted, in relation to one another and/or in relation to a base by means of an electromotive drive. The drives used to effect defined movements of the members can be controlled separately, and a sensor is provided for determining the relative position of two adjacent members. According to the invention, the drives are configured as drive units each equipped with an electric motor which, for actuating the electric motor, comprise necessary motor control, optionally, a gearing, and the sensor. In addition, the drives of all members are series-connected one behind the other in the manner of a bus configuration so that the energy, which is required for actuating the drives, and the control signals can be transmitted via the bus configuration.

Description

Greif- oder Betätigungsar Gripping or operating arm
Die Erfindung betrifft einen Greif- oder Betätigungsarm nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 .The invention relates to a gripping or actuating arm according to the preamble of patent claim 1.
Greif- oder Betätigungsarme der eingangs genannten Art finden vorzugsweise, j edoch keineswegs ausschließlich im Bereich der sogenannten Robotertechnik Verwendung. Dabei sind eine Vielzahl von Gliedern gegeneinander dreh- oder verschwenkbar hintereinander angeordnet, wobei zwischen j eweils zwei benachbarten Gliedern mindestens ein elektromotori- scher Dreh- oder Schwenkantrieb vorgesehen ist. Anzahl der Glieder, Antriebe und/oder Dreh- bzw. Schwenkachsen werden durch die gewünschte Anzahl der Freiheitsgrade der Bewegung des Greif- oder Betätigungsarmes bestimmt. An einem Endes des Greif- oder Betätigungsarmes ist ein Greif- oder Betätigungswerkzeug angeordnet, wobei erfindungsgemäß alle Arten von derartigen Werkzeugen unter diesen Begriff fallen sollen. Mit seinem vom Greif- oder Betätigungswerkzeug wegweisenden Ende ist der Greif- oder Betätigungsarm üblicherweise an einer Basis, beispielsweise einem Grundgestell befestigt.Gripping or actuating arms of the type mentioned at the outset are preferably used, but in no way exclusively in the field of so-called robot technology. A large number of links are arranged one behind the other in a rotatable or pivotable manner, at least one electromotive rotary or swivel drive being provided between two adjacent links. The number of links, drives and / or axes of rotation or swivel are determined by the desired number of degrees of freedom of movement of the gripping or actuating arm. A gripping or actuating tool is arranged at one end of the gripping or actuating arm, all types of such tools according to the invention being intended to fall under this term. With its end pointing away from the gripping or actuating tool, the gripping or actuating arm is usually fastened to a base, for example a base frame.
Bei den bekannten Greif- oder Befestigungsarmen ist j eder Antrieb jedes Gliedes unmittelbar, das heißt über ein separates Kabel mit einer Ansteu- ereinheit verbunden, die, beispielsweise in einem Schaltschrank, außerhalb des Roboters angeordnet ist. Ebenso ist j eder Antrieb mit einer se- paraten Stromversorgungsleitung versehen. Die Leitungen sowohl für die Stromversorgung als auch zur Ansteuerung der Antriebe sind dabei parallel durch den gesamten Greif- oder Betätigungsarm geführt. Dies führt dazu, daß, je mehr Antriebe anzusteuern sind und näher man zum Grund- gestell bzw. zum Schaltschrank und zur Energieversorgung kommt, die Zahl der Kabel und damit der Durchmesser des entstehenden Kabelbaumes signifikant zunimmt. Dadurch wird insbesondere die Beweglichkeit der Glieder des Greif- und Betätigungsarms relativ zueinander, insbesondere im Hinblick auf die nahe am Grundgestell befindlichen Glieder, er- heblich eingeschränkt. Zudem erfordert die notwendige Verkabelung im Inneren des Greif- oder Betätigungsarms eine erheblich Größe, insbesondere ein erhebliches Innenvolumen der einzelnen Glieder, so daß ein wie vorstehend beschriebenes Verkabelungskonzept für Anwendungen, bei denen eine bestimmte Baugröße nicht überschritten werden kann, beispiels- weise wenn ein derartiger Greif- oder Betätigungsarm zur Unterstützung von körperbehinderten Menschen, insbesondere an einem Rollstuhl oder dergleichen, Verwendung finden soll, praktisch nicht anwendbar ist.In the known gripping or fastening arms, each drive of each link is connected directly, that is to say via a separate cable, to a control unit which is arranged outside the robot, for example in a control cabinet. Each drive is also equipped with a provided separate power supply line. The cables for both the power supply and the control of the drives are routed in parallel through the entire gripping or actuating arm. This leads to the fact that the more drives to be controlled and the closer to the base frame or the control cabinet and the energy supply, the number of cables and thus the diameter of the resulting cable harness increases significantly. As a result, the mobility of the links of the gripping and actuating arm relative to one another is considerably restricted, in particular with regard to the links located close to the base frame. In addition, the necessary cabling inside the gripping or actuating arm requires a considerable size, in particular a considerable internal volume of the individual links, so that a cabling concept as described above is used for applications in which a certain size cannot be exceeded, for example if such Gripping or actuating arm to support physically disabled people, especially on a wheelchair or the like, is to be used, is practically not applicable.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Greif- oder Betätigungsarm zu schaffen, der bei geringem Verkabelungsaufwand eine vergleichsweise geringe Baugröße der Glieder bei gleichzeitiger Minimierung der Einschränkung der Beweglichkeit der Glieder relativ zueinander aufgrund der Verkabelung ermöglicht.Starting from this prior art, it is the object of the present invention to provide a gripping or actuating arm which, with little cabling effort, enables a comparatively small size of the links while at the same time minimizing the restriction of the mobility of the links relative to one another due to the cabling.
Diese Aufgabe wird durch einen Greif- oder Betätigungsarm nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a gripping or actuating arm according to the teaching of claim 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung betrifft einen Greif- oder Betätigungsarm mit mindestens zwei Gliedern, die jeweils mittels eines elektromotorischen Antriebs re- lativ zueinander und/oder zu einer Basis, beispielsweise einem Grundge- stell, beweglich, insbesondere dreh- und/oder verschwenkbar sind. Ob zwei j eweils benachbarte Glieder gegeneinander verdreht oder verschwenkt werden, hängt im wesentlichen von der Anordnung des jeweiligen Antriebs, insbesondere der Ausrichtung seiner Motorwelle ab. So werden die Glieder beispielsweise gegeneinander verschwenkt, falls die Längsachsen der Glieder im wesentlichen quer zur Motorwelle verlaufen, und die Glieder gegeneinander verdreht, falls die Längsachsen der Glieder parallel zur Motorwelle oder koaxial mit dieser verlaufen.The invention relates to a gripping or actuating arm with at least two links, each of which is relative to one another and / or to a base, for example a basic structure, by means of an electric motor drive. are adjustable, movable, in particular rotatable and / or pivotable. Whether two respectively adjacent links are rotated or pivoted against each other essentially depends on the arrangement of the respective drive, in particular the orientation of its motor shaft. For example, the links are pivoted against one another if the longitudinal axes of the links run essentially transversely to the motor shaft, and the links are rotated relative to one another if the longitudinal axes of the links run parallel to or coaxially with the motor shaft.
Die Antriebe zur Durchführung definierter Bewegungen der Glieder sind getrennt steuerbar, wobei hierunter sowohl die logische Ansteuerung der Antriebe, beispielsweise durch ein Computerprogramm oder einen Joystick, als auch die Motorsteuerung selbst fällt.The drives for performing defined movements of the links can be controlled separately, which includes both the logical control of the drives, for example by a computer program or a joystick, and the motor control itself.
Weiter ist j eweils eine Sensoranordnung, beispielsweise ein Drehwinkelgeber, mittelbar oder unmittelbar auf der Motorwelle, zur Ermittlung der Relativstellung zweier benachbarter Glieder vorgesehen, deren Signal beispielsweise von einer rechnergestützten Steuereinheit ausgewertet und zur Steuerung der Antriebe verwendet werden kann. Dabei kann vorzugsweise die Überwachung, Steuerung und Regelung in Echtzeit erfolgen. Insbesondere die Drehmomentregelung kann über ein field programmable gate array (FPGA) erfolgen.Furthermore, a sensor arrangement, for example a rotation angle sensor, is provided either indirectly or directly on the motor shaft, for determining the relative position of two adjacent links, the signal of which can be evaluated, for example, by a computer-assisted control unit and used to control the drives. The monitoring, control and regulation can preferably take place in real time. In particular, the torque control can be carried out via a field programmable gate array (FPGA).
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind erfindungsgemäß die Antriebe als Antriebseinheiten ausgebildet, die j eweils mindestens einen Elektromotor, die zur Betätigung des Elektromotors notwendige Motorsteuerung, gegebenenfalls ein Getriebe, insbesondere ein Exzenter- oder Doppelex- zentergetriebe, und die Sensoranordnung aufweisen. Dabei sind ferner die Antriebe sämtlicher Glieder seriell nach Art einer Busanordnung derart hintereinander geschaltet, daß die zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und die Steuersignale über die Busanordnung übertragbar sind. Dabei können sowohl die Steuersignale, beispielsweise von einem Computer, an den Motor als auch die zur Steuerung dienenden Sensorsi- gnale an beispielsweise eine Auswerte- und Steuereinheit, über die Busanordnung übertragen werden.In contrast to the prior art, the drives are designed according to the invention as drive units, each of which has at least one electric motor, the motor control necessary for actuating the electric motor, possibly a gear, in particular an eccentric or double eccentric gear, and the sensor arrangement. The drives of all the links are also connected in series in the manner of a bus arrangement in such a way that the energy required to actuate the drives and the control signals can be transmitted via the bus arrangement. Both the control signals, for example from a computer, can be sent to the engine as well as the sensor signals to, for example, an evaluation and control unit via which the bus arrangement is transmitted.
Bereits durch die Zusammenfassung des Elektromotors, gegebenenfalls eines Getriebes, der Motorsteuerung, die nach dem Stand der Technik üblicherweise außerhalb im Schaltschrank angeordnet ist, und der Sensoranordnung zu j eweils einer kompakten Antriebseinheit, die vorzugsweise in einem alle Komponenten umfassenden Gehäuse angeordnet ist, ergibt sich neben einer Verringerung des Platzbedarfs im Greif- oder Betätigungsarm und einer Verringerung des Verkabelungsaufwands eine hohe erreichbare elektrische Leistungs- und Funktionsdichte. Durch die Verwendung einer Busanordnung sowohl für die Stromversorgung als auch für die Übertragung der notwendigen Steuer- und/oder Meßsignale wird der Verkabelungsaufwand weiter reduziert, wobei insbesondere die bisher üblichen Kabelbäume entfallen bzw. deren Durchmesser zumindest erheblich reduziert wird. Dadurch wird neben einem geringen Verkabelungsaufwand gleichzeitig die notwendige Baugröße der Glieder verringert und die Einschränkung der Beweglichkeit der Glieder untereinander aufgrund der Verkabelung auf ein Minimum verringert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aufgrund der Zusammenfassung zu kompakten Einheiten der Montageaufwand insgesamt vergleichsweise gering ist und auch ein einfacher und kostengünstiger Service gegeben ist.The combination of the electric motor, possibly a gear, the motor control, which according to the prior art is usually arranged outside in the control cabinet, and the sensor arrangement, in each case a compact drive unit, which is preferably arranged in a housing comprising all components, results in addition to a reduction in the space required in the gripping or actuating arm and a reduction in the wiring effort, a high achievable electrical power and functional density. By using a bus arrangement both for the power supply and for the transmission of the necessary control and / or measurement signals, the cabling effort is further reduced, in particular the cable harnesses which have been customary up to now are eliminated or their diameter is at least considerably reduced. As a result, in addition to a low cabling effort, the necessary structural size of the links is simultaneously reduced and the restriction of the mobility of the links among one another is reduced to a minimum due to the cabling. Another advantage of the invention is that due to the combination of compact units, the overall assembly effort is comparatively low and there is also a simple and inexpensive service.
Die Anzahl der Glieder des Greif- oder Betätigungsarms ist grundsätzlich beliebig und hängt letztendlich im wesentlichen von der Anzahl der Freiheitsgrade der Bewegung ab. Vorzugsweise sind mindestens drei, vor- zugsweise drei bis sieben Glieder vorgesehen. Aufgrund der Busanordnung ist die Anzahl der Glieder im Hinblick auf die vorstehend beim Stand der Technik beschriebene Verkabelungsproblematik praktisch unbegrenzt, da sich grundsätzlich kein mit der Anzahl der Glieder zunehmender Kabelbaumdurchmesser ergibt. In grundsätzlich beliebiger Weise kann die Übertragung der Energie und der Steuersignale beispielsweise durch ein beliebiges mehradriges Buskabel erfolgen, das durch sämtliche Glieder im wesentlichen über die gesamte Länge des Greif- oder Betätigungsarms geführt wird. Insbesondere jedoch, wenn der zulässige Dreh- oder Schwenkwinkel zwischen benachbarten Gliedern 360° und mehr ist, ist es von Vorteil oder, insbesondere bei unbegrenztem Drehwinkel, notwendig, eine Übertragung der Energie und der Steuersignale vorzusehen, die eine unzulässige Verdrehung der Busanordnung bzw. des Buskabels vermeidet. Nach einem Ausführungs- beispiel der Erfindung erfolgt daher die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum j eweils benachbarten Glied mittels einer für sich bekannten Drehdurchführung, beispielsweise über Schleifringe oder dergleichen.The number of links in the gripping or actuating arm is in principle arbitrary and ultimately depends essentially on the number of degrees of freedom of movement. At least three, preferably three to seven, links are preferably provided. Due to the bus arrangement, the number of links is practically unlimited with regard to the cabling problem described above in the prior art, since there is basically no wire harness diameter that increases with the number of links. In principle, the energy and the control signals can be transmitted, for example, by any multi-core bus cable, which is guided through all the links essentially over the entire length of the gripping or actuating arm. In particular, however, if the permissible rotation or swivel angle between adjacent links is 360 ° and more, it is advantageous or, in particular in the case of an unlimited rotation angle, to provide a transmission of the energy and the control signals which prevent an inadmissible rotation of the bus arrangement or the Avoids bus cables. According to one exemplary embodiment of the invention, the energy and the control signals necessary for actuating the drives are therefore transmitted from one link to the adjacent link by means of a rotary leadthrough known per se, for example via slip rings or the like.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Übertragung der zur Betäti- gung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benachbarten Glied berührungslos, insbesondere induktiv, optisch oder dergleichen erfolgen.According to a further embodiment, the energy and the control signals necessary for actuating the drives can be transmitted from one link to the respectively adjacent link without contact, in particular inductively, optically or the like.
Durch diese Ausgestaltungen kann in grundsätzlich beliebiger Weise ein unbegrenzter Drehwinkel erreicht werden. Dies gilt für die Verbindung sämtlicher Glieder, d.h. insbesondere auch für die dem Grundgestell benachbarten Glieder, da die Busstruktur grundsätzlich an j eder Stelle gleich ist, während nach dem Stand der Technik der Kabelbaum von außen zum Grundgestell hin ständig zunimmt.With these configurations, an unlimited angle of rotation can be achieved in any way. This applies to the connection of all links, i.e. in particular also for the links adjacent to the base frame, since the bus structure is basically the same at every point, while according to the prior art the wiring harness is constantly increasing from the outside to the base frame.
Insbesondere wenn die zulässigen Drehwinkel einen bestimmten Wert nicht übersteigen, erfolgt nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum j eweils benachbarten Glied mittels eines aus einem mehradrigen Flachbandkabelabschnitt gewickelten Spiralkörpers, der derart gewickelt und angeordnet ist, daß die Hauptebene des Spiralkörpers im wesentlichen senkrecht zur Dreh- bzw. Schwenkachse zwischen den benachbarten Gliedern verläuft, wobei die beiden Enden des Flachbandabschnitts j eweils mit der Busanordnung des ersten bzw. des benachbarten Gliedes verbindbar sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß beim Verdrehen oder Verschwenken der beiden Glieder der Spiralkörper auf- oder abgewickelt wird, wobei kein Verdrehen des Flachbandkabels in sich erfolgt. Der zulässige Drehwinkel hängt dabei im wesentlichen vom Durchmesser des Spiralkörpers und von der Anzahl der Windungen oder Wicklungen ab. Vorzugsweise weist der Spiralkörper mindestens eine, vorzugsweise zwei bis zehn Windungen, auf. Dadurch sind in einfacher und kostengünstiger Weise zulässige Verdrehungen von 1080° und mehr erzielbar.In particular, if the permissible angle of rotation does not exceed a certain value, according to a further exemplary embodiment of the invention, the energy required for actuating the drives and the control signals are transmitted from one link to the adjacent link by means of a spiral body which is wound from a multi-core ribbon cable section and is wound in this way and is arranged in such a way that the main plane of the spiral body is essentially perpendicular to the rotational or Pivot axis runs between the adjacent links, the two ends of the flat band section being connectable to the bus arrangement of the first or the adjacent link. In other words, this means that when the two members are twisted or swiveled, the spiral body is wound up or unwound, with no twisting of the ribbon cable in itself. The permissible angle of rotation essentially depends on the diameter of the spiral body and on the number of turns or windings. The spiral body preferably has at least one, preferably two to ten turns. As a result, permissible rotations of 1080 ° and more can be achieved in a simple and cost-effective manner.
Die Befestigung der Enden des Flachbandabschnitts bzw. des Spiralkörpers an der Busanordnung bzw. dem Buskabel jedes Gliedes kann in grundsätzlich beliebiger Weise erfolgen. So können beispielsweise ent- sprechende Anschlußteile an den Enden des Flachbandabschnittes befestigt, beispielsweise angelötet oder angecrimpt, sein. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch sind beide Enden des Flachbahnabschnitts derart abgewinkelt, daß das erste Ende vom Spiralkörper zum ersten Glied und das zweite Ende vom Spiralkörper zum zweiten Glied weist. Die Abwinklung kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die Enden jeweils um eine im Winkel von 45° zur Längsachse des Flachbandabschnitts verlaufende Knickkante geknickt werden, wodurch sich insgesamt eine Abwinklung um 90° ergibt.The attachment of the ends of the flat ribbon section or the spiral body to the bus arrangement or the bus cable of each link can be done in any way. For example, corresponding connection parts can be attached to the ends of the flat strip section, for example soldered or crimped on. According to one embodiment of the invention, however, both ends of the flat web section are angled such that the first end points from the spiral body to the first link and the second end from the spiral body to the second link. The bending can be carried out in a simple manner in that the ends are each bent by a folding edge running at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the flat strip section, which results in a total bending of 90 °.
In ebenfalls grundsätzlich beliebiger Weise können die im Flachbandab- schnitt angeordneten, inbesondere im Regelfall eingegossenen, Leiter beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise jedoch weisen die im Flachbandabschnitt angeordneten Leiter im Bereich der Windungen zumindest abschnittsweise einen im wesentlichen flach rechteckigen Querschnitt auf, der beispielsweise durch Auswalzen von runden Kupferleitern erreicht werden kann. Bei einer derartigen Gestaltung wirken die flachen Leiterbahnen als Spiralfeder, die beim Verdrehen ge- oder entspannt wird. Aufgrund dieser Gestaltung nimmt der Spiralkörper beim Entspannen die vorbestimmte Ausgangsform wieder ein, wodurch sichergestellt ist, daß unabhängig vom Verdrehwinkel die gewünschte eine nachteilige Verwindung des Flachbandabschnitts sicher ausschlie- ßende Spiralform eingehalten wird.The conductors arranged in the flat strip section, in particular cast in as a rule, can also have a round cross section, for example, in any desired manner. However, the conductors arranged in the flat strip section preferably have an essentially flat rectangular cross section in the region of the windings, at least in sections, which can be achieved, for example, by rolling out round copper conductors. With such a design, the flat conductor tracks act as a spiral spring, which is or is relaxed. As a result of this design, the spiral body resumes the predetermined initial shape when relaxing, which ensures that the desired spiral shape, which excludes a disadvantageous twisting of the flat strip section, is maintained regardless of the angle of rotation.
Der Greif- oder Betätigungsarm der Erfindung kann in üblicher Weise als Guß- oder Schweißteil ausgeführt sein, wobei die äußere Gestalt der einzelnen Glieder im wesentlichen von der mechanischen Funktion bestimmt wird. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin- düng jedoch weisen die Glieder einen als Tragstruktur ausgebildeten Grundkörper und mindestens ein Verkleidungselement auf, wobei das Verkleidungselement lösbar am Grundkörper befestigbar ist. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß erfindungsgemäß eine Trennung der tragenden mechanischen Funktion der Tragstruktur und der im wesentlichen den ästhetischen Gesamteindruck bestimmenden Verkleidung stattfinden kann, wodurch sowohl die Tragstruktur, beispielsweise im Hinblick auf mechanische Festigkeit, Steifigkeit oder Leichtbau, als auch die Verkleidung, beispielsweise im Hinblick auf Oberfläche, Dekor, Form oder Sicherheitsaspekte, auf ihre jeweiligen spezifischen Anforderungen opti- mierbar sind.The gripping or actuating arm of the invention can be designed in the usual manner as a cast or welded part, the external shape of the individual links being essentially determined by the mechanical function. According to a particularly preferred exemplary embodiment of the invention, however, the links have a base body designed as a supporting structure and at least one cladding element, the cladding element being releasably attachable to the base body. In other words, this means that, according to the invention, there can be a separation of the load-bearing mechanical function of the support structure and the covering which essentially determines the overall aesthetic impression, as a result of which both the support structure, for example with regard to mechanical strength, rigidity or lightweight construction, and the covering, for example with regard to surface, decor, shape or safety aspects, can be optimized to meet your specific requirements.
Das Verkleidungselement kann beispielsweise mit der Tragstruktur verschraubt oder auf diese aufgesteckt sein. Nach einem Ausführungsbeispiel ist das Verkleidungselement an der Tragstruktur nach Art einer Clipsverbindung befestigbar. Damit ist zum einen eine leichte Zugäng- lichkeit zum Inneren jedes Gliedes zu Montage- oder Servicezwecken sichergestellt und zum anderen kann der optische oder ästhetische Gesamteindruck des Greif- oder Betätigungsarms in einfacher Weise durch Wechsel der Verkleidungselemente verändert werden.The cladding element can, for example, be screwed to or attached to the supporting structure. According to one embodiment, the cladding element can be fastened to the support structure in the manner of a clip connection. On the one hand, this ensures easy access to the interior of each link for assembly or service purposes, and on the other hand the overall visual or aesthetic impression of the gripping or actuating arm can be changed in a simple manner by changing the cladding elements.
Insbesondere dann, wenn der erfindungsgemäße Greif- oder Betätigungs- arm beispielsweise in unmittelbarer Nähe von Personen Verwendung finden soll, beispielsweise zum Ausgleich von schweren Behinderungen, kann die Verbindung von Verkleidungselement und Tragstruktur derart ausgestaltet sein, daß beim Überschreiten einer vorgegeben Grenzlast auf die Verbindung ein selbsttätiges Lösen des Verkleidungselementes er- folgt. Dadurch kann ein Einklemmen beispielsweise einer Hand des Benutzers durch Abspringen des Verkleidungselements vermieden oder die Folgen einer solchen Einklemmung zumindest gemildert werden. Vorzugsweise kann dabei das Verkleidungselement im wesentlichen aus Weichschaum bestehen, wodurch die Verletzungsgefahr weiter verringert wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann beim Überschreiten einer vorgegebenen Grenzlast, die durch eine entsprechende Sensoranordnung ermittelbar ist, auch ein Abschalten der Antriebe erfolgen.Especially when the gripping or actuating arm according to the invention is used, for example, in the immediate vicinity of people should find, for example to compensate for severe disabilities, the connection of the cladding element and the support structure can be designed such that the cladding element is automatically released when a predetermined limit load on the connection is exceeded. A pinching of a hand of the user, for example, by jumping off the covering element can thereby be avoided or the consequences of such a pinching can at least be alleviated. The cladding element can preferably consist essentially of soft foam, thereby further reducing the risk of injury. Alternatively or additionally, the drives can also be switched off when a predetermined limit load, which can be determined by a corresponding sensor arrangement, is exceeded.
Die Sensoranordnung kann in zunächst grundsätzlich beliebiger Art und Weise abtastende Sensoren, gegebenenfalls auch nach Art eines Schalters oder Endschalters, aufweisen. Vorzugsweise finden j edoch berührungslose, insbesondere magneto-resistive Sensoren, beispielsweise Drehwinkelgeber, Verwendung.The sensor arrangement can initially have sensors that scan in any manner, if necessary also in the manner of a switch or limit switch. However, non-contact sensors, in particular magnetoresistive sensors, for example rotary angle sensors, are preferably used.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können sowohl der als Tragstruktur ausgebildete Grundkörper als auch das entsprechende Verklei- dungselement in Länge und/oder Breite verstellbar ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß aneinander grenzende Längsoder Querträger teleskopartig ineinander einschiebbar oder ausziehbar sind oder aber die Tragstruktur aus separaten miteinander verbundenen Längs- und/oder Querträgerabschnitten besteht, so daß durch Einfügung oder Weglassung einzelner Abschnitte die Tragstruktur in Länge und/oder Breite veränderlich ist. Dadurch läßt sich in einfacher Weise ein modula- res Konzept mit Anpassung an unterschiedlichste abzudeckende Greifoder Betätigungsräume realisieren.According to a further exemplary embodiment, both the base body designed as a supporting structure and the corresponding cladding element can be designed to be adjustable in length and / or width. This can be done, for example, in that adjacent longitudinal or transverse beams can be telescopically pushed or pulled into one another, or the supporting structure consists of separate longitudinal and / or transverse beam sections connected to one another, so that the supporting structure can be changed in length and / or width by inserting or omitting individual sections is. This allows a modular concept with adaptation to a wide variety of gripping or actuating areas to be covered in a simple manner.
Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbei- spiel darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung dieIn the following, the invention is explained in more detail with the aid of drawings showing only one exemplary embodiment. It shows Fig. 1 in a schematic perspective view
Ansicht eines Greif- oder Betätigungsarms gemäß der vorliegenden Erfindung;View of a gripping or actuating arm according to the present invention;
Fig. 2 den Greif- oder Betätigungsarm nach Fig. 1 in seit- licher Ansicht in aufgebrochener Darstellung;FIG. 2 shows the gripping or actuating arm according to FIG. 1 in a side view in a broken view;
Fig. 3 den Greif- oder Betätigungsarm nach den Fig. 1 und 2 in einer gegenüber der Fig. 2 um 90 Grad verdrehten aufgebrochenen Darstellung;3 shows the gripping or actuating arm according to FIGS. 1 and 2 in a broken representation rotated by 90 degrees compared to FIG. 2;
Fig. 4 in schematischer blockdiagrammartiger Darstellung die serielle Busanordnung der Glieder des Greifoder Betätigungsarms nach den Fig. 1 bis 3 ;4 shows a schematic block diagram representation of the serial bus arrangement of the links of the gripping or actuating arm according to FIGS. 1 to 3;
Fig. 5 in perspektivischer schematischer geschnittenerFig. 5 in perspective schematic cut
Darstellung zwei beweglich miteinander verbundene Glieder eines erfindungsgemäßen Greif- oder Betätigungsarms;Representation of two movably connected members of a gripping or actuating arm according to the invention;
Fig. 6 in schematischer perspektivischer Darstellung einen aus einem Flachbandkabelbschnitt gewickelten Spiralkörper zur Übertragung von Energie und/oder Steuersignalen zwischen zwei benachbarten gegen- einander verdreh- oder verschwenkbaren Gliedern; und6 shows a schematic perspective illustration of a spiral body wound from a ribbon cable section for the transmission of energy and / or control signals between two adjacent links which can be rotated or pivoted relative to one another; and
Fig. 7 den Spiralkörper nach Fig. 6 in seitlicher Ansicht.Fig. 7 shows the spiral body of FIG. 6 in a side view.
Der in Fig. 1 dargestellte Greif- oder Betätigungsarm 10 weist sechs Glieder 7, 8, 9, 1 1 , 12 und 13 auf, die j eweils gelenkig miteinander ver- bunden sind. Mit dem axial äußeren Ende des Gliedes 13 ist der Greifoder Betätigungsarm 10 an einer nicht dargestellten Basis, beispielsweise einem Rahmen eines Rollstuhles oder dergleichen, verbunden. Am axial äußeren Endes des Gliedes 7 ist ein in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellter Greifer 14 angeordnet.The gripping or actuating arm 10 shown in FIG. 1 has six links 7, 8, 9, 11, 12 and 13, each of which is articulated to one another. With the axially outer end of the link 13, the gripping or actuating arm 10 is connected to a base (not shown), for example a frame of a wheelchair or the like. On the axial The outer end of the link 7 is a gripper 14, shown schematically in FIGS. 2 and 3.
Die Glieder 7, 8, 9, 1 1 , 12 und 13 sind über die Achsen 1 , 2, 3 , 4, 5 und 6 gegeneinander verschwenk- bzw. verdrehbar. Dabei erfolgt um die Dreh- achse 6 ein Verdrehen des Gliedes 12 gegenüber dem an der Basis ort- und drehfest befestigten Glied 13 und damit des gesamten Greifarmes 10; in der Darstellung nach Fig. 1 ist die Drehbewegung durch den Pfeil F6 angedeutet, wobei selbstverständlich eine Drehung in beide möglichen Drehrichtungen erfolgen kann. In ähnlicher Weise erfolgt ein Verdrehen der beiden Glieder 8 und 9 gegeneinander um die Drehachse 3 (Drehbewegung Pfeil F3) und ein Verdrehen des Greifers 14 gegenüber dem Glied 7 um die Drehachse 1 (Drehrichtung Pfeil F l ).The links 7, 8, 9, 1 1, 12 and 13 can be pivoted or rotated relative to one another via the axes 1, 2, 3, 4, 5 and 6. In this case, the link 12 is rotated about the axis of rotation 6 with respect to the link 13, which is fixedly and non-rotatably attached to the base, and thus the entire gripping arm 10; 1, the rotational movement is indicated by the arrow F6, wherein, of course, rotation can take place in both possible directions of rotation. In a similar manner, the two links 8 and 9 are rotated relative to one another about the axis of rotation 3 (rotary movement arrow F3) and the gripper 14 is rotated relative to the link 7 about the axis of rotation 1 (direction of rotation arrow F l).
Die Achsen 2, 4 und 5 sind als Schwenkachsen ausgebildet und stehen im wesentlichen senkrecht zu den Achsen 1 , 3 und 6, die im wesentlichen fluchten. Dabei erfolgt um die Schwenkachse 2 ein Verschwenken der beiden Glieder 7 und 8 gegeneinander, um die Schwenkachse 4 ein Verschwenken der beiden Glieder 9 und 1 1 und um die Schwenkachse 5 ein Verschwenken der beiden Glieder 1 1 und 12.The axes 2, 4 and 5 are designed as pivot axes and are substantially perpendicular to the axes 1, 3 and 6, which are essentially aligned. The two links 7 and 8 are pivoted about the pivot axis 2, the two links 9 and 11 are pivoted about the pivot axis 4 and the two links 11 and 12 are pivoted about the pivot axis 5.
Im Bereich j eder Achse 1 , 2, 3 , 4, 5 und 6 ist j eweils eine Antriebseinheit 14, 15, 16, 17, 18 und 19 angeordnet, die zur Durchführung der j eweiligen Dreh- oder Schwenkbewegung dient. Die Antriebseinheiten umfassen dabei j eweils einen Elektromotor, die Motorsteuerung, ein Getriebe und eine Sensoranordnung zur Bestimmung der Position der Antriebe bzw. der Stellung der Glieder zueinander.A drive unit 14, 15, 16, 17, 18 and 19 is arranged in the area of each axis 1, 2, 3, 4, 5 and 6 and is used to carry out the respective rotary or pivoting movement. The drive units each include an electric motor, the motor control, a gearbox and a sensor arrangement for determining the position of the drives or the position of the links to one another.
Wie insbesondere aus der Darstellung nach Fig. 5, die in perspektivischer, aufgebrochener und teilweiser Darstellung die Glieder 7 und 8 zeigt, finden zwei Bauarten von Antriebseinheiten Verwendung. Die im Glied 7 angeordnete Antriebseinheit 14 weist in linearer Anordnung die Einzelkomponenten Getriebe 20, Elektromotor 21 einschließlich Steue- rung, Sensorik 22 und eine Bremse 23 auf, Dabei ist die Antriebseinheit orts- und drehfest in nicht dargestellter Weise an der Tragstruktur des Gliedes 7 befestigt. Am Ausgang des Getriebes 20 ist eine Befestigungsmöglichkeit für den Greifer 14 vorgesehen, so daß durch Betätigung des Elektromotors 21 der Greifer 14 in eine Drehbewegung versetzt bzw. ver- dreht werden kann.5, which shows the links 7 and 8 in perspective, broken away and partially, two types of drive units are used. The drive unit 14 arranged in the link 7 has the individual components gear 20, electric motor 21 including control, sensors 22 and a brake 23 in a linear arrangement. The drive unit is here fixed in place and rotatably in a manner not shown on the support structure of the link 7. At the output of the transmission 20, a fastening possibility for the gripper 14 is provided, so that the gripper 14 can be rotated or rotated by actuating the electric motor 21.
Die im Glied 8 angeordnet Antriebseinheit 15 weist ebenfalls ein Getriebe 24, einen Elektromotor 25 einschließlich Steuerung, eine Sensorik 26 und eine Bremse 27 auf. Dabei werden j edoch zwei Untereinheiten gebildet, die j eweils in linearer Anordnung die Komponenten Elektromotor 25 und Getriebe 24 bzw. Sensorik 26 und Bremse 27 aufweisen. Die beiden Untereinheiten sind im wesentlichen parallel zueinander nebeneinander auf einem gehäuseartigen Rahmen 28 angeordnet und über ein Getriebe, hier einen Riementrieb 29, miteinander gekoppelt. Die Antriebseinheit ist dreh- und ortsfest an der nicht dargestellten Tragstruktur des Gliedes 8 befestigt. An den Ausgang des Getriebes 24 ist, wie lediglich schematisch angedeutet ist, ein bügelartiges Koppelglied 30 mit seinem ersten Ende drehfest angeflanscht, das mit seinem zweiten Ende mit der nicht dargestellten Tragstruktur des Gliedes 7 verbunden ist. Bei einer Betätigung des Elektromotores 25 erfolgt dadurch über das Getriebe 24 ein Ver- schwenken des zweiten Endes des Koppelgliedes 30 und damit des Gliedes 7 gegenüber dem Glied 8.The drive unit 15 arranged in the link 8 likewise has a transmission 24, an electric motor 25 including a control, a sensor system 26 and a brake 27. However, two subunits are formed, each of which has the components electric motor 25 and transmission 24 or sensor system 26 and brake 27 in a linear arrangement. The two subunits are arranged essentially parallel to one another next to one another on a housing-like frame 28 and are coupled to one another via a gear, here a belt drive 29. The drive unit is fixed to the supporting structure of the link 8, not shown, in a rotationally and stationary manner. At the output of the gear 24, as is indicated only schematically, a bracket-like coupling member 30 is non-rotatably flanged with its first end, which is connected at its second end to the support structure of the link 7, not shown. When the electric motor 25 is actuated, the gearbox 24 swivels the second end of the coupling member 30 and thus the link 7 relative to the link 8.
Am von der Antriebseinheit 15 wegweisenden zweiten Ende des Gliedes 7 ist ein an der Tragstruktur befestigter Adapter 3 1 angeordnet, mit dem das Glied 8 drehmomentübertragend an das Glied 9 (vgl. insbes. Fig. 3), genauer an den mechanischen Ausgang der Antriebseinheit 16, ankoppelbar ist.At the second end of the link 7 pointing away from the drive unit 15 there is an adapter 31 attached to the support structure, with which the link 8 transmits torque to the link 9 (cf. in particular FIG. 3), more precisely to the mechanical output of the drive unit 16 , can be coupled.
Erfindungsgemäß sind sämtliche Antriebseinheiten 14, 15, 16, 17, 1 8 und 19 elektrisch nach Art einer Busanordnung hintereinander geschaltet. Dabei erfolgt sowohl die Stromversorgung der Antriebe als auch die Über- tragung der Sensor- bzw. Steuersignale, beispielsweise an einen bzw. von einem externen Rechner über diese Busanordnung. In Fig. 4 ist die Busanordnung schematisch nach Art eines Blockschaltbildes dargestellt, wobei selbstverständlich die Anzahl der Steuerleitungen und Stromversorgungsleitungen in der Praxis nicht auf zwei beschränkt ist.According to the invention, all drive units 14, 15, 16, 17, 1 8 and 19 are electrically connected in series in the manner of a bus arrangement. Both the power supply to the drives and the transmission of the sensor or control signals take place, for example to or from an external computer via this bus arrangement. 4 shows the bus arrangement schematically in the manner of a block diagram, the number of control lines and power supply lines being of course not limited to two in practice.
Die Übertragung der Steuer- bzw. Sensorsignale sowie der Stromversorgung der Antriebe zwischen zwei benachbarten Gliedern, seien dies nun gegeneinander verdrehbare oder aber gegeneinander verschwenkbare Glieder, erfolgt beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen mehradrigen Flachbandkabelabschnitt, dessen Leitungszahl und Anord- nung im wesentlichen der Busstruktur entspricht. Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, ist der Flachbandkabelabschnitt 32 zu einem Spiralkörper 33 mit einem inneren Endes 34 und einem äußeren Ende 35 gewickelt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Windungen vorgesehen. Die beiden Enden 34 und 35 des Flachbandkabelabschnittes 32 sind nach außen abgewinkelt bzw. mit j eweils einem nach außen weisenden Anschlußelement versehen, wobei die Enden 34 und 35 bzw. die Anschlußelemente im wesentlichen senkrecht von der Haupt- oder Radialebene des Spiralkörpers 33 nach außen ragen. Die Anschlußelemente können einstückig an den Spiralkörper 33 angeformt bzw. Teil dieses Spiralkörpers sein oder aber aus separate Anschlußelemente, beispielsweise Anschlußbleche nach Art von Lötfahnen, bestehen, die lösbar oder unlösbar an den Enden des Flachbandkabelabschnittes 32 befestigt sind. Zur bestimungs- gemäßen Übertragung der Steuer- und Sensorsignale sowie der Stromversorgung sind die Enden 34 und 35 bzw. die entsprechenden Anschlußele- mente leitend mit den entsprechenden Buskabelabschnitten der beiden zu koppelnden benachbarten Glieder verbunden, wobei das Ende 33 mit dem Buskabelabschnitt des ersten der beiden Glieder und das Ende 34 mit dem Buskabelabschnitt des zweiten Gliedes derart verbunden ist, daß der Spiralkörper zur entsprechenden Dreh- oder Schwenkachse mit seiner Haupt- oder Radialebene im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, wobei die Achse zudem im wesentlichen durch den Flächenmittelpunkt der Hauptoder Radialfläche des Spiralkörpers verläuft. Die Enden 34 und 35 des Flachbandabschnittes 32 sind zudem im wesentlichen orts-fest am j eweiligen Glied befestigt. Erfolgt nun ein Verdrehen der beiden Glieder gegeneinander, wird der Spiralkörper in Abhängigkeit von der Drehrichtung enger gewickelt oder aufgewickelt, wobei in Abhängigkeit von der Zahl der Windungen Drehwinkel von bis zu 1080° und mehr ohne Bruch oder Beschädigung der Kabelverbindung ohne weiteres erreichbar sind.The transmission of the control or sensor signals as well as the power supply of the drives between two adjacent links, be they links that can be rotated or pivoted relative to one another, takes place in the exemplary embodiment shown here via a multi-core ribbon cable section, the number of lines and arrangement of which essentially corresponds to the bus structure , As can be seen from FIGS. 6 and 7, the ribbon cable section 32 is wound into a spiral body 33 with an inner end 34 and an outer end 35. In the embodiment shown, three turns are provided. The two ends 34 and 35 of the ribbon cable section 32 are angled outwards or are each provided with an outwardly pointing connection element, the ends 34 and 35 or the connection elements projecting essentially perpendicularly outwards from the main or radial plane of the spiral body 33 , The connection elements can be integrally formed on the spiral body 33 or be part of this spiral body or else consist of separate connection elements, for example connection plates in the manner of soldering tabs, which are attached to the ends of the ribbon cable section 32 in a detachable or non-detachable manner. For the intended transmission of the control and sensor signals and the power supply, the ends 34 and 35 or the corresponding connection elements are conductively connected to the corresponding bus cable sections of the two adjacent links to be coupled, the end 33 being connected to the bus cable section of the first of the two Links and the end 34 is connected to the bus cable section of the second link such that the spiral body is arranged substantially perpendicular to the corresponding axis of rotation or pivot with its main or radial plane, the axis also essentially through the center of the area of the main or radial surface of the spiral body runs. The ends 34 and 35 of the Ribbon section 32 are also substantially fixed in place on the respective link. If the two links are now rotated relative to one another, the spiral body is wound or wound more tightly depending on the direction of rotation, and depending on the number of turns, angles of rotation of up to 1080 ° and more can be easily reached without breaking or damaging the cable connection.
Die im Flachbandkabelabschnitt 32 angeordneten Leiter weisen im Bereich zwischen den beiden Enden 34 und 35 einen durch Walzen hergestellten flach rechteckigen Querschnitt auf, wobei die längere Seite des Rechtecks senkrecht zur Haupt- bzw. Radialebene des Spiralkörpers 33 verläuft. Dadurch wird insbesondere das Auffederungsverhalten des Spiralkörpers beim Aufwickeln verbessert.The conductors arranged in the ribbon cable section 32 have a flat rectangular cross section produced by rolling in the region between the two ends 34 and 35, the longer side of the rectangle running perpendicular to the main or radial plane of the spiral body 33. This in particular improves the spring-back behavior of the spiral body during winding.
Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das Glied 1 1 eine längsträgerartige Tragstruktur 36 in Leichtbauweise, beispielsweise aus Leichtmetall oder Kunststoff, auf, an der die Antriebseinheiten 17 und 18 befestigt sind. An dieser Tragstruktur 36 werden in nicht dargestellter Weise Verkleidungselemente 37 und 38 bzw. 39 und 40 (vgl. Fig. 3 und 5) befestigt, beispielsweise lösbar angeclipst. Durch diese konstruktive Trennung von Tragfunktion und Verkleidungsfunktion kann zum einen ein insgesamt leichter Aufbau erreicht werden und zum anderen ist durch einfachen Wechsel der Verkleidungselemente eine leichte Anpassung an unterschiedliche ästhetische Anforderungen möglich.As can be seen in particular from FIG. 2, the link 11 has a longitudinal support-like supporting structure 36 in a lightweight construction, for example made of light metal or plastic, to which the drive units 17 and 18 are fastened. Cladding elements 37 and 38 or 39 and 40 (cf. FIGS. 3 and 5) are fastened to this support structure 36 in a manner not shown, for example detachably clipped on. This constructive separation of the support function and the cladding function enables an overall lightweight construction to be achieved and, on the other hand, it is possible to easily adapt to different aesthetic requirements by simply changing the cladding elements.
Die Tragstruktur kann auch, insbesondere bei kurzen Gliedern, durch die Antriebseinheit selbst gebildet werden, wobei dann die Verkleidungsele- mente unmittelbar an der j eweiligen Antriebseinheit befestigbar sind. The support structure can also be formed by the drive unit itself, in particular in the case of short links, in which case the cladding elements can then be fastened directly to the respective drive unit.

Claims

Patentansprüche claims
1. Greif- oder Betätigungsarm mit mindestens zwei Gliedern, die jeweils mittels eines elektromotorischen Antriebs relativ zueinander und/oder zu einer Basis beweglich, insbesondere dreh- und/oder verschwenkbar sind, wobei die Antriebe zur Durchführung definierter Bewegungen der Glieder getrennt steuerbar sind und wobei weiter jeweils eine Sensoranordnung zur Ermittlung der Relativstellung zweier benachbarter Glieder vorgesehen ist, dadurch g e k e nnz e i c h n et, daß die Antriebe als Antriebseinheiten (14, 15, 16, 17, 18, 19) ausgebildet sind, die jeweils mindestens einen Elektromotor (21, 25), die zur Betätigung des Elektromotors (21, 25) notwendige Motorsteuerung, gegebenenfalls ein Getriebe (20, 24) und die Sensoranordnung (22, 26) aufweisen, und daß die Antriebe sämtlicher Glieder (7, 8, 9,1.Gripping or actuating arm with at least two links, each of which can be moved, in particular rotated and / or pivoted, relative to one another and / or to a base by means of an electric motor drive, the drives being able to be controlled separately for carrying out defined movements of the links, and wherein a sensor arrangement for determining the relative position of two adjacent members is further provided, characterized in that the drives are designed as drive units (14, 15, 16, 17, 18, 19), each of which has at least one electric motor (21, 25 ) which have the motor control necessary for actuating the electric motor (21, 25), possibly a gear (20, 24) and the sensor arrangement (22, 26), and that the drives of all the links (7, 8, 9,
11, 12, 13) seriell nach Art einer Busanordnung derart hintereinander geschaltet sind, daß die zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und die Steuersignale über die Busanordnung übertragbar sind.11, 12, 13) are connected in series in the manner of a bus arrangement in such a way that the energy required to actuate the drives and the control signals can be transmitted via the bus arrangement.
2. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 1, dadurch g ekennzei chn et, daß mindestens drei, vorzugsweise drei bis sieben Glieder (7, 8, 9, 11, 12, 13) vorgesehen sind.2. gripping or actuating arm according to claim 1, characterized g ekennzei chn et that at least three, preferably three to seven links (7, 8, 9, 11, 12, 13) are provided.
3. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek ennz e i c hn et, daß die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benachbarten Glied mittels einer Drehdurchführung erfolgt. 3. gripping or actuating arm according to claim 1 or 2, characterized g ek ennz eic hn et that the transmission of the energy required for actuating the drives and the control signals from one link to the adjacent link is carried out by means of a rotary union.
4. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze i chn et, daß die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benach- harten Glied berührungslos, insbesondere induktiv, erfolgt.4. gripping or actuating arm according to claim 1 or 2, characterized gekennze i chn et that the transmission of the energy required to actuate the drives and the control signals from one link to the adjacent link is contactless, in particular inductive.
5. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ek ennz e i c hn et, daß die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benach- harten Glied mittels eines aus einem mehradrigen Flachbandkabelabschnitt (32) gewickelten Spiralkörpers (33) erfolgt, der derart gewik- kelt und angeordnet ist, daß die Hauptebene des Spiralkörpers (33) im wesentlichen senkrecht zur Dreh- bzw. Schwenkachse zwischen den benachbarten Gliedern verläuft, wobei die beiden Enden des Flach- bandabschnitts jeweils mit der Busanordnung des ersten bzw. des benachbarten Gliedes verbindbar sind.5. gripping or actuating arm according to claim 1 or 2, characterized g ek ennz eic hn et that the transmission of the energy required to actuate the drives and the control signals from one link to each adjacent link by means of a multi-core ribbon cable section (32nd ) wound spiral body (33), which is wound and arranged in such a way that the main plane of the spiral body (33) runs essentially perpendicular to the axis of rotation or swiveling between the adjacent links, the two ends of the flat band section each with the bus arrangement of the first or the neighboring link can be connected.
6. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 5, dadurch g ek ennz e i chn et, daß beide Enden (34, 35) des Flachbandabschnitts (32) derart abge- winkelt sind, daß das erste Ende vom Spiralkörper (33) zum ersten6. gripping or actuating arm according to claim 5, characterized g ek ennz e i chn et that both ends (34, 35) of the flat band section (32) are angled such that the first end from the spiral body (33) to the first
Glied und das zweite Ende vom Spiralkörper (33) zum zweiten Glied weist.Link and the second end from the spiral body (33) to the second link.
7. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 5 oder 6, dadurch g ek enn z e i chn et, daß die im Flachbandabschnitt angeordneten Leiter im Bereich der7. gripping or actuating arm according to claim 5 or 6, characterized g ek enn z e i chn et that the arranged in the ribbon section in the area of the
Windungen zumindest abschnittsweise einen im wesentlichen flach rechteckigen Querschnitt aufweisen. Windings at least in sections have a substantially flat rectangular cross section.
8. Greif- oder Betätigungsarm nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch g ekennze i chn et, daß der Spiralkörper (33) mindestens eine, vorzugsweise zwei bis zehn Windungen, aufweist.8. gripping or actuating arm according to one of claims 5 to 7, characterized g ekennze i chn et that the spiral body (33) has at least one, preferably two to ten turns.
9. Greif- oder Betätigungsarm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g ek ennz e i chnet, daß die Glieder (7, 8, 9, 11, 12, 13) einen als Tragstruktur ausgebildeten Grundkörper (36) und mindestens ein Verkleidungselement (37, 38; 39, 40) aufweisen, wobei das Verkleidungselement (37, 38; 39, 40) lösbar am Grundkörper (36) befestigbar ist.9. gripping or actuating arm according to one of claims 1 to 8, characterized g ek ennz ei chnet that the links (7, 8, 9, 11, 12, 13) a base body (36) designed as a support structure and at least one cladding element ( 37, 38; 39, 40), the cladding element (37, 38; 39, 40) being releasably attachable to the base body (36).
10. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 9, dadurch g ek ennz e i chne t, das Verkleidungselement (37, 38; 39, 40) an der Tragstruktur (36) nach Art einer Clips-Verbindung befestigbar ist.10. gripping or actuating arm according to claim 9, characterized g ek ennz e i chne t, the cladding element (37, 38; 39, 40) on the support structure (36) can be fastened in the manner of a clip connection.
11. Greif- oder Betätigungsarm nach Anspruch 9 oder 10, dadurch g ek enn z e i chn et, daß die Verbindung derart ausgestaltet ist, daß beim Überschreiten einer vorgegeben Grenzlast auf die Verbindung ein selbsttätiges Lösen des Verkleidungselementes (37, 38; 39, 40) erfolgt.11. gripping or actuating arm according to claim 9 or 10, characterized g ek enn zei chn et that the connection is designed such that when a predetermined limit load on the connection is exceeded an automatic release of the cladding element (37, 38; 39, 40) he follows.
12. Greif- oder Betätigungsarm nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch g ek ennz e i chnet, das Verkleidungselement (37, 38; 39, 40) im wesentlichen aus Weichschaum besteht. 12. gripping or actuating arm according to one of claims 9 to 11, thereby g ek ennz ei chnet, the cladding element (37, 38; 39, 40) consists essentially of soft foam.
3. Greif- oder Betätigungsarm nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch g ek ennz e i chnet, daß der als Tragstruktur ausgebildete Grundkörper (36) und/oder das Verkleidungselement (37, 38; 39, 40) in Länge und/oder Breite ver- stellbar ausgebildet ist. 3. gripping or actuating arm according to one of claims 9 to 12, characterized g ek ennz ei chnet that the base body (36) designed as a support structure and / or the cladding element (37, 38; 39, 40) in length and / or width is adjustable.
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