WO1994018460A2 - Forcibly coupled double joint - Google Patents

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WO1994018460A2
WO1994018460A2 PCT/EP1994/000269 EP9400269W WO9418460A2 WO 1994018460 A2 WO1994018460 A2 WO 1994018460A2 EP 9400269 W EP9400269 W EP 9400269W WO 9418460 A2 WO9418460 A2 WO 9418460A2
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Wolfgang Schröter
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00Pivots; Pivotal connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C11/00Pivots; Pivotal connections
    • F16C11/04Pivotal connections

Definitions

  • Rotational joints are frequently used construction elements in technology and especially in mechanical engineering. Such joints consist of a fixed base body (GK) and a body attached to it, but rotatable about one or more axes (iF referred to as a rotating body or DK), the bearing and the axis, which is firmly connected to the GK and on which the DK rotates (Müller, HW: Kompendium Maschinenimplantation, Darmstadt-Eber-Stadt: 1980, p. 7/1). A basic distinction is made between rotary joints with an aligned and non-aligned axis of rotation (guideline VDI 2861, sheet 1). The possibility of turning an RG is known as the degree of freedom (FG).
  • GK fixed base body
  • DK rotating body
  • FG degree of freedom
  • the origin of the base coordinate system of the joint is usually laid. into the stationary base body so that the axis of rotation of the RG is identical to the z-axis of this coordinate system (notation according to Denavit / Hartenberg).
  • kinematic chains In technology, several RGs are often coupled together. In such cases, one speaks of kinematic chains (Warnecke, H.-J .; Schraft, R.D. [ed.]: Industrieroboter. Handbuch für Industrie undmaschine, Berlin, etc.: 1990, p. 9).
  • An example of such a kinematic chain is the classic universal or industrial robot (Warnecke, H.-J .; Schraft, R.D .: op. Cit., P.25).
  • an RG In addition to the task of enabling rotary movements, an RG must also be able to transmit loads in the form of occurring forces and moments. These arise through the earth or rotary acceleration of the RG itself and, if applicable, in connection with the acceleration of payload masses which are coupled to the DK. In principle, six forces and six moments are possible as loads, considering the three translational and three rotational degrees of freedom in space and taking into account the possible signs + and -. The size of these loads determines the necessary load-bearing capacity of an RG.
  • the multiple loading also leads to superimposed deformations in the articulated shaft, so that the cause (lateral force bending, torsion etc.) cannot be recognized immediately or no longer at all.
  • the cause lateral force bending, torsion etc.
  • RG For use in precision mechanisms, RG also require the option of preloading.
  • Rolling bearings are preloaded axially in order to reduce or even eliminate the axial and radial bearing play.
  • the axial preloading of bearings leads to increased friction, since the preload forces act on the full circumference of the bearing in addition to the normal operating forces.
  • This type of preload goes hand in hand with a corresponding reduction in the efficiency of the bearing and thus with the RG as well as with increased wear (Müller, H.W .: op. Cit., P. 9/1 - p. 9/11).
  • a pivot range is characteristic of an RG with a non-aligned axis of rotation.
  • a swivel range of 360 degrees and more is only achieved here if the longitudinal axis of the DK has a lateral offset to the longitudinal axis of the GK (incl. game: Elbow joint on the MANUTEC R3 robot, see also Warnecke, H.-J .; Schraft, RD: loc. Cit., P.109).
  • the tension and compression elements are arranged along the force paths in the joint. This way, the deformations of the tension and compression elements can be used to infer the causal loads and their negative influence e.g. take into account the positioning and repeatability of a robot directly in the system control.
  • the design of the novel joint principle also enables a joint preload that only acts in the direction of the operating loads. This specific type of preload has only a minor influence on the efficiency and wear of the RG.
  • the registered joint principle also allows a swivel range of 360 degrees or more without the longitudinal axes of the GK and DK having a lateral offset. This is made possible kinematically by two rotation axes that are connected in series and are positively coupled to one another. Because of this, the designation of the invention was also called "Forced Coupled Double-Joint" (ZDG).
  • ZDG Force Coupled Double-Joint
  • the principle of the ZDG can be clearly illustrated using a construction that is based on two cylinders that roll on each other (Fig. 1 b), which only touch at the moment pole (Fig. 1b: 7) and a combination of tension elements (Fig.
  • the two cylinder axes represent one of the two axes of the ZDG kinematically, which is about the function
  • the index i quantifies the angle of rotation of the cylinder relative to the base coordinate system of the ZDG, which represents the locally fixed GK, and the index (i-1) that of the cylinder, which represents the angle of rotation of the DK relative to the base coordinate system of the ZDG.
  • a tension belt - are guided over belt wheels (Fig. 2a: 5, 6, 7, 8), one of which has a wheel on the adjacent joint body (Image 2a: 3 or 4) and the other must be rotatably mounted.
  • one wheel (Fig. 2a: 6) can be attached to the adjacent joint body (Fig. 2a: 3), while the other wheel (Fig. 2a: 5) is rotatably mounted on the joint body (Fig. 2a: 4).
  • the wheel ( Figure 2a: 8) can be mounted on the joint body ( Figure 2a: 4) shown here, while the associated other wheel (Figure 2a: 7) is mounted in the body ( Figure 2a: 3).
  • This construction can only be rotated if the diameter of the base body (Fig. 2a: 3, 4) is larger than that of the rotatably mounted wheels, so that they do not touch each other at the moment (Fig. 1b: 7).
  • the corresponding pressure force -F x is transmitted between the cylinders via the instantaneous pole of the rolling motion (Fig. 1 b: 7).
  • a variant is possible by means of a force transmission using a pressure rod (Fig. 2b: 1), which must then be articulated on both sides, for example on a bearing journal (Fig. 2b: 2).
  • the moments +/- M X are transmitted as an antimetric force pair by means of the external cruciate ligaments.
  • the moments +/- M y are also offset by an antimetric force pair: the tensile force component via the elements (Fig. 2a: 1) on the respective tensile side, the associated compressive force component via the instantaneous pole on the pressure side (Fig. 1 b: 7) or over the pressure rod (Image 2b: 1).
  • the moments +/- M 2 are transmitted in terms of their pressure component via the tension belts on both sides of the ZDG, while the pressure component can be supported via the momentary pole or the pressure rods (Fig. 2b: 1).
  • +/- M z could represent the drive torque.

Abstract

Rotary joints allow bodies movable around one or several axes to be rotated with respect to a fixed base body. The joint also allows possible forces and moments to be transmitted. There are provided rotary joints with non-aligned axes, in which the essential forces and moments are transmitted by prestressable traction and compression elements.

Description

Beschreibung description
"Zwangsgekoppelte Doppelgelen ke""Forced coupled double gels ke"
In der Technik und insbesondere im Maschinenbau sind Rotationsgelenke (RG) häufig eingesetzte Konstruktionselemente. Derartige Gelenke bestehen aus einem fixierten Grundkörper (GK) und einen daran befestigten, jedoch um eine oder mehrere Achsen drehbaren Körper (i.F. als Drehkörper oder DK bezeichnet), der Lagerung und der Achse, die mit dem GK fest verbunden ist und auf der der DK drehend lagert (Müller, H.W.: Kompendium Maschinenelemente, Darmstadt-Eber- Stadt: 1980, S. 7/1). Grundsätzlich unterscheidet man dabei zwischen Rotations¬ gelenken mit fluchtender und nicht fluchtender Drehachse (Richtlinie VDI 2861 , Blatt 1). Die Drehmöglichkeit eines RG wird als Freiheitsgrad (FG) bezeichnet. Für die kinematische Modellierung eines RG legt man den Ursprung vom Basiskoor¬ dinatensystem des Gelenkes i.d.R. in den ortsfesten Grundkörper und zwar so, daß die Drehachse des RG identisch ist mit der z-Achse dieses Koordinatensystems (Notation nach Denavit/Hartenberg).Rotational joints (RG) are frequently used construction elements in technology and especially in mechanical engineering. Such joints consist of a fixed base body (GK) and a body attached to it, but rotatable about one or more axes (iF referred to as a rotating body or DK), the bearing and the axis, which is firmly connected to the GK and on which the DK rotates (Müller, HW: Kompendium Maschinenelemente, Darmstadt-Eber-Stadt: 1980, p. 7/1). A basic distinction is made between rotary joints with an aligned and non-aligned axis of rotation (guideline VDI 2861, sheet 1). The possibility of turning an RG is known as the degree of freedom (FG). For the kinematic modeling of an RG, the origin of the base coordinate system of the joint is usually laid. into the stationary base body so that the axis of rotation of the RG is identical to the z-axis of this coordinate system (notation according to Denavit / Hartenberg).
In der Technik werden häufig mehrere RG aneinandergekoppelt. Man spricht in solchen Fällen von kinematischen Ketten (Warnecke, H.-J.; Schraft, R.D. [Hrsg.]: Industrieroboter. Handbuch für Industrie und Wissenschaft, Berlin u.s.w.: 1990, S. 9). Ein Beispiel für eine derartige kinematische Kette ist der klassische Universal¬ bzw. Industrieroboter (Warnecke, H.-J.; Schraft, R.D.: a.a.O., S.25).In technology, several RGs are often coupled together. In such cases, one speaks of kinematic chains (Warnecke, H.-J .; Schraft, R.D. [ed.]: Industrieroboter. Handbuch für Industrie und Wissenschaft, Berlin, etc.: 1990, p. 9). An example of such a kinematic chain is the classic universal or industrial robot (Warnecke, H.-J .; Schraft, R.D .: op. Cit., P.25).
Neben der Aufgabe, Drehbewegungen zu ermöglichen, muß ein RG auch Beiastun- gen in Form auftretender Kräfte und Momente übertragen können. Diese entstehen durch die Erd- oder Drehbeschieunigung des RG selbst und ggf. i.F. der Beschleu¬ nigungen von Nutzlastmassen, die an den DK angekoppelt sind. Prinzipiell sind als Belastungen sechs Kräfte und sechs Momente möglich in Anbetracht der drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgrade im Raum und unter Berück- sichtigung der möglichen Vorzeichen + und -. Die Größe dieser Belastungen bestimmt die notwendige Tragfähigkeit eines RG.In addition to the task of enabling rotary movements, an RG must also be able to transmit loads in the form of occurring forces and moments. These arise through the earth or rotary acceleration of the RG itself and, if applicable, in connection with the acceleration of payload masses which are coupled to the DK. In principle, six forces and six moments are possible as loads, considering the three translational and three rotational degrees of freedom in space and taking into account the possible signs + and -. The size of these loads determines the necessary load-bearing capacity of an RG.
Diese Belastungen werden bei herkömmlichen RG im Wesentlichen mittels der Gelenkwelle übertragen. So ist diese auf Mehrfachbelastung auszulegen (Zug, Druck, Schub). Da bei der Dimensionierung immer der ungünstigste Fall zu Grunde zu legen ist, müssen die Gelenkwellen herkömmlicher RG masseintensiv überdi¬ mensioniert werden.In conventional RG, these loads are essentially transmitted by means of the cardan shaft. This is to be designed for multiple loads (pull, push, push). Since the most unfavorable case is always to be taken as a basis for the dimensioning, the cardan shafts of conventional RG have to be dimensionally overdimensioned.
Die Mehrfachbelastung führt auch zu überlagerten Verformungen in der Gelenkwel- le, so daß die Ursache dafür (Querkraftbiegung, Torsion etc.) nicht sofort bzw. gar nicht mehr zu erkennen ist. Für geregelt geführte Präzisionsmechanismen wie z.B. Roboter wäre dies aber wünschenswert.The multiple loading also leads to superimposed deformations in the articulated shaft, so that the cause (lateral force bending, torsion etc.) cannot be recognized immediately or no longer at all. For controlled precision mechanisms such as This would be desirable for robots.
Für den Einsatz in Präzisionsmechanismen bedürfen RG auch der Möglichkeit zur Lagervorspannung. So können z.B. Wälzlager axial vorgespannt werden, um damit das axiale und radiale Lagerspiel zu verringern oder gar zu eliminieren. Die axiale Vorspannung von Lagerungen führt jedoch zu erhöhter Reibung, da die Vor¬ spannkräfte am vollen Lagerumfang zuzüglich zu den normalen Betriebskräften wirken. Diese Art der Vorspannung geht einher mit entsprechender Verminderung des Wirkungsgrades der Lagerung und damit des RG's sowie mit erhöhtem Ver¬ schleiß (Müller, H.W.: a.a.O., S. 9/1 - S. 9/11).For use in precision mechanisms, RG also require the option of preloading. For example, Rolling bearings are preloaded axially in order to reduce or even eliminate the axial and radial bearing play. However, the axial preloading of bearings leads to increased friction, since the preload forces act on the full circumference of the bearing in addition to the normal operating forces. This type of preload goes hand in hand with a corresponding reduction in the efficiency of the bearing and thus with the RG as well as with increased wear (Müller, H.W .: op. Cit., P. 9/1 - p. 9/11).
Charakterisierend für ein RG mit nicht fluchtender Drehachse ist sein Schwenkbe¬ reich. Ein Schwenkbereich von 360 Grad und mehr wird hier nur erreicht, wenn die Längsachse des DK einen seitlichen Versatz zur Längsachse des GK aufweist (Bei- spiel: Ellenbogengelenk am MANUTEC-R3-Roboter, s.a. Warnecke, H.-J.; Schraft, R.D.: a.a.O., S.109).A pivot range is characteristic of an RG with a non-aligned axis of rotation. A swivel range of 360 degrees and more is only achieved here if the longitudinal axis of the DK has a lateral offset to the longitudinal axis of the GK (incl. game: Elbow joint on the MANUTEC R3 robot, see also Warnecke, H.-J .; Schraft, RD: loc. Cit., P.109).
Die eingereichten Schutzansprüche behandeln eine neuartige Bauweise für Rota- tionsgelenke mit nicht fluchtender Drehachse, bei der je nach Ausführung ein Teil oder alle möglichen, äusseren Kräfte und Momente durch Zug- und Druckelemente im Sinne einer "Ein-Zweck-Anwendung" übertragen werden, d.h., daß Zugkräfte z.B. durch Seile, Bänder oder Riemen, Druckkräfte z.B. durch Druckstäbe und Schubkräfte z.B. durch Kreuzbänder, wie sie in ähnlicher Art auch im menschlichen Kniegelenk zu finden sind. Durch die einachsige Belastung der Elemente können diese Elemente, die im Sinne des Leichtbaus ideale Konstruktionen sind, ohne Aufwand masseminimal ausgelegt werden (Wiedemann, J.: Leichtbau, Bd.1 : Elemente, S. 1-7, Berlin u.s.w.: 1986).The protection claims submitted deal with a new type of construction for rotary joints with a non-aligned axis of rotation, in which, depending on the design, some or all possible external forces and moments are transmitted by tension and compression elements in the sense of a "one-purpose application", ie that tensile forces eg through ropes, tapes or straps, compressive forces e.g. by compression rods and shear forces e.g. with cruciate ligaments, which can also be found in a similar way in the human knee joint. Due to the uniaxial loading of the elements, these elements, which are ideal constructions in terms of lightweight construction, can be designed to be mass-minimal without effort (Wiedemann, J .: Leichtbau, Vol. 1: elements, pp. 1-7, Berlin, etc.: 1986).
Bei dem angemeldeten Bauprinzip sind die Zug- und Druckelemente entlang der Kräftepfade im Gelenk angeordnet. So kann man über die Verformungen der Zug- und Druckelemente sofort auf die dafür ursächlichen Belastungen schliessen und deren negativen Einfluß z.B. auf die Positionier- und Wiederholgenauigkeit eines Roboters direkt in der Systemsteuerung berücksichtigen.With the registered construction principle, the tension and compression elements are arranged along the force paths in the joint. This way, the deformations of the tension and compression elements can be used to infer the causal loads and their negative influence e.g. take into account the positioning and repeatability of a robot directly in the system control.
Die Bauweise des neuartigen Gelenkprinzips ermöglicht zudem eine Gelenkvor¬ spannung, die lediglich in Richtung der Betriebslasten angreift. Diese spezifische Art der Vorspannung beeinflußt den Wirkungsgrad und den Verschleiß des RG nur unwesentlich.The design of the novel joint principle also enables a joint preload that only acts in the direction of the operating loads. This specific type of preload has only a minor influence on the efficiency and wear of the RG.
Das angemeldete Gelenkprinzip erlaubt zudem einen Schwenkbereich von 360 Grad oder mehr, ohne daß die Längsachsen von GK und DK einen seitlichen Versatz aufweisen. Kinematisch wird das ermöglicht durch zwei in Reihe geschalte¬ te, untereinander zwangsgekoppelter Drehachsen. Aufgrund dessen erfolgte auch die Bezeichnung der Erfindung "Zwangsgekoppeltes Doppeigelenk" (ZDG). Das Prinzip der ZDG ist anschaulich darstellbar anhand einer Konstruktion, die auf zwei aufeinander abwälzenden Zylindern beruht (Bild 1 b), die sich nur im Momen¬ tanpol (Bild 1b: 7) berühren und über eine Kombination von Zugelementen (Bild 2a: 1 ; Bild 3: 2 u. 3; Bild 4a: 1 u. 2; Bild 4b: 1 u. 2; Bild 4c: 1 u. 2) in ihrer Relativbewe- gung geführt werden. Die Bilder 4a, 4b und 4c stellen eigenständige oder in Kombination anwendbare Varianten dar. Der Momentanpol liegt bei diesem An¬ schauungsmodell auf der Normalen, die die beiden Drehachsen der Zylinder mitein¬ ander verbindet.The registered joint principle also allows a swivel range of 360 degrees or more without the longitudinal axes of the GK and DK having a lateral offset. This is made possible kinematically by two rotation axes that are connected in series and are positively coupled to one another. Because of this, the designation of the invention was also called "Forced Coupled Double-Joint" (ZDG). The principle of the ZDG can be clearly illustrated using a construction that is based on two cylinders that roll on each other (Fig. 1 b), which only touch at the moment pole (Fig. 1b: 7) and a combination of tension elements (Fig. 2a: 1; Image 3: 2 and 3; Image 4a: 1 and 2; Image 4b: 1 and 2; Image 4c: 1 and 2) are guided in their relative movement. The pictures 4a, 4b and 4c represent variants which can be used independently or in combination. In this view model, the instantaneous pole lies on the normal which connects the two axes of rotation of the cylinders to one another.
Die beiden Zylinderachsen stellen kinematisch je eine der beiden Achsen des ZDG dar, die über die FunktionThe two cylinder axes represent one of the two axes of the ZDG kinematically, which is about the function
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gekoppelt sind, womit die Verfahrbahn (Bild 1c: 8) des Punktes P (Bild 1c: 9) ein¬ deutig definiert wird. Der Index i beziffert dabei den Drehwinkel des Zylinders relativ zum Basiskoordinatensystem des ZDG, der den örtlich fixierten GK repräsentiert und der Index (i-1) den des Zylinders, der den Drehwinkel des DK relativ zum Basiskoordinatensystem des ZDG darstellt. Bei gleichem Durchmesser der zwei Zylinder ist die Kopplung folglichare coupled, with which the trajectory (Figure 1c: 8) of point P (Figure 1c: 9) is clearly defined. The index i quantifies the angle of rotation of the cylinder relative to the base coordinate system of the ZDG, which represents the locally fixed GK, and the index (i-1) that of the cylinder, which represents the angle of rotation of the DK relative to the base coordinate system of the ZDG. With the same diameter of the two cylinders, the coupling is consequently
q, = qμι = q/2 (Bild 1d).q, = q μι = q / 2 (Fig. 1d).
Welche Elemente für die Übertragung der möglichen, äusseren Lasten +/-FX, +/-Fy, +/-FZ, +/-MX, +/-My sowie +/-MZ (Bild 3) verantwortlich sind, kann an der Gelenk¬ stellung q = 0 Grad (Bild 1b) verdeutlicht werden:Which elements are responsible for the transmission of the possible external loads +/- F X , +/- F y , +/- F Z , +/- M X , +/- M y and +/- M Z (Fig. 3) can be illustrated at the joint position q = 0 degrees (Figure 1b):
Die Zugkraft +FX wird durch Zugelemente (Bild 2a: 1 u. 2) aufgenommen, dieThe tensile force + F X is absorbed by tensile elements (Fig. 2a: 1 and 2)
- z.B. als Zugriemen ausgeprägt - über Riemenräder (Bild 2a: 5, 6, 7, 8) ge- führt werden, von denen jeweils ein Rad am nebenstehenden Gelenkkörper (Bild 2a: 3 oder 4) befestigt und das andere drehbar gelagert sein muß. So kann z.B. ein Rad (Bild 2a: 6) am nebenstehenden Gelenkkörper (Bild 2a: 3) befestigt sein, während das andere Rad (Bild 2a: 5) am Gelenkkörper (Bild 2a: 4) drehend gelagert ist. Auf der Gegenseite kann das Rad (Bild 2a: 8) am hier nebenstehenden Gelenkkörper (Bild 2a: 4) montiert sein, während das zugehörige andere Rad (Bild 2a: 7) im Körper (Bild 2a: 3) gelagert ist. Drehbar ist diese Konstruktion nur, wenn die Durchmesser der Grundkörper (Bild 2a: 3, 4) größer sind als die der drehbar gelagerten Räder, damit sich diese nicht im Momentan (Bild 1b: 7) berühren.- For example, as a tension belt - are guided over belt wheels (Fig. 2a: 5, 6, 7, 8), one of which has a wheel on the adjacent joint body (Image 2a: 3 or 4) and the other must be rotatably mounted. For example, one wheel (Fig. 2a: 6) can be attached to the adjacent joint body (Fig. 2a: 3), while the other wheel (Fig. 2a: 5) is rotatably mounted on the joint body (Fig. 2a: 4). On the opposite side, the wheel (Figure 2a: 8) can be mounted on the joint body (Figure 2a: 4) shown here, while the associated other wheel (Figure 2a: 7) is mounted in the body (Figure 2a: 3). This construction can only be rotated if the diameter of the base body (Fig. 2a: 3, 4) is larger than that of the rotatably mounted wheels, so that they do not touch each other at the moment (Fig. 1b: 7).
Die entsprechende Druckkraft -Fx wird über den Momentanpol der Abroll¬ bewegung (Bild 1 b: 7) zwischen den Zylindern übertragen. Eine Variante ist möglich durch eine Kraftübertragung mittels Druckstab (Bild 2b: 1), der dann jedoch z.B. an Lagerzapfen (Bild 2b: 2) beidseitig gelenkig gelagert sein muß.The corresponding pressure force -F x is transmitted between the cylinders via the instantaneous pole of the rolling motion (Fig. 1 b: 7). A variant is possible by means of a force transmission using a pressure rod (Fig. 2b: 1), which must then be articulated on both sides, for example on a bearing journal (Fig. 2b: 2).
Die Schubkräfte +/-Fy werden durch die äusseren Kreuzbänder (Bild 3: 2, 3) übertragen, die an ihren Endpunkten zu fixieren sind.The shear forces +/- F y are transmitted through the outer cruciate ligaments (Fig. 3: 2, 3), which are to be fixed at their end points.
- Die Schubkräfte +/-FZ werden durch die sog. inneren Kreuzbänder (Bild 4a:- The shear forces +/- F Z are determined by the so-called inner cruciate ligaments (Figure 4a:
1 , 2; Bild 4b: 1 , 2; Bild 4c: 1 , 2) übertragen, die an ihren Endpunkten zu fixieren sind.1, 2; Image 4b: 1, 2; 4c: 1, 2), which are to be fixed at their end points.
Die Momente +/-MX werden als antimetrisches Kräftepaar mittels der äusse- ren Kreuzbänder übertragen.The moments +/- M X are transmitted as an antimetric force pair by means of the external cruciate ligaments.
Die Momente +/-My werden ebenfalls durch ein antimetrisches Kräftepaar abgesetzt: Die Zugkraftkomponente über die Elemente (Bild 2a: 1) auf der jeweiligen Zugseite, die dazugehörige Druckkraftkomponente über den auf der Druckseite liegenden Momentanpol (Bild 1 b: 7) bzw. über den Druckstab (Bild 2b: 1).The moments +/- M y are also offset by an antimetric force pair: the tensile force component via the elements (Fig. 2a: 1) on the respective tensile side, the associated compressive force component via the instantaneous pole on the pressure side (Fig. 1 b: 7) or over the pressure rod (Image 2b: 1).
Die Momente +/-M2 werden bezüglich ihrer Druckkomponente über die Zugriemen auf beiden Seiten des ZDG übertragen, während sich die Druck- komponente über den Momentanpol bzw. die Druckstäbe (Bild 2b: 1) ab¬ stützen kann. Bei Verwendung der ZDG für angetriebene Gelenke könnte +/- Mz das Antriebsmoment darstellen.The moments +/- M 2 are transmitted in terms of their pressure component via the tension belts on both sides of the ZDG, while the pressure component can be supported via the momentary pole or the pressure rods (Fig. 2b: 1). When using the ZDG for driven joints, +/- M z could represent the drive torque.
Bei Änderung des Gelenkwinkels q ändert sich diese Zuordnung mathematisch stetig. Davon ausgenommen sind lediglich die Schubkräfte +/-FZ. Ihre Übertragung wird für alle q durch die inneren Kreuzbänder gewährleistet. Die Änderung der Belastungsübertragung ist, durch die Gelenkkinematik bedingt, für jeden Gelenkwin¬ kel q eindeutig. When the joint angle q changes, this assignment changes mathematically continuously. The only exceptions are the shear forces +/- F Z. Their transmission is guaranteed for all q by the inner cruciate ligaments. The change in the load transmission is, due to the joint kinematics, unique for each joint angle q.

Claims

Patentansprüche"Zwangsgekoppelte Doppelgeienke" Claims "Forcibly coupled double spirits"
1. Rotationsgelenk (RG) mit nicht fluchtender Drehachse für Anwendungen als Konstruktionselement, gekennzeichnet durch zwei sich aufeinanderab- rollenden, sich im Momentanpol (Bild 1 b: 7) berührenden, um die beiden zwangsgekoppelten Achsen (Bild 3: 6, 7) drehbaren Gelenkkörpern (Bild 1b 1 und 2) mit einer zylinderförmigen Gestalt und mit den Radien R1 (Bild 1b 3) und R2 (Bild 1 b: 4) und den Gelenkwinkeln q, (Bild 1 b: 5) und qM (Bild 1 b1. Rotary joint (RG) with a non-aligned axis of rotation for applications as a construction element, characterized by two rolling bodies that roll on each other and touch each other at the momentary pole (Fig. 1 b: 7) and can be rotated around the two positively coupled axes (Fig. 3: 6, 7) (Fig. 1b 1 and 2) with a cylindrical shape and with the radii R1 (Fig. 1b 3) and R2 (Fig. 1 b: 4) and the joint angles q, (Fig. 1 b: 5) and q M (Fig. 1 b
6), wobei q = q; + q (Bild 1 b) ist und wo für den Fall R1 = R2 gilt, daß q = q; = qM = q/2 ist (Bild 1d), durch die Fähigkeit, die möglichen Kräfte +/-FX, +/- Fy, +/-FZ (Bild 1a) und die möglichen Momente +/-MX, +/-My sowie +/-MZ (Bild 1a) durch die Kombination von jeweils an den Endpunkten fixierten oder gelagerten Einzweck-Kraftübertragungselementen (Bild 2a: 1 ; Bild 3: 2, 3;6), where q = q ; + q (Figure 1 b) and where for the case R1 = R2 it holds that q = q ; = q M = q / 2 (Fig. 1d), due to the ability to measure the possible forces +/- F X , +/- F y , +/- F Z (Fig. 1a) and the possible moments +/- M X , +/- M y and +/- M Z (Fig. 1a) through the combination of single-purpose power transmission elements fixed or mounted at the end points (Fig. 2a: 1; Fig. 3: 2, 3;
Bild 4a: 1 , 2; Bild 4b: 1 , 2; Bild 4c: 1 , 2) zu übertragen.Image 4a: 1, 2; Image 4b: 1, 2; 4c: 1, 2) to be transferred.
2. RG nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Druckkraftübertragung in Form eines an den Endpunkten drehend gelagerten Druckstabes (Bild 2b: 1).2. RG according to claim 1, characterized by a pressure force transmission in the form of a pressure rod rotatably mounted at the end points (Figure 2b: 1).
3. RG nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch mehr als einen Druckstab.3. RG according to claim 2, characterized by more than one pressure rod.
4. RG nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch beliebig gestaltete Gelenkkör- per mit gleicher Funktion wie in Anspruch 1. 4. RG according to claim 1, characterized by arbitrarily designed joint body with the same function as in claim 1.
5. RG nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch Gelenkkörper, die im Momen¬ tanpol nicht in Berührung stehen.5. RG according to claim 1, characterized by articulated bodies that are not in contact in the moment tan pole.
6. RG nach Anspruch 1 , bei dem die Zugelemente (Bild 2a: 1 ; Bild 3: 2, 3; Bild 4a: 1 , 2, Bild 4b: 1 , 2; Bild 4c: 1 , 2) bei jeweils gleicher Funktion in mehr¬ facher Ausführung vorhanden sind.6. RG according to claim 1, wherein the tension elements (Figure 2a: 1; Figure 3: 2, 3; Figure 4a: 1, 2, Figure 4b: 1, 2; Figure 4c: 1, 2) in each case with the same function in multiple execution are available.
7. RG nach Anspruch 1 , bei dem nur eine oder ein Teil der möglichen Lasten durch Einzweck-Kraftübertragungselemente übertragen wird.7. RG according to claim 1, wherein only one or a part of the possible loads is transmitted by single-purpose power transmission elements.
8. RG nach Anspruch 1 , bei dem die Anzahl der zwangsgekoppelten Achsen (Bild 3: 6, 7) ungleich zwei ist.8. RG according to claim 1, wherein the number of positively coupled axes (Figure 3: 6, 7) is not equal to two.
9. RG nach den Ansprüchen 1 bis 8, bei dem die Kraftübertragungselemente (Bild 2a: 1 ; Bild 3: 2, 3; Bild 4a: 1 , 2; Bild 4b: 1 , 2; Bild 4c: 1 , 2) neben einer Einzellast auch Zug, Druck und Schub in beliebiger Kombination ertragen müssen. 9. RG according to claims 1 to 8, in which the power transmission elements (Figure 2a: 1; Figure 3: 2, 3; Figure 4a: 1, 2; Figure 4b: 1, 2; Figure 4c: 1, 2) in addition to one Individual loads also have to endure tensile, pressure and thrust in any combination.
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