NL1040227C2 - Grijper en werkwijze voor het grijpen van een voorwerp alsmede kunstarm. - Google Patents

Description

Grijper en werkwijze voor het grijpen van een voorwerp alsmede kunstarm

Terrein van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een grijper voor het grijpen van een voorwerp, de grijper omvattende: - een basis; - een met de basis verbonden eerste vinger omvattende een eerste, dichter bij de basis gelegen, middelste deel en een middels een scharnier met het eerste middelste deel verbonden, verder van de basis gelegen, eerste uiterste deel; - een met de basis verbonden tweede vinger omvattende een tweede, dichter bij de basis gelegen, middelste deel en een middels een scharnier met het tweede middelste deel verbonden, verder van de basis gelegen, tweede uiterste deel, en - beweegmiddelen voor het bewegen van de grijper.

De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor het grijpen van een voorwerp middels zo een grijper. Voorts betreft de uitvinding een kunstarm omvattende zo een grijper.

Achtergrond van de uitvinding

Bekend zijn grijpers, ‘end effectors’, kunstmatige ‘handen’, protheses en kunstarmen welke een ‘handpalm’ en/of één of meer, al dan niet gearticuleerde, ‘vingers’ en/of een ‘duim’ omvatten. Daarbij kunnen de vingers en/of afzonderlijke ‘kootjes’ op het moment dat er contact gemaakt wordt met het te grijpen voorwerp, onderling draaien en/of scharnieren om zo het voorwerp in te sluiten. Binnen de CPC (Coöperatieve Patent Classificatie) hoofdgroep B25J 15 en met name binnen de subgroep B25J 15/0009, vinden we vele uitvoeringsvormen daarvan.

Bekende grijpers kunnen vingers met twee kootjes omvatten, bijvoorbeeld US3927424, of drie kootjes, bijvoorbeeld US4834443 en US5762390. Genoemde grijpers zijn uitgerust met een basis die voldoende groot moet zijn om de vingers aan te kunnen bevestigen, en ze zijn daardoor relatief groot in vergelijking met de te grijpen voorwerpen. Bovendien is er een afstand tussen de bevestigingen van de vingers waardoor er in gesloten toestand een spleet tussen de vingers overblijft. Dat maakt het moeilijk, zo niet onmogelijk, om kleine voorwerpen zoals kleine blokvormige, bolvormige, buisvormige of vlakke voorwerpen, te grijpen.

Om toch kleine voorwerpen te kunnen grijpen, zijn er grijpers voorgesteld die een ‘pinch grasp’ / tanggreep kunnen uitvoeren, bijvoorbeeld US5762390 en US5108140. Daarbij worden de uiterste kootjes van twee vingers parallel aan elkaar gehouden zodat deze een klein voorwerp kunnen grijpen. Nadeel is dan dat de grijper nauwkeurig ten opzichte van het kleine voorwerp dient te worden gepositioneerd en het voorwerp zich precies tussen die twee uiterste kootjes dient te bevinden. Het kleine voorwerp wordt opgepakt met alleen die twee uiterste kootjes waardoor een stabiele greep moeilijk te verwezenlijken is. Bovendien blijft een stabiele pinch grasp / tanggreep van een voorwerp als bijvoorbeeld een potlood of een boek altijd min of meer onmogelijk.

US5762390 en US5108140 beschrijven beide een grijper met drie vingers, maar de pinch grasp / tanggreep wordt uitgevoerd door slechts twee van de drie vingers. Daarbij is één van de vingers tussen en tegenover de twee andere geplaatst. Om een pinch grasp / tanggreep uit te voren, dient die vinger zich lineair te bewegen tegenover een andere vinger. Dat betekent een extra benodigde vrijheidsgraad in de grijper. Dat en de voor een pinch grasp / tanggreep redundante derde vinger, vergroten de complexiteit van het gehele ontwerp.

Er bestaat derhalve behoefte aan een verbeterde oplossing voor het grijpen van een voorwerp, met name een klein voorwerp van een willekeurige vorm. De onderhavige uitvinding nu voorziet daarin.

Samenvatting van de uitvinding

De uitvinding verschaft een grijper volgens conclusie 1 en een werkwijze volgens conclusie 8. Met de termen ‘in een vlak liggen’ en ‘evenwijdig’ wordt in het kader van de uitvinding steeds bedoeld ‘ten minste in hoofdzaak in een ten minste in hoofdzaak plat vak liggen’ respectievelijk ‘ten minste in hoofdzaak evenwijdig’. Aldus kan de grijper, alvorens de vingers naar elkaar toe te bewegen, eenvoudig ten opzichte van een te grijpen klein voorwerp van willekeurige vorm worden gepositioneerd. Bij voorkeur omvat een vinger, naast het middelste en het uiterste deel, tevens een, middels scharnieren met de basis en het middelste deel verbonden, dichtstbijzijnd deel. Dat leidt tot een nog beter gedefinieerde en een meer stabiele greep.

Bij voorkeur zijn de basis en de delen zodanig onderling verbonden dat wanneer de vingers naar elkaar toe bewegen en een middelste deel wordt gehinderd in zijn beweging, het met het middelste deel scharnierend verbonden uiterste deel naar binnen toe scharniert. Zo wordt het te grijpen voorwerp ingesloten en nog beter vastgehouden. Dat kan bereikt worden door het uiterste deel, bijvoorbeeld middels een daartoe voorzien elastisch element, steeds naar een stand te dringen waarin het uiterste deel evenwijdig is aan het middelste deel, en ervoor te zorgen dat wanneer de grootte van de door het te grijpen voorwerp op het middelste deel uitgeoefende kracht een bepaalde waarde overschrijdt, het uiterste deel naar binnen toe scharniert.

Om een gewenste grijpbeweging te bewerkstelligen kunnen de scharnieren middels daartoe voorziene stangen onderling zijn verbonden en de beweegmiddelen aangrijpen op één of meer van die stangen. Een dergelijk stangenmechanisme is zeer geëigend daarvoor. Zo kan een compacte en relatief eenvoudige grijper, met een minimaal aantal vrijheidsgraden, aangedreven door een enkele actuator, en geschikt voor het grijpen van kleine voorwerpen van allerlei vorm, worden gerealiseerd. Maar ook andere mechanismes, bijvoorbeeld met tandwielen, zijn denkbaar.

De grijper kan ook meerdere tweede vingers omvatten en aldus een min of meer complete 'hand' vormen die weer onderdeel kan uitmaken van bijvoorbeeld een kunstarm, zoals een prothese: een kunstmatige vervanging van een lichaamsdeel, bijvoorbeeld een armprothese of handprothese, of een robotarm: een mechanische manipulator met vergelijkbare functionaliteit als een menselijke arm, bijvoorbeeld toe te passen in de zorg, de industrie of ruimtevaart.

Korte beschrijving van de tekeningen

De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand van niet-beperkende uitvoeringsvoorbeelden.

In de tekeningen toont: figuur 1 een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een grijper volgens de uitvinding; figuur 2 het grijpen van een voorwerp volgens een werkwijze volgens de uitvinding middels een dergelijke grijper; - figuur 3 min of meer schematisch een eerste uitvoeringsvoorbeeld van een kunstarm volgens de uitvinding; figuur 4a min of meer schematisch een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een grijper volgens de uitvinding; en figuur 4b min of meer schematisch een tweede uitvoeringsvoorbeeld van een kunstarm volgens de uitvinding.

Uitvoeringsvoorbeelden

De in figuren 1 en 2 getoonde grijper (1) omvat een basis (2) en een met de basis (2) verbonden eerste vinger (31) omvattende een eerste, dichter bij de basis gelegen, middelste deel (311) en een middels een scharnier (41) met het eerste middelste deel (311) verbonden, verder van de basis (2) gelegen, eerste uiterste deel (312). De grijper (1) omvat tevens een met de basis (2) verbonden tweede vinger (32) omvattende een tweede, dichter bij de basis gelegen, middelste deel (321) en een middels een scharnier (51) met het tweede middelste deel (321) verbonden, verder van de basis (2) gelegen, tweede uiterste deel (322). Elke vinger (31;32) omvat tevens een middels een scharnier (43;53) met de basis (2) en middels een scharnier (42;52) met het betrokken middelste deel (311 ;321) verbonden dichtstbijzijnd deel (313;323). De grijper (1) omvat tevens beweegmiddelen (8) voor het bewegen van de grijper (1).

De basis (2) en de delen (311,312,313;321,322,323) zijn zodanig onderling verbonden dat in alle standen tussen een eerste stand (A) van de grijper (1) en een tweede stand (E) van de grijper (1), een naar de tweede vinger (32) gekeerde zijde (31 lz) van het eerste middelste deel (311) en een naar de tweede vinger (32) gekeerde zijde (312z) van het eerste uiterste deel (312) in een eerste vlak (VI) liggen, en een naar de eerste vinger (31) gekeerde zijde (32lz) van het tweede middelste deel (321) en een naar de eerste vinger (31) gekeerde zijde (322z) van het tweede uiterste deel (322) in een tweede vlak (V2) liggen, waarbij het eerste vlak (VI) en het tweede vlak (V2) onderling evenwijdig zijn.

In de eerste (‘open’) stand (A) van de grijper (1), is de afstand (Dl) tussen het eerste vlak (VI) en het tweede vlak (V2) groot genoeg om een te grijpen voorwerp (X), zonder precieze positionering, in de ruimte tussen de vingers (31 ;32) toe te laten. Dan wordt de grijper (1) naar de tweede (meer ‘gesloten’) stand (E) bewogen in welke tweede stand (E) de afstand (D2) tussen het eerste vlak (VI) en het tweede vlak (V2) zodanig groot is dat het voorwerp (X) juist klem komt te zitten. Als er verder kracht wordt uitgeoefend middels de beweegmiddelen (8) en de grootte van de op zijden (31 lz;321z) van de middelste delen (311 ;321) uitgeoefende krachten overschrijdt een bepaalde waarde, zullen de uiterste delen (312;322) naar elkaar toe scharnieren en daarmee de zijden (312z;322z) uit de respectievelijke vlakken (V1;V2) naar elkaar toe scharnieren (E—»F). Zo wordt het voorwerp stabiel en zeker gegrepen en vastgehouden.

De beschreven grijpbeweging wordt in het gegeven voorbeeld bewerkstelligd door een stangenmechanisme dat een aantal stangen (61 -64;71 -74) omvat waarmee de scharnieren (41-43;51-53) onderling zijn verbonden, waarbij de beweegmiddelen (8) aangrijpen op twee (64;74) van de stangen, en door daartoe voorziene elastische elementen (niet getoond), bijvoorbeeld veren, die de uiterste delen (312;322) naar een stand dringen in welke stand (A-E) de zijden (312z;322z) van de uiterste delen (312;322) in dezelfde vlakken (V1;V2) liggen als de zijden (31 lz;32lz) van de middelste delen (311 ;321).

Genoemde zijden (312z,31 lz;322z,321z) zullen dus steeds evenwijdig blijven (A-E) totdat de door het voorwerp (X) op de zijden (311 z;321 z) van de middelste delen (311 ;321) uitgeoefende krachten de bepaalde waarde overschrijden en de uiterste delen (312;322) naar elkaar toe scharnieren (E—*F). Indien er zich geen voorwerp tussen de vingers (31;32) bevindt, kan de grijper (1) naar een (geheel ‘gesloten’) stand (C) worden bewogen (A—>-C) waarbij genoemde zijden (312z,31 lz;322z,321z) steeds evenwijdig blijven. Figuur 3 toont een dergelijke grijper die onderdeel uitmaakt van een eerste voorbeeld (100) van een kunstarm volgens de uitvinding.

In een andere uitvoeringsvorm, weergegeven in figuur 4a, kan de grijper (Γ) meerdere tweede vingers (32,32’) omvatten. In het gegeven voorbeeld een eerste vinger (31) en vier tweede vingers (32,32’). De eerste vinger (31) en één van de tweede vingers (32) zijn weer, als een ‘duim’ en ‘wijsvinger’, in oppositie geplaatst, en vormen samen met de overige drie vingers (32’) een complete ‘hand’. In figuur 4a zijn het stangenmechanisme en de elastische elementen (91;9Γ) zichtbaar. Figuur 4b toont een dergelijke grijper die onderdeel uitmaakt van een tweede voorbeeld (200) van een kunstarm volgens de uitvinding.

Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding niet is beperkt tot de getoonde en beschreven uitvoeringsvoorbeelden, maar dat binnen het kader van de uitvinding allerlei voor een deskundige voor de hand liggende varianten mogelijk zijn. De essentie van de uitvinding is het evenwijdig naar elkaar toe bewegen van de middelste en uiterste delen van de vingers totdat een voorwerp komt klem te zitten tussen de middelste delen waarna de uiterste delen naar elkaar toe scharnieren en zo de vingers het voorwerp omvatten en insluiten.

Claims (10)

1. Grijper (1, Γ) voor het grijpen van een voorwerp (X), de grijper omvattende: - een basis (2); - een met de basis verbonden eerste vinger (31) omvattende een eerste, dichter bij de basis gelegen, middelste deel (311) en een middels een scharnier (41) met het eerste middelste deel verbonden, verder van de basis gelegen, eerste uiterste deel (312); - een met de basis verbonden tweede vinger (32) omvattende een tweede, dichter bij de basis gelegen, middelste deel (321) en een middels een scharnier (51) met het tweede middelste deel verbonden, verder van de basis gelegen, tweede uiterste deel (322); en beweegmiddelen (8) voor het bewegen van de grijper, met het kenmerk, dat de basis en de delen zodanig onderling zijn verbonden dat in alle standen tussen een eerste stand (A) van de grijper en een tweede stand (E) van de grijper, een naar de tweede vinger gekeerde zijde (311 z) van het eerste middelste deel en een naar de tweede vinger gekeerde zijde (312z) van het eerste uiterste deel in een eerste vlak (VI) liggen, en een naar de eerste vinger gekeerde zijde (32 lz) van het tweede middelste deel en een naar de eerste vinger gekeerde zijde (322z) van het tweede uiterste deel in een tweede vlak (V2) liggen, waarbij het eerste vlak en het tweede vlak onderling evenwijdig zijn, waarbij de afstand (Dl) tussen het eerste vlak en het tweede vlak in de eerste stand afwijkt van de afstand (D2) tussen het eerste vlak en het tweede vlak in de tweede stand.

2. Grijper volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat ten minste één van vingers tevens een middels een scharnier (43;53) met de basis en middels een scharnier (42;52) met het betrokken middelste deel verbonden dichtstbijzijnd deel (313;323) omvat.

3. Grijper volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de basis en de delen zodanig onderling zijn verbonden dat wanneer de naar de tweede vinger gekeerde zijde (31 lz) van het eerste middelste deel (311) en de naar de eerste vinger gekeerde zijde (32lz) van het tweede middelste deel, naar elkaar toe bewegen (D—»E) en een middelste deel (311 ;321) zodanig wordt gehinderd in zijn beweging (E) dat de grootte van de op de betrokken zijde (31 lz;321z) van het betrokken middelste deel uitgeoefende kracht een bepaalde waarde overschrijdt, het met het betrokken middelste deel scharnierend verbonden uiterste deel (312;322) naar de betrokken tegenoverliggende vinger toe scharniert (E—*F) zodanig dat de betrokken zijde (312z;322z) van het betrokken uiterste deel uit het betrokken vlak naar de betrokken tegenoverliggende vinger toe scharniert.

4. Grijper volgens een der conclusies 1-3, met het kenmerk, dat ten minste een deel van de scharnieren middels daartoe voorziene stangen (61-64;71-74) onderling is verbonden.

5. Grijper volgens conclusies 4, met het kenmerk, dat de beweegmiddelen aangrijpen op ten minste één (64;74) van de stangen.

6. Grijper volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat ten minste één van de uiterste delen middels een daartoe voorzien elastisch element (91,91’) naar een stand (A-E) wordt gedrongen in welke stand de naar de betrokken tegenoverliggende vinger gekeerde zijde van het ten minste ene uiterste deel in hetzelfde vlak ligt als de naar de betrokken tegenoverliggende vinger gekeerde zijde van het met het ten minste ene uiterste deel scharnierend verbonden middelste deel.

7. Grijper (Γ) volgens een der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de grijper meerdere tweede vingers (32,32’) omvat.

8. Werkwijze voor het grijpen van een voorwerp (X) middels een grijper (1,1’) volgens conclusie 1, waarbij de eerste afstand (Dl) groter is dan de tweede afstand (D2), met het kenmerk, dat de werkwijze het middels de beweegmiddelen (8) bewegen van de grijper van de eerste stand (A) naar de tweede stand (E), omvat.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, waarbij de basis en de delen zodanig onderling zijn verbonden dat wanneer de naar de tweede vinger gekeerde zijde (31 lz) van het eerste middelste deel (311) en de naar de eerste vinger gekeerde zijde (32lz) van het tweede middelste deel, naar elkaar toe bewegen (D—»E) en een middelste deel (311 ;321) zodanig wordt gehinderd in zijn beweging (E) dat de grootte van de op de betrokken zijde (31 lz;321z) van het betrokken middelste deel uitgeoefende kracht een bepaalde waarde overschrijdt, het met het betrokken middelste deel scharnierend verbonden uiterste deel (312;322) naar de betrokken tegenoverliggende vinger toe scharniert (E—>F) zodanig dat de betrokken zijde (312z;322z) van het betrokken uiterste deel uit het betrokken vlak naar de betrokken tegenoverliggende vinger toe scharniert, met het kenmerk, dat de werkwijze tevens het middels de beweegmiddelen door het voorwerp op het betrokken middelste deel laten uitoefenen van een kracht groter dan de bepaalde kracht, omvat.

10. Kunstarm (100;200) omvattende een grijper (1; 1 ’) volgens een der conclusies 1-7.