NO166023B - Anordning ved hydraulisk eller pneumatisk operert gripe- og holdeorgan. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved hydrau-liske eller pneumatisk operert gripe- eller holdeorgan med til-hørende gripe- eller holdedeler, eksempelvis såkalt "robot-hånd" med to eller flere "robot-fingre", som er omstillbare fra sammen-krøket gripe- eller holdestilling til utstrukket frigjørings-stilling i forhold til en gjenstand som skal gripes eller holdes, og omvendt, idet hver gripe- eller holdedel omfatter et hylster av bøyelig materiale og et avstivningsparti som er bøyelig parallelt et første plan (bøyningsplan P) stort sett vinkelrett mot en lengdeakse for gjenstanden som skal gripes eller holdes, men som er forholdsvis stiv i et andre plan vinkelrett på nevnte første plan, mens hylsteret innvendig står i forbindelse med en trykkmediumkilde og en trykkavlastningskilde via et tilhørende reguleringsorgan for tilførsel av trykkmedium til henholdsvis fjerning av trykkmedium fra hylsteret.

Foreliggende oppfinnelse finner generell anvendelse som gripe- og holdeorgan og mer spesielt som en robot-hånd som kan benyttes i forskjellige sammenhenger på det tekniske område. Imidlertid er ikke oppfinnelsen begrenset til slik teknisk anvendelse, men kan eksempelvis også anvendes som hånd-protese for bruk hos person som mangler eller har en defekt hånd.

Hittil har et gripe- og holdeorgan av ovennevnte art eksempelvis vært basert på elektro-mekanisk drift for ønskete gripe- og holdeoperasjoner. Slike kjente innretninger (klyper eller liknende) har vært kompliserte og kostbare så vel i produksjon som i drift og har derfor ikke fått så stor anvendel-sesmulighet som ønsket. Det må også nevnes at slike innretninger er spesielt følsomme overfor ytre påvirkninger og derfor er mindre egnet i forbindelse med relativt "skitne" miljøer og miljøer med mulighet for påvirkning fra aktive væsker m.m. Et ytterligere problem er det at slike innretninger er avhengige av sensorer for tilbakemelding til styringssystemet fra gripe-flaten(-e), spesielt i slike tilfeller hvor det kreves forsiktig eller varsom håndtering av gjenstanden som skal gripes eller hol des.

Fra en rekke forskjellige publikasjoner, se eksempelvis US patenter 3 343 864, 3 601 442, 3 640 564, 3 713 685 og 3 981 528, er det. kjent å benytte et trykkmediumstyrt, bøyelig legeme som i utgangspunktet, dvs. i upåvirket tilstand er rett eller tilnærmet rett og som ved trykkpåvirkning gradvis vil innta et bøyet for-løp, uten derved å innta en definert sluttstilling. Problemet med slike kjente løsninger er at legemet, istedenfor å bøyes om en bestemt akse, vil ha tenden til å foreta en vilkårlig bevegelse, eksempelvis i et skrueforløp, uten derved å sikre et tilsiktet kleminngrep med tilsiktet klemkraft. Det har fremkommet forskjellige løsninger for slike bøyelige legemer med forskjellige eksempelvis fjærkraftstyrte avstivninger for å sikre tilsiktet kleminngrep. Dette innebærer at en vesentlig andel av trykkpåvirkningen medgår til å overvinne' stivheten i eller fjærkraften i selve avstivningsorganene, uten derved å utøve tilsvarende klemkraft i kleminngrepsstilling.

Med foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å unngå pro-blemene? med de kjente løsninger ved - istedenfor å utøve klemkraften mot legemet fra en utrettet tilstand mot en bøyet eller krøket tilstand - å utøve klemkraften direkte fra en bøyet eller krøket utgangstilling tilsvarende kleminngrepsstillingen. Herved kan man la hele eller så å si hele trykkpåvirkningskraften utøves i utgangsstilling som klemkraft (ved trykkpåvirkning av legemet i en første retning). Tilsvarende kan man (ved trykkpåvirkning av legemet i en andre, motsatt retning) benytte trykkraft til å om-bøye legemet fra bøyet eller krøket utgangstilling til trykk-belastet, mere eller mindre utrettet stilling, for å lette inngrepet mellom legemet, som skal utøve klemkraft, og gjenstanden, som skal gripes av legemet.

Anordningen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at hylsteret for hver gripe- og holdedel er fremstilt med bøyet eller krøket gripestilling, slik at gripe- og holdedelen i utgangsstilling er innrettet til å innta en slik bøyet eller krøket gripestilling, at hylsteret er lengdeveis avdelt i et første hylsterkammer som er anordnet ved gripe- og holdedelens ryggside og i et andre hylsterkammer som er anordnet ved gripe- og holdedelens inngrepsside, og at det første og andre hylsterkammer hver for seg er innrettet til via reguleringsorganet å settes vekselvis i forbindelse med trykkmediumkilden henholdsvis trykkavlastningskilden.

Ifølge oppfinnelsen har man mulighet for, alt etter hvilken krøkning eller ombøyning man velger for legemets utgangsstilling, å fastlegge på enkel måte en tilsvarende nøyaktig bestemt kleminngrepsstilling, som utgangsstilling, slik at man kan overføre trykkpåvirkningen så å si uavkortet som klemkraft direkte fra utgangsstilling mot gjenstanden som gripes. Man kan herved, ved hjelp av enkle midler, sikre et nøyaktig tilsiktet kleminngrep med effektiv utnyttelse av trykkpåvirkningskraften som klemkraft.

Ifølge oppfinnelsen kan man ved å benytte et forholdsvis mykt og bøyelig hylstermateriale, sikre et skånsomt inngrep med gjenstanden osm skal gripes. Med andre ord kan man ved hjelp av enkle midler oppnå en imitering av menneskehåndens beskaffenhet når det gjelder hud, muskler m.m. Tilsvarende kan man ved hjelp av de to adskilte kammere med mellomliggende skillevegg, ved å regulere innbyrdes trykkforhold i de to kammere rette ut de bøyde eller krummete partier av legemet henholdsvis tilbakebøye disse partier mot utgangstillingen tilsvarende som musklene i en menneskehånd, mens skilleveggen da opptrer som et avstivende skille mellom kammerne og tjener tilsvarende funksjon som kno-kler, leddbånd, sener m.m. i en menneskehånd. Det er foretrukket at legemets avstivningsorgan er anordnet sentralt mellom de to kammere og kan kombineres med skilleveggen mellom de to kammere, slik at avstivningsorganet opptas beskyttet i selve legemet.

Ved hjelp av anordning ifølge oppfinnelsen kan man oppnå en konstruksjonsmessig og bruksmessig løsning som i betydelig grad kan imitere menneskehåndens konstruksjon og bruksmåte. I de aller fleste tilfeller med en menneskehånd, hvor det er snakk om en gripe-, holde- eller løfteoperasjon, er det ikke aktuelt å bevege hver finger separat og en av gangen, og ledd for ledd, men deri-mot å bevege fingrene samlet til et felles grep med gripekraften avpasset etter formén på den gjenstand som skål gripes eller holdes og da med en stort sett jevn klemkraft mellom hver finger og gjenstanden som skal gripes eller holdes. Alle fingrer vil følgelig samtidig bevege seg mot lukket (krøket) tilstand henholdsvis samtidig bort fra lukket mot en mere utstrukket tilstand. En tilsvarende virkemåte oppnår man på lettvint måte ved robot-hånden ifølge oppfinnelsen. Ved lukkebevegelsen for robot-hånden vil robot-fingrenes krøking stoppe straks deltrykket mot gjenstanden har nådd et visst nivå, styrt av en motsvarende delbevegelse av andre robot-fingrer eller andre deler av robot-hånden .

Nevnte trykkmedium kan være felles arbeidstrykkmedium for gripe- og holdedelene, til utøvelse av en jevnt fordelt klemkraft på hver av gripe- og holdedelene. Herved kan man på enkel måte oppnå en virkemåte stort sett tilsvarende til virkemåten for en menneskehånd når denne krøkes om en gjenstand som skal gripes eller holdes.

Ifølge oppfinnelsen er det mulig å benytte en felles trykkmediumkilde for alle bevegelsene som skal utføres med gripe-og holdeorganet og da innbefattet alle eventuelt separate bevegelser som den enkelte gripe- og holdedel skal utføre i forbindelse med inngrepet om en felles gjenstand som skal gripes eller holdes. Videre er det mulig å benytte et enkelt, felles styreorgan (trykkreguleringsorgan) for å regulere trykket etter behov henholdsvis for å omkaste trykkammerets eller -kamrenes forbindelse til trykkmediumkilden henholdsvis til trykkavlastningskilden.

Ved ifølge oppfinnelsen å utforme anordningen som en innvendig avstivet, gummihanskeliknende innretning, med form lik eller stort sett lik en menneskehånd, kan man oppnå et hendig redskap som kan virke stort sett som en lukket hånd når det til-føres trykkmedium til et tilhørende (første) kammer henholdsvis som en åpen hånd når det fjernes trykkmedium fra nevnte tilhør-ende kammer. Til hjelp ved innretningens lukke- og åpnebevegelse kan man benytte et andre kammer i tilknytning til det første kammer og tilsvarende fjerne trykkmedium fra et andre kammer når det første kammer tilføres trykkmedium henholdsvis tilføre trykkmedium til det andre kammer når det fjernes trykkmedium fra det første kammer.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etter-følgende beskrivelse under henvisning til de medfølgende tegning-er, hvori: Fig. 1 viser skjematisk en anordning ifølge oppfinnelsen, illustrert i forbindelse med et menneskehånd-imiterende gripe- og holdeorgan (robot-hånd). Fig. 2 viser i sideriss og delvis i snitt, ifølge et første utførelseseksempel, en gripe- og holdedel ( robot-fingerdel) som inngår i organet som vist i fig. 1, vist i utstrukket tilstand. Fig. 3 viser samme som i fig. 2 med delen vist i krøket tilstand.

Fig. 4 viser et tverrsnitt av delen ifølge fig. 2.

Fig. 5 viser i et riss tilsvarende til fig. 3 en modifi-kasjon av en detalj av holdedelen. Fig. 6, 7 og 8 viser i tilsvarende riss og snitt til fig. 2, 3 og 4 et andre utførelseseksempel.

I det etterfølgende skal det beskrives anordningen i forbindelse med bruken av hydraulikkolje som trykkmedium, men det vil forståes at man med motsvarende avpassete komponenter kan benytte trykkluft som trykkmedium og da med stort sett motsvarende fordeler.

I fig. 1 er det vist en trykkmediumkilde eller et trykk-mediumreservoar 10 med en ledningsforbindelse 11 til en trykk-regulator 12 og med en videre ledningsforbindelse 13 fra trykkregulatoren 12 til en fire-veisventils 14 inntak 15. Fra ventilen 14 løper det fra et retur-uttak 16 en ledningsforbindelse 17 til-bake til reservoaret 10 ved en trykkavlastningskilde som antydet ved 10a. Videre løper det fra en første ventilport 18 en ledningsforbindelse 19 til et første arbeidskammer 20 i et gripe- og holdeorgan som er vist i form av en robothånd 21 med fem robot-fingrer 21b-21f. Fra en andre ventilport 22 løper det en ledningsforbindelse 23 til et andre arbeidskammer 24 i robot-hånden 21. Ved 12a er det vist et ratt for regulering av mediumtrykket i trykkregulatoren 12 og ved 14a er det vist en hendel for styring av trykkmedium til henholdsvis fra portene 18 og 22 og for regulering av trykkmediummengde til og fra portene og de tilstøtende kammere 20 og 24.

Robot-hånden 21 er i fig. 1 vist med et robot-håndhylster 25 og er for øvrig vist med et håndbak- og håndrygg-imiterende kammerparti 20a og med fem innbyrdes og med partiet 20a kommuniserende finger-imiterende kammerpartier 20b,20c,20d,20e,20f. Det er innvendig i kammerpartiene 20a-20f, dvs. innvendig i et første kammer 20 anordnet et andre kammer 24 med et håndkammer-parti 24a og fem med partiet 24a kommuniserende og innbyrdes kommuniserende finger-kammerpartier 24b,24c,24d,24e,24f.

Ved hjelp av ventilen 14 kan man tilføre en ønsket mengde trykkmedium til det ene kammer, eksempelvis kammeret 20, mens det samtidig fjernes en motsvarende mengde eller en dertil tilpasset mengde trykkmedium fra det andre kammer, dvs. kammeret 24, og motsatt. Man kan herved regulere robot-håndens 21 krøking henholdsvis utretting etter behov. De enkelte partier av robot-hånden og robot-fingrene kan gis en separat krøking som er avpasset etter formen på den gjenstand som skal gripes eller holdes, det vil si med jevn fordeling av kraften på de enkelte partier etter hvert som disse legger seg an mot og stoppes mot hvert sitt lokale parti av gjenstanden. Tilsvarende kan man ved å fjerne trykkmedium fra det ene kammer og tilføre trykkmedium til det andre kammer regulere graden av utrettingen av robot-hånden og robot-fingrene. Selve kraften som utøves i robot-håndens lokale partier kan man samlet regulere med regulatoren 12.

For å oppnå den ønskete krøking henholdsvis utretting av robot-hånden er det nødvendig med en spesiell, kontrollert avstivning av robot-håndens lokale partier.

I det etterfølgende er det beskrevet slik avstivning- i forbindelse med en robot-finger, men uten at det er vist detal-jert, er det klart at man kan foreta en tilsvarende avstivning også av selve robot-håndens håndbakparti 20a,24a eventuelt i forlengelse av avstivningen i de forskjellige robot-fingrer. Det er også mulig å la visse områder av håndbakpartiet 20a,24a være ubevegelig avstivet, mens andre områder av håndbakpartiet 20a,24a kan være avstivet på bøyelig måte, tilsvarende som fingerpar-tiene.

I fig. 2-4 er det vist et første utførelseseksempel, hvor det er vist et ytre, mykt og bøyelig hylster 25'. Hylsteret 25' er avdelt lengdeveis i et langsgående første kammer 20b, som har forholdsvis stort volum, og et langsgående andre kammer 24b, som har noe mindre volum. Kammeret 20b kan eksempelvis ha et volum som er 4-5 ganger så stort som volumet for kammeret 24b. Det nevnte første kammer 20b er på hylsterets ryggside utstyrt med et mykt, belgformet hylsterparti 25a, mens det på motsatt side er utstyrt med et bøyelig, mykt skillevegg- dannende parti 25b. Det andre kammer 24b er anbrakt mellom det første kammer 20b og hylsterets innerside, hvor det er vist et bøyelig hylsterparti 25c. Som vist i fig. 4, er hylsterpartiet 25a, veggpartiet 25b og hylsterpartiet 25c forbundet med hverandre i et overgangsområde 25d med liten breddeutstrekning b". Hylsterpartiet 25a og veggpartiet 25b har en tykkelse a som er mindre enn 1/2 og fortrinnsvis mindre enn 1/3 av hylsterpartiets 25c tykkelse a<*>. Hylsterpartiet 25c har nærmere bestemt en tykkelse a' som er i en størrelsesorden 1/10 til 1/20 av hylsterpartiets 25c bredde b'. Hylsteret 25' har i det viste utførelseseksempel i en trykk-belastet tilstand som vist i fig. 2 en bredde b (stort sett tilsvarende hylsterpartiets 25c bredde b<1>) som er omtrent 1/4 av hylsterets lengde 1. I forskjellige utførelseseksempler kan nevnte bredde eksempelvis variere mellom 1/3 og 1/10 av hylsterets lengde 1. Det forholdsvis stive, men bøyelige hylsterparti 25c løper over størsteparten av hylsterets lengde 1 og fortrinnsvis med stort sett jevn tykkelse over hele lengden og over hele bredden, med unntak av endekantpartiene og sidekantpartiene hvor hylsterpartiet 25c danner en jevnt avtakende veggtykkelse ved overgangen til de tilstøtende hylsterpartier. Ved hjelp av det tversløpende, forholdsvis stive, men parallelt et bøyningsplan P (fig. 4) bøyelige hylsterparti 25c dannes det et avstivningselement i hylsteret 25'. Dette avstivningselement tillates bøyet parallelt nevnte plan P (bøyningsplanet) som vist i fig. 4, men hindres i å bøyes i retninger vinkelrett på nevnte plan P.

Eventuelt kan, ifølge en modifisert utførelse, hylsterpartiet 25c' i bestemte områder av hylsterpartiets 25c' lengde-utstrekning, slik som vist i fig. 5, være utstyrt med svingeledd-dannende, innsnevrete partier 27a,27b,27c. I et slikt tilfelle kan de til de innsnevrete partier tilstøtende områder 28a,28b,28c,28d av hylsterpartiet 25c' eventuelt være forholdsvis stive og bare minimalt bøyelige.

I fig. 2 er det vist hylsterpartiet 25a i en tilstand hvor fingerkammeret 20b inntar trykkavlastet tilstand og hvor hylsterpartiet 25a har belgpartiet vist i aksialt sammenfoldet tilstand. I denne tilstand inntar fingerkammeret 24b sin fullt trykkbelastete tilstand, hvor skilleveggen 25b og hylsterpartiet 25c er maksimalt utstrukket såvel i lengderetningen som i bredderet-ni ngen.

I fig. 3 er det vist fingerpartiet 21b etter at fingerkammeret 24b er trykkavlastet og veggpartiet 25b er trykket an mot hylsterpartiet 25c ved hjelp av det trykkbelastete finger-kammer 20b. I denne tilstand er det bøyelige hylsterparti 25c, som vist i fig. 3, (henholdsvis det leddete hylsterparti 25c', som vist i fig. 5) ombøyet stort sett til C-formet forløp, dvs. med et kurveforløp som er bestemt av fingerkammerets 20b fyllingsgrad henholdsvis tømmingsgraden for fingerkammeret 24b.

I fig. 4 er det vist et tverrsnitt av hylsteret 25 med en midlere fyllingsgrad så vel i fingerkammeret 20b som i fingerkammeret 24b.

I fig. 6 til 8 er det vist en alternativ utførelse, hvor like eller liknende deler er angitt med et henvisningstall med et tillegg på tallet 100 i forhold til utførelsene i fig. 1-5. Denne alternative utførelse er stort sett tilsvarende dimensjonert og tilsvarende generelt oppbygget som vist i fig. 2 til 4 henholdsvis i fig. 5. I denne utførelse er hylsterpartiet 125a vist med avsnittsvis anordnete, tversløpende ribber 30 og mellomliggende membrandannende partier 31. I dette tilfelle oppnår man som vist 1 fig. 6 og 7 en belgliknende effekt tilsvarende som vist i fig.

2 og 3, bare med den forskjell at man oppnår radial ekspansjon bare i partiene 31 mens ribbene 30 inntar en stabil form. Ved hjelp av en samvirkende effekt mellom det bøyelige, men ellers stive hylsterparti 125c og ribbene 30 oppnår man en liknende ledd-dannende effekt som vist ved de innsnevrete partier 27a,27b,27c i hylsterpartiet 25c' i fig. 5. I utførelseseksemplet som vist i fig. 6-8 er hylsterpartiet 125c spesielt avstivet med en i hylsterpartiet 125c innleiret bladfjær 32 som løper over størsteparten av hylsterpartiets 125c lengde henholdsvis bredde, slik som vist i fig. 8.

I det nevnte andre utførelseseksempel oppnår man en krøking (fig. 7) henholdsvis utstrekning (fig. 6) av hylsteret 125 ved utelukkende å trykkbelaste henholdsvis trykkavlaste ett finger-kammer 120b. Dette sikres ved at bladfjæren 32 tillater den viste ombøyning eller krøking av hylsterpartiet 125c ved trykkbelasting av fingerkammeret 120b, mens den ved trykkavlastning av fingerkammeret 120b sikrer tilbakestilling av hylsterpartiet mot den stilling som er vist i fig. 6.

Istedenfor å feste bladfjæren 32 som vist, dvs. innleiret i hylsterpartiet 125c, kan man eksempelvis feste bladfjæren til hylsterpartiet 125c bare ved endene og ellers la bladfjæren bevege seg forholdsvis fritt inne i fingerkammeret 120b. I et slikt tilfelle kan hylsterpartiet 125c i området mellom festene ved bladfjærens ender være utformet med et mykere, eventuelt belgdannende veggmateriale med mindre veggtykkelse, slik at dette eventuelt kan brettes eller foldes der underlaget måtte kreve dette.

Selv om det ikke er vist konkrete utførelseseksempler for det heri, er det innlysende at de ovennevnte løsninger kan kombineres på forskjellige måter for å oppnå ønsket lokal stivhet og styrke henholdsvis for å oppnå ønsket lokal bøyelighet og mykhet. Herved har man mulighet for å imitere så vel virkemåte som utseende av en menneskehånd både med tanke på generell teknisk anvendelighet og med tanke på anvendelse som håndprotese.

1. Anordning ved hydraulisk eller pneumatisk operert gripe-eller holdeorgan med tilhørende gripe- eller holdedeler, eksempelvis såkalt "robot-hånd" (21) med to eller flere "robot-fingre"

(21b,21c,21d,21e,21f), som er omstillbare fra sammenkrøket gripe-eller holdestilling (fig. 3 og 5) til utstrukket frigjøringsstil-ling (fig. 2) i forhold til en gjenstand som skal gripes eller

holdes, og omvendt, idet hver gripe- eller holdedel omfatter et hylster (25) av bøyelig materiale og et avstivningsparti (25c) som er bøyelig parallelt et første plan (bøyningsplan P) stort sett vinkelrett mot en lengdeakse for gjenstanden som skal gripes eller holdes, men som er forholdsvis stiv i et andre plan vinkelrett på nevnte første plan, mens hylsteret innvendig står i forbindelse med en trykkmediumkilde (10) og en trykkavlastningskilde via et tilhørende reguleringsorgan (12) for tilførsel av trykkmedium til henholdsvis fjerning av trykkmedium fra hylsteret, karakterisert ved

at hylsteret for hver gripe- og holdedel er fremstilt med bøyet eller krøket gripestilling, slik at gripe- og holdedelen i utgangsstilling er innrettet til å innta en slik bøyet eller krøket gripestilling,

at hylsteret (25) er lengdeveis avdelt i et første hylsterkammer (20b) som er anordnet ved gripe- og holdedelens ryggside og i et andre hylsterkammer (24b) som er anordnet ved gripe- og holdedelens inngrepsside, og

at det første og andre hylsterkammer (20b,24b) hver for seg er innrettet til via reguleringsorganet (12) å settes vekselvis i forbindelse med trykkmediumkilden henholdsvis trykkavlastningskilden.

2. Anordning i samsvar med krav 1, karakterisert ved

at det andre hylsterkammer (24b) er anbragt mellom det første hylsterkammer (20b) og avstivningselementet (25c).

3. Anordning i samsvar med krav 1 eller 2, karakterisert ved

at gripe- og holdedelens ryggsideparti (ved 25a) har vesentlig større lengde enn dens motstående side (ved 25c) som er innrettet til å danne inngrep med gjenstanden som skal gripes eller holdes.

4. Anordning i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved

at avstivningspartiet (125) innbefatter et avstivningselement (32) som er innleiret i eller innesluttet i og/eller lokalt festet til et tilhørende veggparti.

5. Anordning i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved

at hylsterets ryggsideparti (25a,125a) er belgformet.

6. Anordning i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved

at avstivningspartiet (25c') er leddformet.