WO2004010043A1 - Device for moving a body or several bodies - Google Patents
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Definitions
- the invention is a novel parallel kinematic device for moving at least one body.
- the invention relates generally to a device for moving a body through actuating elements, the actuating elements transmitting forces to the body through movements.
- the invention relates to a device with which movements can be transferred simultaneously in up to four degrees of freedom to a body or to a plurality of bodies (body association) that are movably connected to one another (primary purpose). Three of the four degrees of freedom are rotational. The remaining degree of freedom can be either translational or rotational.
- the body is preferably a ball joint arm, the body association preferably consists of a ball joint arm with an attachment movably attached to it.
- the invention can measure the movement states (e.g. position and speed) of the actuating elements.
- the movement states of the body or body structure can be calculated from these measured variables (secondary purpose).
- a body can perform movements in six theoretically possible degrees of freedom. Three of them are rotatory and three are translatory. So far, hinge joints have mainly been used in robotics. On a hinge joint, an electric motor or a pneumatic cylinder connecting the two joint arms can transmit a rotational movement with one degree of freedom. The simultaneous transmission of rotary movements with two straight lines of freedom is already known. The simultaneous transmission of rotary movements with 2 straight lines of freedom is already known. In this way, a ball joint arm of 3 pneumatic cylinders, offset at an angle of 120 °, is brought into any position within a certain range. This range of motion of the ball joint arm is a section of a ball. However, twisting along the ball joint arm is not possible.
- REPLACEMENT SHEET R ⁇ GEL 26
- the newly invented device can also realize movements in up to four degrees of freedom.
- actuating elements 1, 2, 3, 4 are connected in the manner according to the invention to the body 6 to be moved or the body structure 6, 7 to be moved.
- the interaction of the four actuating elements 1, 2, 3, 4 allows the body 6 or the body structure 6, 7 consisting of several bodies to be moved simultaneously in up to four degrees of freedom.
- hexapod is based on the simultaneous interaction of several actuating elements.
- the "hexapod” belongs to the class of robots with so-called parallel kinematics. It has six degrees of freedom.
- the present invention is based on the object of designing and developing a generic device in such a way that combinations of rotational movements realized in nature are possible.
- a generic device for moving a body 6 or a body structure 6, 7 is designed and developed in such a way that at least three actuating elements act directly or indirectly on the body and that the body can be rotated and / or pivoted in space by the interaction of the individual actuating elements ,
- case "A" The principle of the invention has already been implemented in nature.
- the human thigh can simultaneously perform combinations of three rotational movements in relation to the hip. These movements are: forward or backward, sideways and a twist along the thigh.
- a Cartesian reference coordinate system with the axes X, Y and Z is defined.
- the axes of rotation Rx, Ry, Rz of the body 6 are fixed in the coordinate system XYZ.
- the position of the body 6, which is movably mounted in three rotational degrees of freedom, is described by the body-fixed Cartesian coordinate system with the axes U, V and W.
- Fig. 1 (a, b, c) to Fig. 5 (a, b, c) show the principle of operation of the invention for the case "A".
- the component 5 represents one or more arbitrary devices in which or in which the body 6 is mounted so that it can rotate in three degrees of freedom
- component 5 is the socket of a ball joint.
- the device according to the invention is shown in its basic position.
- the X-axis runs parallel to the U-axis
- the Y- Axis parallel to the V axis
- the Z axis parallel to the W axis.
- the rotation axes Rx, Ry, and Rz overlap with the body-fixed coordinate system UVW.
- the ends of the actuating elements facing away from the body 6 or 7 are called foot points.
- the ends of the actuating elements facing the body 6 or 7 are called head points.
- the route that connects the two end points of an actuating element by the shortest route is their connecting route.
- Figures 2a, 2b and 2c show a tilt about the Rx axis. It is achieved in that the actuating elements move or are moved as follows.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of the actuator 3 approach.
- the foot and head point of actuator 4 are approaching.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of actuator 1 move away from each other.
- the base and the Kop ⁇ Vietnamese of actuator 2 move away from each other.
- a tilt about the Ry axis is shown in Figures 3a, 3b and 3c. It is achieved in that the actuating elements move or are moved as follows.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of the actuator 2 approach.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of the actuator 3 approach.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of actuator 1 move away from each other.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of actuator 4 move away from each other.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of the actuator 2 approach.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of the actuator 4 approach.
- the foot and the Kop ⁇ Vietnamese of actuator 1 move away from each other.
- the base and the Kop ⁇ Vietnamese of the actuator 3 move away from each other.
- FIGS. 2 (a, b, c) to 4 (a, b, c) it is exemplified how the three basic rotations can be realized by lengthening or shortening two of the four force-transmitting actuating elements in pairs.
- Four input variables lengths of the actuating elements 1, 2, 3, 4) thus become three output variables (rotation angle ⁇ x , ⁇ y , ⁇ z ).
- An explanation follows for the basic rotations:
- One of the actuating elements 1, 2, 3, 4 has exactly three possibilities to form a pair "A” with another of these actuating elements, which together lengthens or shortens. The remaining pair “B” moves in the opposite direction to "A”. If “A” was chosen, "B” is therefore also known.
- the actual advantage of the invention consists in being able to carry out any desired combinations of the basic rotations on the rotatably mounted body 6 within a range. This is done as follows:
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 can experience a change in direction through an additional device. This is shown, for example, by the perforated circular disk used on the body 6 in FIG. 6 for guiding the actuating elements (here threads with winches). Such an additional device can enable an increased range of rotation.
- the body 6, which is rotatably mounted in three degrees of freedom can itself be a force-transmitting device, for example a pneumatic cylinder. Then an additional translational degree of freedom is present in the invention. Equipped in this way, the invention could be used, for example, to lift and rotate workpieces as follows:
- a workpiece e.g. B. a tube, lie lengthwise in a U-shaped rail. It should be placed in a different U-shaped rail at a stop. Both rails run horizontally, but not parallel.
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 and the component 5 in which the body to be moved is movably mounted are attached to the ceiling.
- the body 6 here is a lifting cylinder the one at the outer end of which a gripping device is attached.
- the gripper takes the pipe from the first rail. To do this, the movably mounted lifting cylinder must be aligned with the pipe. Then the lifting cylinder must be extended and retracted a bit after gripping.
- the actuating elements align the pipe carried so that it runs parallel to the second rail. Then the lifting cylinder extends and the gripper places the tube in the rail.
- a conventional robot which is supposed to do the same task, is composed of considerably more components than the invention. Accordingly, cheaper robots can be produced by the invention.
- a variant of the power transmission with flexible elements such as threads or ropes is also conceivable.
- the structure of the device according to the invention is different from the previous example, but the principle of force guidance is the same.
- Case "B” refers to the simultaneous transmission of movements in three rotational degrees of freedom and one translational degree of freedom.
- the device according to the invention remains the same. However, it is now applied to a body structure 6, 7.
- FIG. 7 shows an exemplary implementation.
- the body bandage can consist of two or more bodies.
- one body 6 is a ball joint arm which is designed as a sleeve and the other body 7 is a solid cylinder which passively slides in the sleeve.
- actuating elements 1, 2, 3, 4 are only single-acting, for example on pull.
- actuating elements 1, 2, 3, 4 are required which both pull - Can also exert pressure and thus actively lengthen or shorten the distance between their respective base and head points.
- These actuating elements 1, 2, 3, 4 can, for example, be double-acting pneumatic cylinders or linkages with motors.
- FIGS. 8a and 8b illustrate this connection.
- the rotations about the Rx, Ry and Rz axes take place exactly as in cases “A” and “B” by mutually lengthening and shortening the connecting sections of the beta actuating elements.
- a simultaneous shortening or lengthening of all connecting sections of the actuating elements results in a tilting of the body 7 in relation to the body 6 by the angle ⁇ .
- case "C” On the body 6 and / or 7 e.g. a gripping device or another tool can be attached.
- the invention applied to case "C” also has applications in robotics.
- actuating elements 1, 2, 3, 4 are shown, which do not transmit the movements directly, but indirectly to the body 6 or the body structure 6, 7.
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 consist, for example, of a linear drive anchored in the floor and a linkage. The linear drive moves the linkage and this acts on the body 6 or the body structure 6, 7.
- At least one actuating element may contain two or more drives. This case is shown by way of example in FIG. 11. There the base of the cylinder moves in the horizontal linear drive. The cylinder can also move the piston.
- drives that generate curved paths are also conceivable. This is shown by way of example in FIG. 12.
- motors that generate at least one rotary movement act on the body or body structure via a linkage.
- Any actuation elements can be selected. They can transfer their movements directly (as shown by way of example in FIGS. 1 to 8) to the body or the body structure. But you can also indirectly on the body or Body structure, for example by using a rod. This was shown by way of example in FIGS. 12 to 13.
- the drive does not matter at which point the drive is arranged. It can be located in the actuating element itself, in the body or body association or in the external environment.
- Fastening structures are associated with the body 6 and 7, respectively, on which the actuating elements 1, 2, 3, 4 act at their head points.
- the mounting structures can be cantilevers. In FIG. 14 it is shown that the fastening structures can protrude from the body 6 or 7 at any point and at any angle and length.
- the fastening constructions assigned to the body 6 or 7 can have any shape.
- the mounting structures are, for example, arched. This may enlarge the working space of the invention.
- the base points of the actuating elements 1, 2, 3, 4 are permanently connected to the coordinate system XYZ at any location.
- the arbitrariness of the location of the base points for the actuating elements 1, 2, 3, 4 is shown in FIG. 16.
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 can be constructed in any way. Each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 is capable of transmitting tensile or compressive forces or both types of force (primary purpose).
- the arrangement according to the invention is decisive:
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 are connected to a reference system, here for example the coordinate system XYZ.
- Each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 is connected to the rotatably mounted body 6 or body structure 6, 7 in such a way that the force exerted by it acts eccentrically to all three axes of rotation Rx, Ry and Rz of the body or body structure.
- the force-transmitting actuating elements are to be aligned in such a way that with simultaneous action of all forces by varying the force doses, at least one state can be achieved by keeping the body 6 at rest. The latter condition deserves further explanation.
- each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 transmits the force Fi, F 2 , F 3 and F 4 assigned to it to the body.
- Each of these forces generates an associated torque Mi, M 2 , M 3 , M 4 on the body.
- the moment generated by a force can be represented as the sum of moments around the Rx, Ry and Rz axes.
- the moment Mi M ⁇ x + M ⁇ y + M ⁇ z .
- the direction of rotation of these individual moments is compared with the direction of rotation defined in the XYZ coordinate system (see FIG. 1 a). This gives the individual moments a sign.
- the actuators can be constructed differently than shown in the drawings of this patent. However, the following conditions always apply to a functioning arrangement of the actuating elements according to the invention. It is characteristic of the invention that in both tables 1 and 2 there are two positive and two negative signs in each Signums column. It is also characteristic that the order of the signs in the columns is not repeated.
- the idle state for the example in FIGS. 1 to 5 can be achieved in any position within the range of motion of the body 6.
- the idle state when tensile forces are applied can only be achieved if the body 7 has largely been moved into the body 6 and has reached its end position.
- the state of rest is reached when the body 7 is at most extended from the body 6.
- the invention can be used to build novel robots.
- several bodies can be assembled one behind the other with the devices according to the invention become.
- a snake or trunk-like structure is created.
- This "robot trunk” could, for example, be used for welding in tight spaces. If it is attached appropriately, it can also be used to transport and twist loads as desired.
- a snake-like movement of the assembled robot structure on the ground or in liquids is also conceivable.
- a small manipulator e.g. gripper, camera
- a tiny ball joint arm is attached to a Bowden cable, for example. Both are introduced into the body.
- the invention can be enclosed with an artificial casing (e.g. the Bowden cable casing) and / or with a natural casing (e.g. gastrointestinal tract).
- the controller can e.g. at the other end of the Bowden cable by a mirror-image, but larger counterpart to the small ball joint arm.
- the invention can be used as a "joystick".
- the surgeon grasps the appropriately designed body 6 or 7 or the corresponding body structure. With this, his hand movements can be transmitted, for example, to the endoscopic manipulator through the Bowden cable.
- This application of the invention as a measuring device for positions and movements or as a transmission device for movements is not limited to this application.
- the invention can also be used in other areas as a novel “joystick”.
- control stick In handling technology, for example, it would be very practical if a device according to the invention (control stick) which was designed to be sensitive would control an actively designed device according to the invention. This could be done by the hand of an operator moving the body 6 or the body structure 6, 7 and thereby changing the position and / or length of the actuating elements 1, 2, 3, 4 equipped with sensors. With the help of a computer, for example, a control loop can be implemented that forwards the new sensor data to the control loop as actual values. The control loop then moves the actuating elements 1, 2, 3, 4 of the actively executed device according to the invention. This in turn causes the associated body 6 to move or approximately the body structure 6, 7. This means that the movements of the actively executed device are synchronized with the movements of the control stick.
- Another, also very interesting application is the use of the invention as an orthosis. Patients who have their arms or legs z. B. can not actively move due to an operation, there is a risk of rapid muscle decline. With the invention it is possible to let the thigh or the upper arm move in all positions and thus stimulate the muscles. This can be done programmatically. An extensive, but still to be researched application is the production of prostheses for amputated legs or arms.
- nerve impulses are measured on a patient's skin.
- the signals are e.g. computer-aided unchanged.
- the new signals are directed to the actuating elements 1, 2, 3, 4 attached to the human or animal body. There they cause the actuators to react.
- This reaction can now usefully amplify the patient's original movement impulse.
- the patient can therefore move his limb or his prosthesis with the aid and strengthening of the actuating elements 1, 2, 3, 4.
- an energy source e.g. serve a compressed air tank, which is attached to the patient portable.
- Pneumatic muscles for example, could be controlled via a portable computer.
- the additional, arbitrarily shaped device 8 in this case connects the base points of the actuating elements 1, 2, 3, 4 firmly to the XYZ coordinate system of the hip, shoulder or other joint 5.
- the additional, arbitrarily shaped device 9 connects the head points of the actuating elements 1 . 2, 3, 4 fixed with the UVW coordinate system of the limbs 6 and / or the prosthesis 6.
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 touch and graze here with each other and the body 6.
- the actuating elements, the body to be moved or the body structure can contain one or more components which act resiliently. They can also contain one or more components that dampen vibrations.
- the invention can be used, for example, as a training device for at least one limb.
- the actuating elements 1, 2, 3, 4 can be springs or contain springs. You will e.g. attached to the human or animal body by means of 8, 9. The springs can be preloaded. Then every limb movement causes a counterforce. Even complex leg movements, e.g. so-called PNF movements are trained.
- a resilient element connected in series and a flexible artificial muscle in each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 attached to the body.
- the spring elements can also be preloaded here. The spring elements tension or relax by contracting the artificial muscles. As a result, forces act on the limb. Depending on the training goal, the limb can follow this force and be guided more or less passively.
- limb should move against the pressure applied. This is a typical exercise from physiotherapy: the therapist puts constant pressure on the limbs, the patient should move against it. This process can be designed programmatically and can be taken over by the invention.
- the invention can also be used to build new types of aircraft. Wings can then be attached to the ball joint arm. For the first time in the history of technology, it is now possible to implement wing movements, such as those that occur naturally in birds or insects. Other artificial limbs, such as artificial arms, artificial legs and artificial fins, can also be attached to the device according to the invention.
- the measurement of the position of the body or body association can be carried out by measuring four reference lengths. These reference lengths are distances between points on the rotatably mounted body and points in the reference coordinate system XYZ. With these reference lengths, the twists and displacements (transformations) of the body or body association can be calculated according to the invention.
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Abstract
A device for moving a body (6) or an association of bodies (6, 7) by means of actuating elements (1, 2, 3, 4). The actuating elements (1, 2, 3, 4) transmit forces onto the body (6) or association of bodies (6,7) by means of movements. The inventive device is embodied in such a way that four actuating elements (1, 2, 3,4) engage directly or indirectly with the body (6) or the association of bodies (6,7), and the body (6) can be spatially rotated or spatially pivoted as a result of the interaction of the individual actuating elements (1, 2, 3,4), or the association of bodies (6,7) can be spatially rotated and/or pivoted and can also move per se.
Description
Vorrichtung zum Bewegen eines Körpers oder mehrerer Körper Device for moving one or more bodies
Bei der Erfindung handelt es sich um eine neuartige parallelkinematische Vorrichtung zum Bewegen mindestens eines Körpers. Die Erfindung betrifft ganz allgemein eine Vorrichtung zum Bewegen eines Körpers durch Betätigungselemente, wobei die Betätigungselemente durch Bewegungen Kräfte auf den Körper übertragen.The invention is a novel parallel kinematic device for moving at least one body. The invention relates generally to a device for moving a body through actuating elements, the actuating elements transmitting forces to the body through movements.
Im Konkreten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, mit welcher simultan Bewegungen in bis zu vier Freiheitsgraden auf einen Körper oder auf mehrere beweglich miteinander verbundene Körper (Körperverband) übertragbar sind (primärer Zweck). Von den vier Freiheitsgraden sind drei rotatorisch. Der verbleibende Freiheitsgrad kann entweder translatorisch oder rotatorisch sein. Der Körper ist vorzugsweise ein Kugelgelenkarm, der Körperverband besteht vorzugsweise aus einem Kugelgelenkarm mit einem beweglich daran befestigten Aufsatz.In concrete terms, the invention relates to a device with which movements can be transferred simultaneously in up to four degrees of freedom to a body or to a plurality of bodies (body association) that are movably connected to one another (primary purpose). Three of the four degrees of freedom are rotational. The remaining degree of freedom can be either translational or rotational. The body is preferably a ball joint arm, the body association preferably consists of a ball joint arm with an attachment movably attached to it.
Zusätzlich ist es mit der Erfindung möglich, messtechnisch die Bewegungszustände (z.B. Position und Geschwindigkeit) der Betätigungselemente zu erfassen. Aus diesen Messgrößen können die Bewegungszustände des Körpers bzw. des Körperverbandes berechnet werden (sekundärer Zweck).In addition, it is possible with the invention to measure the movement states (e.g. position and speed) of the actuating elements. The movement states of the body or body structure can be calculated from these measured variables (secondary purpose).
Allgemein gilt: Ein Körper kann Bewegungen in sechs theoretisch möglichen Freiheitsgraden ausführen. Davon sind drei rotatorisch und drei translatorisch. Bisher werden in der Robotertechnik hauptsächlich Scharniergelenke eingesetzt. An einem Scharniergelenk kann ein Elektromotor oder ein die beiden Gelenkarme verbindender Pneumatikzylinder eine Drehbewegung mit einem Freiheitsgrad übertragen. Auch das simultane Übertragen von Drehbewegungen mit zwei Freiheitsgeraden ist bereits bekannt. Auch das simultane Übertragen von Drehbewegungen mit 2 Freiheitsgeraden ist bereits -bekannt. So wird ein Kugelgelenkarm von 3 im Winkel von 120° versetzt angebrachten Pneumatikzylindern in eine beliebige Lage innerhalb eines bestimmten Bereiches gebracht. Dieser Bewegungsbereich des Kugelgelenkarms ist ein Ausschnitt aus einer Kugel. Eine Verdrehung längs des Kugelgelenkarms ist jedoch nicht möglich.In general: A body can perform movements in six theoretically possible degrees of freedom. Three of them are rotatory and three are translatory. So far, hinge joints have mainly been used in robotics. On a hinge joint, an electric motor or a pneumatic cylinder connecting the two joint arms can transmit a rotational movement with one degree of freedom. The simultaneous transmission of rotary movements with two straight lines of freedom is already known. The simultaneous transmission of rotary movements with 2 straight lines of freedom is already known. In this way, a ball joint arm of 3 pneumatic cylinders, offset at an angle of 120 °, is brought into any position within a certain range. This range of motion of the ball joint arm is a section of a ball. However, twisting along the ball joint arm is not possible.
Der sogenannte , ,Flexpicker" von der Firma ABB ermöglicht das Ausfahren eines teleskopartigen Kugelgelenkarms und außerdem die erwähnte Verdrehung entlang der Längsachse. Diese Verdrehung erfolgt jedoch durch einen einzelnen Rotationsmotor und nicht wie in dieser Erfindung durch die Kombinationen von Einzelbewegungen der Betätigungselemente. Insgesamt besitzt er vier Freiheitsgrade.The so-called "Flexpicker" from ABB makes it possible to extend a telescopic ball joint arm and also the aforementioned rotation along the longitudinal axis. However, this rotation is carried out by a single rotary motor and not, as in this invention, by the combinations of individual movements of the actuating elements four degrees of freedom.
ERSATZBLATT (R^GEL 26)
Die neu erfundene Vorrichtung kann ebenfalls Bewegungen in bis zu vier Freiheitsgrade verwirklichen. Dazu werden Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 auf erfindungsgemäße Weise mit dem zu bewegenden Körper 6 oder dem zu bewegenden Körperverband 6, 7 verbunden. Durch das Zusammenspiel der vier Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 kann der Körper 6 oder der aus mehreren Körpern bestehende Körperverband 6, 7 in bis zu vier Freiheitsgraden gezielt simultan bewegt werden.REPLACEMENT SHEET (R ^ GEL 26) The newly invented device can also realize movements in up to four degrees of freedom. For this purpose, actuating elements 1, 2, 3, 4 are connected in the manner according to the invention to the body 6 to be moved or the body structure 6, 7 to be moved. The interaction of the four actuating elements 1, 2, 3, 4 allows the body 6 or the body structure 6, 7 consisting of several bodies to be moved simultaneously in up to four degrees of freedom.
Auch andere technische Vorrichtungen, wie z.B. der sogenannte „Hexapod" beruhen auf dem gleichzeitigen Zusammenspiel von mehreren Betätigungselementen. Der „Hexapod" gehört in die Klasse der Roboter mit einer sogenannten Parallelkinematik. Er hat sechs Freiheitsgrade.Other technical devices such as the so-called "hexapod" are based on the simultaneous interaction of several actuating elements. The "hexapod" belongs to the class of robots with so-called parallel kinematics. It has six degrees of freedom.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsbildende Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass in der Natur realisierte Kombinationen von Rotationsbewegungen möglich sind.The present invention is based on the object of designing and developing a generic device in such a way that combinations of rotational movements realized in nature are possible.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Bewegen eines Körpers 6 oder eines Körperverbandes 6, 7 derart ausgestaltet und weitergebildet, dass mindestens drei Betätigungselemente unmittelbar oder mittelbar an dem Körper angreifen und dass durch das Zusammenwirken der einzelnen Betätigungselemente der Körper im Raum drehbar und/oder schwenkbar ist.The above object is achieved by the features of claim 1. According to this, a generic device for moving a body 6 or a body structure 6, 7 is designed and developed in such a way that at least three actuating elements act directly or indirectly on the body and that the body can be rotated and / or pivoted in space by the interaction of the individual actuating elements ,
Mit der Erfindung lassen sich simultan:With the invention it is possible to simultaneously:
1. Drehbewegungen auf einen Körper 6 in allen 3 theoretisch möglichen rotato- rischen Freiheitsgraden übertragen (Fall „A").1. Transfer rotary movements to a body 6 in all 3 theoretically possible degrees of freedom (case "A").
2. Drehbewegungen in 3 rotatorischen Freiheitsgraden und zusätzlich eine Translationsbewegung auf einen Körperverband 6, 7 übertragen (Fall „B").2. Transfer rotational movements in 3 rotational degrees of freedom and additionally a translational movement to a body structure 6, 7 (case "B").
3. Drehbewegungen in 4 rotatorischen Freiheitsgraden auf einen Körperverband 6, 7 übertragen (Fall „C").3. Transfer rotary movements in 4 rotational degrees of freedom to a body structure 6, 7 (case "C").
Es folgt zunächst eine Beschreibung für den Fall „A". In der Natur ist das Prinzip der Erfindung bereits verwirklicht. So kann z.B. der menschliche Oberschenkel im Verhältnis zur Hüfte gleichzeitig Kombinationen von drei Rotationsbewegungen ausführen.
Diese Bewegungen sind: nach vorne bzw. nach hinten, seitwärts und eine Verdrehung längs des Oberschenkels.The following is a description for case "A". The principle of the invention has already been implemented in nature. For example, the human thigh can simultaneously perform combinations of three rotational movements in relation to the hip. These movements are: forward or backward, sideways and a twist along the thigh.
Die durch die Natur vorgegebenen Drehbewegungen lassen sich erfindungsgemäß nachahmen. Praktische Anwendungen sind in der Robotertechnik zu erwarten. Durch das Vereinen mehrerer rotatorischer Freiheitsgrade in einem einzigen Gelenk können drei Scharniergelenke eingespart werden. Auf Roboter angewendet resultiert dies in einer Platz- und Gewichtsersparnis.The rotary movements given by nature can be mimicked according to the invention. Practical applications are expected in robot technology. By combining several rotational degrees of freedom in a single joint, three hinge joints can be saved. Applied to robots, this results in space and weight savings.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen sind mit einer Nummer und mit eine i Index versehen (z. B. Fig. la). Zeichnungen mit dem Index „a" zeigen stets ein perspektivisches Bild der Erfindung. Zeichnungen mit dem Index „b" zeigen die Sicht von oben (Draufsicht). Der Index „c" bezeichnet eine Seitenansicht, wobei je nach vorteilhafterer Darstellung die XZ- oder die YZ-Ebene gewählt wurde.The invention is explained in more detail below with the aid of examples and with reference to the accompanying drawings. The drawings are provided with a number and an i index (e.g. Fig. La). Drawings with the index "a" always show a perspective image of the invention. Drawings with the index "b" show the view from above (top view). The index “c” denotes a side view, the XZ or YZ plane being selected depending on the more advantageous representation.
Es wird ein kartesisches Bezugskoordinatensystem mit den Achsen X, Y und Z definiert. Die Rotationsachsen Rx, Ry, Rz des Körpers 6 befinden sich fest im Koordinatensystem XYZ. Die Lage des in drei rotatorischen Freiheitsgraden beweglich gelagerten Körpers 6 wird durch das körperfeste kartesische Koordinatensystem mit den Achsen U, V und W beschrieben.A Cartesian reference coordinate system with the axes X, Y and Z is defined. The axes of rotation Rx, Ry, Rz of the body 6 are fixed in the coordinate system XYZ. The position of the body 6, which is movably mounted in three rotational degrees of freedom, is described by the body-fixed Cartesian coordinate system with the axes U, V and W.
Die Abbildungen Fig. 1 (a, b, c) bis Fig. 5 (a, b, c) zeigen die prinzipielle Wirkungsweise der Erfindung für den Fall „A". Das Bauteil 5 stellt eine oder mehrere beliebige Einrichtungen dar, in der bzw. in denen der Körper 6 so gelagert ist, dass er in drei Freiheitsgraden rotieren kann. Im dargestellten Beispiel ist Bauteil 5 die Pfanne eines Kugelgelenks.The figures Fig. 1 (a, b, c) to Fig. 5 (a, b, c) show the principle of operation of the invention for the case "A". The component 5 represents one or more arbitrary devices in which or in which the body 6 is mounted so that it can rotate in three degrees of freedom In the example shown, component 5 is the socket of a ball joint.
Vom Bezugssystem XYZ aus sind auf erfindungsgemäße Weise Kräfte auf den Körper 6 zu übertragen. Dazu sind beliebige krafrübertragende Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 geeignet. In dem in den Zeichnungen Fig. 1 (a, b, c) bis Fig. 5 (a, b, c) dargestellten Beispiel erfolgt die Kraftübertragung mit Hubzylindern.Forces are transferred to the body 6 from the reference system XYZ in a manner according to the invention. Any force-transmitting actuating elements 1, 2, 3, 4 are suitable for this. In the example shown in the drawings Fig. 1 (a, b, c) to Fig. 5 (a, b, c), the power transmission takes place with lifting cylinders.
In den Figuren la, lb und lc ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in ihrer Grundstellung dargestellt. In der Grundstellung verläuft die X-Achse parallel zur U- Achse, die Y-
Achse parallel zur V- Achse und die Z-Achse parallel zur W- Achse. In ihr überlagern sich die Rotationsachsen Rx, Ry, und Rz mit dem körperfesten Koordinatensystem UVW.In the figures la, lb and lc, the device according to the invention is shown in its basic position. In the basic position, the X-axis runs parallel to the U-axis, the Y- Axis parallel to the V axis and the Z axis parallel to the W axis. In it, the rotation axes Rx, Ry, and Rz overlap with the body-fixed coordinate system UVW.
Nun sollen zunächst die Kippungen um die drei Basisachsen dargestellt werden. Diese drei Einzelrotationen, im Folgenden Basisrotationen genannt, werden dann in eine kombinierte Rotation zusammengefasst.Now the tilts around the three base axes are to be shown first. These three individual rotations, hereinafter referred to as basic rotations, are then combined into a combined rotation.
Im Folgenden werden die dem Körper 6 beziehungsweise 7 abgewandten Enden der Betätigungselemente Fußpunkte genannt. Die dem Körper 6 beziehungsweise 7 zugewandten Enden der Betätigungselemente werden Kopfpunkte genannt. Die Strecke, welche die beiden Endpunkte eines Betätigungselementes auf kürzestem Wege verbindet, sei ihre Verbindungsstrecke.In the following, the ends of the actuating elements facing away from the body 6 or 7 are called foot points. The ends of the actuating elements facing the body 6 or 7 are called head points. The route that connects the two end points of an actuating element by the shortest route is their connecting route.
Die Figuren 2a, 2b und 2c zeigen eine Kippung um die Rx-Achse. Sie wird dadurch erreicht, dass sich die Betätigungselemente folgendermaßen bewegen beziehungsweise bewegt werden.Figures 2a, 2b and 2c show a tilt about the Rx axis. It is achieved in that the actuating elements move or are moved as follows.
Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 3 nähern sich an. Der Fuß- und der Kopfpunkt von Betätigungselement 4 nähern sich an. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 1 entfernen sich voneinander. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 2 entfernen sich voneinander.The foot and the Kopφpunkt of the actuator 3 approach. The foot and head point of actuator 4 are approaching. The foot and the Kopφpunkt of actuator 1 move away from each other. The base and the Kopφpunkt of actuator 2 move away from each other.
Die Rotation erfolgt in entgegengesetzter Richtung, wenn sich die Verbindungsstrecken der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 entgegen der eben beschriebenen Richtungen verändern.The rotation takes place in the opposite direction if the connecting sections of the actuating elements 1, 2, 3, 4 change in the opposite direction to the directions just described.
Eine Kippung um die Ry-Achse ist in den Figuren 3a, 3b und 3c dargestellt. Sie wird dadurch erreicht, dass sich die Betätigungselemente folgendermaßen bewegen beziehungsweise bewegt werden.A tilt about the Ry axis is shown in Figures 3a, 3b and 3c. It is achieved in that the actuating elements move or are moved as follows.
Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 2 nähern sich an. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 3 nähern sich an. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 1 entfernen sich voneinander. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 4 entfernen sich voneinander.The foot and the Kopφpunkt of the actuator 2 approach. The foot and the Kopφpunkt of the actuator 3 approach. The foot and the Kopφpunkt of actuator 1 move away from each other. The foot and the Kopφpunkt of actuator 4 move away from each other.
Die Rotation erfolgt in entgegengesetzter Richtung, wenn sich die Verbindungsstrecken der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 entgegen der eben beschriebenen Richtungen verändern.
Die Figuren 4a, 4b und 4c zeigen eine Kippung um die Rz-Achse. Sie wird dadurch erreicht, dass sich die Betätigungselemente folgendermaßen bewegen beziehungsweise bewegt werden.The rotation takes place in the opposite direction if the connecting sections of the actuating elements 1, 2, 3, 4 change in the opposite direction to the directions just described. Figures 4a, 4b and 4c show a tilt about the Rz axis. It is achieved in that the actuating elements move or are moved as follows.
Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 2 nähern sich an. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 4 nähern sich an. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 1 entfernen sich voneinander. Der Fuß- und der Kopφunkt von Betätigungselement 3 entfernen sich voneinander.The foot and the Kopφpunkt of the actuator 2 approach. The foot and the Kopφpunkt of the actuator 4 approach. The foot and the Kopφpunkt of actuator 1 move away from each other. The base and the Kopφpunkt of the actuator 3 move away from each other.
Die Rotation erfolgt in entgegengesetzter Richtung, wenn sich die Verbindungsstrecken der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 entgegen der eben beschriebenen Richtungen verändern.The rotation takes place in the opposite direction if the connecting sections of the actuating elements 1, 2, 3, 4 change in the opposite direction to the directions just described.
In den Figuren 2 (a, b, c) bis 4 (a, b, c) ist beispielhaft dargestellt, wie sich durch paarweises Verlängern oder Verkürzen von jeweils zwei der vier kraftübertragenden Betätigungselemente die drei Basisrotationen realisieren lassen. Vier Eingangsgrößen (Längen der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4) werden somit zu drei Ausgangsgrößen (Rotationswinkel φx, φy, φz). Für die Basisrotationen folgt eine Erklärung:In FIGS. 2 (a, b, c) to 4 (a, b, c) it is exemplified how the three basic rotations can be realized by lengthening or shortening two of the four force-transmitting actuating elements in pairs. Four input variables (lengths of the actuating elements 1, 2, 3, 4) thus become three output variables (rotation angle φ x , φ y , φ z ). An explanation follows for the basic rotations:
Eines der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 hat genau drei Möglichkeiten, mit einem anderen dieser Betätigungselemente ein Paar „A" zu bilden, welches sich gemeinsam verlängert oder verkürzt. Das übrigbleibende Paar „B" bewegt sich entgegengesetzt zu „A". Wenn „A" gewählt wurde, ist deshalb auch „B" bekannt.One of the actuating elements 1, 2, 3, 4 has exactly three possibilities to form a pair "A" with another of these actuating elements, which together lengthens or shortens. The remaining pair "B" moves in the opposite direction to "A". If "A" was chosen, "B" is therefore also known.
Wurden ein sich verlängerndes Paar „A" und ein sich verkürzendes Paar „B" gewählt, so kann mit ihm eine Basisrotation verwirklicht werden. Da es drei Möglichkeiten gibt, sich verlängernde und verkürzende Paare „A" und „B" zu bilden, können die Drehbewegungen um die drei Achsen (Rx, Ry, Rz) realisiert werden. Somit ist für die Basisrotationen gezeigt, wie aus vier Eingangsdaten (Längen der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4) die drei Ausgangsdaten (Rotationswinkel φx, φy, φ2) erzeugt werden.If an elongating pair "A" and a shortening pair "B" have been selected, a basic rotation can be implemented with it. Since there are three ways of forming lengthening and shortening pairs "A" and "B", the rotary movements around the three axes (Rx, Ry, Rz) can be realized. It is thus shown for the basic rotations how the three output data (rotation angle φ x , φ y , φ 2 ) are generated from four input data (lengths of the actuating elements 1, 2, 3, 4).
Der eigentliche Vorteil der Erfindung besteht darin, innerhalb eines Bereiches beliebige Kombinationen der Basisrotationen am drehbar gelagerten Körper 6 ausführen zu können. Dies geschieht folgendermaßen:The actual advantage of the invention consists in being able to carry out any desired combinations of the basic rotations on the rotatably mounted body 6 within a range. This is done as follows:
Dazu werden die für die Basisrotationen notwendigen Längenänderungen der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 überlagert.
In den Figuren 5 (a, b, c) ist eine Kombination der besprochenen Basisrotationen zu sehen. Der Körper 6 ist um die X-, die Y- und die Z-Achse gedreht. Die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 verkürzen oder verlängern sich entsprechend.For this purpose, the changes in length of the actuating elements 1, 2, 3, 4 necessary for the basic rotations are superimposed. A combination of the basic rotations discussed can be seen in FIGS. 5 (a, b, c). The body 6 is rotated about the X, Y and Z axes. The actuating elements 1, 2, 3, 4 shorten or lengthen accordingly.
Es besteht ein eindeutiger Zusammenhang zwischen den vier Eingangsgrößen (Längen der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4) und den drei Ausgangsgrößen (Rotationswinkel φx, φy, φz). Dieser Sachverhalt wird zur Übertragung von Drehungen genutzt (primärer Zweck).There is a clear connection between the four input variables (lengths of the actuating elements 1, 2, 3, 4) and the three output variables (rotation angle φ x , φ y , φ z ). This is used to transfer rotations (primary purpose).
Es besteht ebenfalls ein eindeutiger Zusammenhang zwischen den drei Eingangsgrößen (Rotationswinkel φs, φy, φz) und den vier Ausgangsgrößen (Längen der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4). Dieser Zusammenhang wird zur Messung der Rotationswinkel genutzt (sekundärer Zweck). Den Betätigungselementen 1, 2, 3, 4 sind dann Sensoren zugeordnet, welche die Ermittlung von Längen ermöglichen. Dies kann direkt über eine Längenmessung oder über die Messung einer anderen physikalischen Größe geschehen, die eine Berechnung der Länge und/oder der Position erlaubt.There is also a clear connection between the three input variables (rotation angle φ s , φ y , φ z ) and the four output variables (lengths of the actuating elements 1, 2, 3, 4). This relationship is used to measure the rotation angle (secondary purpose). The actuating elements 1, 2, 3, 4 are then assigned sensors which enable the determination of lengths. This can be done directly via a length measurement or via the measurement of another physical quantity that allows the length and / or the position to be calculated.
Die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 können durch eine Zusatzvorrichtung eine Richtungsänderung erfahren. Dies zeigt beispielhaft die in Fig. 6 am Körper 6 verwendete gelochte Kreisscheibe zur Führung der Betätigungselemente (hier Fäden mit Winden). Eine solche Zusatzvorrichtung kann einen erhöhten Rotationsbereich ermöglichen.The actuating elements 1, 2, 3, 4 can experience a change in direction through an additional device. This is shown, for example, by the perforated circular disk used on the body 6 in FIG. 6 for guiding the actuating elements (here threads with winches). Such an additional device can enable an increased range of rotation.
Außerdem kann der in drei Freiheitsgraden drehbar gelagerte Körper 6 selbst eine kraftübertragende Vorrichtung sein, beispielsweise ein Pneumatikzylinder. Dann ist ein zusätzlicher translatorischer Freiheitsgrad in der Erfindung vorhanden. So ausgestattet ließe sich die Erfindung beispielhaft folgendermaßen zum Heben und Drehen von Werkstücken nutzen:In addition, the body 6, which is rotatably mounted in three degrees of freedom, can itself be a force-transmitting device, for example a pneumatic cylinder. Then an additional translational degree of freedom is present in the invention. Equipped in this way, the invention could be used, for example, to lift and rotate workpieces as follows:
Ein Werkstück, z. B. ein Rohr, liege der Länge nach in einer U-förmigen Schiene. Es soll in eine andere U-förmige Schiene an einen Anschlag gelegt werden. Beide Schienen verlaufen waagerecht, jedoch nicht parallel.A workpiece, e.g. B. a tube, lie lengthwise in a U-shaped rail. It should be placed in a different U-shaped rail at a stop. Both rails run horizontally, but not parallel.
Die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 und das Bauteil 5, in dem der zu bewegende Körper beweglich gelagert ist, sind an der Decke befestigt. Der Körper 6 ist hier ein Hubzylin-
der, an dessen äußerem Ende eine Greifvorrichtung angebracht ist. Der Greifer nimmt das Rohr aus der ersten Schiene. Dazu muss der beweglich gelagerte Hubzylinder auf das Rohr ausgerichtet sein. Dann muss der Hubzylinder ausgefahren und nach dem Greifen ein Stück wieder eingefahren werden.The actuating elements 1, 2, 3, 4 and the component 5 in which the body to be moved is movably mounted are attached to the ceiling. The body 6 here is a lifting cylinder the one at the outer end of which a gripping device is attached. The gripper takes the pipe from the first rail. To do this, the movably mounted lifting cylinder must be aligned with the pipe. Then the lifting cylinder must be extended and retracted a bit after gripping.
Nun wird das Werkstück in die zweite Schiene gelegt. Dazu richten die Betätigungselemente das getragene Rohr so aus, dass es parallel zur zweiten Schiene verläuft. Dann fährt der Hubzylinder aus und der Greifer legt das Rohr in die Schiene hinein.Now the workpiece is placed in the second rail. For this purpose, the actuating elements align the pipe carried so that it runs parallel to the second rail. Then the lifting cylinder extends and the gripper places the tube in the rail.
Ein konventioneller Roboter, welcher dieselbe Aufgabe erledigen soll, ist aus wesentlich mehr Bauteilen zusammengesetzt, als die Erfindung. Durch die Erfindung können demzufolge billigere Roboter hergestellt werden.A conventional robot, which is supposed to do the same task, is composed of considerably more components than the invention. Accordingly, cheaper robots can be produced by the invention.
Denkbar ist auch eine Variante der Kraftübertragung mit flexiblen Elementen wie Fäden oder Seilen. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist verschieden vom vorherigen Beispiel, doch das Prinzip der Kräfteführung ist dasselbe.A variant of the power transmission with flexible elements such as threads or ropes is also conceivable. The structure of the device according to the invention is different from the previous example, but the principle of force guidance is the same.
Weiterhin besteht die Möglichkeit der Kraftübertragung mit künstlichen Muskeln, z.B. mit pneumatischen, chemischen oder elektrochemischen Muskeln. Auch hier wiederholt sich das Prinzip der Kräfteführung.There is also the possibility of power transmission with artificial muscles, e.g. with pneumatic, chemical or electrochemical muscles. The principle of power management is repeated here too.
Als Fall „B" wird die simultane Übertragung von Bewegungen in drei rotatorischen Freiheitsgraden und einem translatorischen Freiheitsgrad bezeichnet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung bleibt dieselbe. Sie wird jetzt aber auf einen Körperverband 6, 7 angewandt. Die Fig. 7 zeigt eine beispielhafte Umsetzung.Case "B" refers to the simultaneous transmission of movements in three rotational degrees of freedom and one translational degree of freedom. The device according to the invention remains the same. However, it is now applied to a body structure 6, 7. FIG. 7 shows an exemplary implementation.
Der Körperverband kann aus zwei oder mehr Körpern bestehen. Beispielsweise ist der eine Körper 6 ein Kugelgelenkarm, welcher als Hülse ausgebildet ist und der andere Körper 7 ein Vollzylinder, welcher passiv in der Hülse gleitet.The body bandage can consist of two or more bodies. For example, one body 6 is a ball joint arm which is designed as a sleeve and the other body 7 is a solid cylinder which passively slides in the sleeve.
Wenn im Fall „ A" gleich starke und gleichsinnig gerichtete Kräfte (entweder Zug- oder Druck) an allen Betätigungselementen wirken würden, so hätte das keine Auswirkung auf eine Lageveränderung des Körpers 6. Der Körper selbst würde gestaucht oder gedehnt. Im Fall „A" stehen den vier Eingangsgrößen (Längen der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4) nur drei Ausgangsgrößen (Rotationswinkel) gegenüber. Es ist aber möglich, mit
vier unabhängigen Eingangsgrößen vier unabhängige Ausgangsgrößen zu steuern. Dies geschieht in den Fällen „B" und „C".If, in case "A", equally strong and directionally directed forces (either pulling or pushing) were to act on all actuating elements, this would have no effect on a change in position of the body 6. The body itself would be compressed or stretched. In case "A" the four input variables (lengths of the actuating elements 1, 2, 3, 4) are only offset by three output variables (angle of rotation). But it is possible with four independent input variables to control four independent output variables. This happens in the cases "B" and "C".
Im Fall „B" hat das Wirken von gleichsinnig gerichteten Kräften eine Bewegung des Körpers 7 zur Folge. Diese Bewegung kann linear sein. Sie kann aber, abhängig von der Gestaltung der Körper 6, 7, z. B. auch gebogen sein. Es ist in jedem Falle möglich, den Abstand zwischen den Körpern 6, 7 zu verändern. Im Folgenden wird angenommen, dass die durch gleichsinnig wirkende Kräfte hervorgerufene Bewegung linear sei (Translationsbewegung). Veranschaulicht wird diese Annahme durch Fig. 7.In case "B", the action of forces directed in the same direction results in a movement of the body 7. This movement can be linear. However, depending on the design of the bodies 6, 7, it can also be curved. It is in any case, it is possible to change the distance between the bodies 6, 7. In the following, it is assumed that the movement caused by forces acting in the same direction is linear (translation movement), which is illustrated by FIG.
Überlagert man die sich aus der Translationsbewegung ergebenden Verlängerungen oder Verkürzungen der der Verbindungsstrecken der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 mit den aus den Drehbewegungen resultierenden Verlängerungen und Verkürzungen der Verbindungsstrecken der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4, so ergibt sich für den Körper 6 eine Rotation in drei Freiheitsgraden. Für den linear beweglich gelagerten Körper 7 jedoch ergibt sich ein zusätzlicher translatorischer Freiheitsgrad.If the extensions or shortenings of the connecting sections of the actuating elements 1, 2, 3, 4 resulting from the translational movement are superimposed on the extensions and shortening of the connecting sections of the actuating elements 1, 2, 3, 4 resulting from the rotary movements, the result is for the body 6 a rotation in three degrees of freedom. For the linearly movably mounted body 7, however, there is an additional translational degree of freedom.
Für den Fall „A" reicht es aus, dass die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 nur einfach wirkend sind, beispielsweise auf Zug. Für den Fall „B" werden dagegen Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 benötigt, die sowohl Zug- als auch Druck ausüben können und damit den Abstand zwischen ihren jeweiligen Fuß- und Kopφunkten aktiv verlängern oder verkürzen können. Diese Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 können beispielsweise doppelt wirkende Pneumatikzylinder oder Gestänge mit Motoren sein.In the case "A" it is sufficient that the actuating elements 1, 2, 3, 4 are only single-acting, for example on pull. For case "B", on the other hand, actuating elements 1, 2, 3, 4 are required which both pull - Can also exert pressure and thus actively lengthen or shorten the distance between their respective base and head points. These actuating elements 1, 2, 3, 4 can, for example, be double-acting pneumatic cylinders or linkages with motors.
Die Übertragung von drei Rotationsbewegungen und einer Translationsbewegung in einem einzigen Bauteil könnte eine breite Anwendung in der Robotertechnik finden. So ist das in „A" beschriebene Beispiel des Greifarmes unter Anwendung von „B" noch einfacher. Da nun der Greifarm passiv durch die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 aus- oder einfährt, werden statt der im Fall „A" benötigten fünf Zylinder (Körper 6 ist selbst ein aktiver Hubzylinder) nur noch vier Zylinder gebraucht.The transmission of three rotational movements and one translational movement in a single component could find wide application in robotics. The example of the gripper arm described in "A" is even simpler using "B". Since the gripper arm now extends or retracts passively through the actuating elements 1, 2, 3, 4, instead of the five cylinders required in case "A" (body 6 is itself an active lifting cylinder), only four cylinders are needed.
Im Fall „C" erfolgt die simultane Übertragung von vier Drehbewegungen auf einen Körperverband 6, 7. Die Figuren 8a und 8b verdeutlichen diesen Zusammenhang. Die Rotationen um die Rx-, Ry- und Rz-Achse erfolgen genau wie in den Fällen „A" und „B" durch gegenseitiges Verlängern und Verkürzen der Verbindungsstrecken der Beta-
tigungselemente. Eine gleichzeitige Verkürzung oder Verlängerung aller Verbindungsstrecken der Betätigungselemente hat hier jedoch eine Kippung des Körpers 7 im Verhältnis zu Körper 6 um den Winkel α zur Folge. Auch hier besteht ein eindeutiger mathematischer Zusammenhang zwischen den vier Längen der Betätigungselemente und den Rotationswinkeln φx, φy, φz und α.In case "C" the simultaneous transmission of four rotary movements to a body structure 6, 7 takes place. FIGS. 8a and 8b illustrate this connection. The rotations about the Rx, Ry and Rz axes take place exactly as in cases "A" and "B" by mutually lengthening and shortening the connecting sections of the beta actuating elements. However, a simultaneous shortening or lengthening of all connecting sections of the actuating elements results in a tilting of the body 7 in relation to the body 6 by the angle α. Here, too, there is a clear mathematical relationship between the four lengths of the actuating elements and the angles of rotation φ x , φ y , φ z and α.
An dem Körper 6 und/oder 7 kann z.B. eine Greifvorrichtung oder ein anderes Werkzeug befestigt sein. Die auf den Fall „C" angewandte Erfindung hat ebenfalls in der Robotertechnik Anwendungsmöglichkeiten.On the body 6 and / or 7 e.g. a gripping device or another tool can be attached. The invention applied to case "C" also has applications in robotics.
In Fig. 9 bis 11 sind Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 dargestellt, die Bewegungen nicht unmittelbar, sondern mittelbar auf den Körper 6 beziehungsweise den Körperverband 6, 7 übertragen. In diesen Figuren bestehen die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 beispielhaft aus einem im Boden verankerten Linearantrieb und einem Gestänge. Der Linearantrieb bewegt das Gestänge und dieses wirkt auf den Körper 6 oder den Körperverband 6, 7 ein.9 to 11, actuating elements 1, 2, 3, 4 are shown, which do not transmit the movements directly, but indirectly to the body 6 or the body structure 6, 7. In these figures, the actuating elements 1, 2, 3, 4 consist, for example, of a linear drive anchored in the floor and a linkage. The linear drive moves the linkage and this acts on the body 6 or the body structure 6, 7.
Es ist auch möglich, dass wenigstens ein Betätigungselement zwei oder mehr Antriebe enthält. Dieser Fall ist beispielhaft in Fig. 11 gezeigt. Dort bewegt sich der Fuß des Zylinders im horizontalen Linearantrieb. Der Zylinder kann den Kolben zusätzlich bewegen.It is also possible for at least one actuating element to contain two or more drives. This case is shown by way of example in FIG. 11. There the base of the cylinder moves in the horizontal linear drive. The cylinder can also move the piston.
Statt der Linearantriebe sind auch Antriebe, die gekrümmte Bahnen erzeugen vorstellbar. Das wird beispielhaft in der Figur 12 dargestellt. Dort wirken beispielsweise Motoren, die wenigstens eine Drehbewegung erzeugen, über ein Gestänge auf den Körper bzw. den Körperverband ein.Instead of the linear drives, drives that generate curved paths are also conceivable. This is shown by way of example in FIG. 12. There, for example, motors that generate at least one rotary movement act on the body or body structure via a linkage.
Diese Konstruktion ist sehr nahe an der Konstruktion des „Flexpicker" von ABB. Beim Flexpicker wird der Arbeitskopf durch das von Clavel 1985 erfundene Delta Design stets parallel zu einer gegebenen Ebene gehalten. Solch eine oder eine ähnlich wirkende Vorrichtung lässt sich auch hier als Betätigungselement verwenden.This construction is very close to the construction of the "Flexpicker" from ABB. With the Flexpicker, the working head is always kept parallel to a given plane by the Delta Design invented by Clavel in 1985. Such a device or a device with a similar effect can also be used here as an actuating element ,
Es können beliebige Betätigungselemente gewählt werden. Sie können ihre Bewegungen unmittelbar (wie beispielhaft in den Fig. 1 bis 8 dargestellt) auf den Körper oder den Körperverband übertragen. Sie können aber auch mittelbar auf den Körper bzw. den
Körperverband, also z.B. über ein Gestänge einwirken. Dies wurde beispielhaft in den Figuren 12 bis 13 dargestellt.Any actuation elements can be selected. They can transfer their movements directly (as shown by way of example in FIGS. 1 to 8) to the body or the body structure. But you can also indirectly on the body or Body structure, for example by using a rod. This was shown by way of example in FIGS. 12 to 13.
Für die Erfindung ist es egal, an welcher Stelle der Antrieb angeordnet wird. Er kann sich im Betätigungselement selbst, im Körper bzw. Körperverband oder in der äußeren Umgebung befinden.For the invention, it does not matter at which point the drive is arranged. It can be located in the actuating element itself, in the body or body association or in the external environment.
Dem Körper 6 beziehungsweise 7 sind Befestigungskonstruktionen zugeordnet, an denen die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 an ihren Kopφunkten angreifen. Die Befestigungskonstruktionen können Ausleger sein. In Fig. 14 ist gezeigt, dass die Befestigungskonstruktionen an beliebiger Stelle in beliebigem Winkel und beliebiger Länge vom Körper 6 beziehungsweise 7 abragen können.Fastening structures are associated with the body 6 and 7, respectively, on which the actuating elements 1, 2, 3, 4 act at their head points. The mounting structures can be cantilevers. In FIG. 14 it is shown that the fastening structures can protrude from the body 6 or 7 at any point and at any angle and length.
Die dem Körper 6 beziehungsweise 7 zugeordneten Befestigungskonstruktionen können beliebig geformt sein. In Fig. 15 sind die Befestigungskonstruktionen beispielsweise bogenförmig ausgeführt. Dadurch kann sich unter Umständen der Arbeitsraum der Erfindung vergrößern.The fastening constructions assigned to the body 6 or 7 can have any shape. In Fig. 15, the mounting structures are, for example, arched. This may enlarge the working space of the invention.
Die Fußpunkte der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 sind an beliebigem Ort mit dem Koordinatensystem XYZ fest verbunden. Die Beliebigkeit der Ortswahl der Fußpunkte für die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 zeigt die Fig. 16.The base points of the actuating elements 1, 2, 3, 4 are permanently connected to the coordinate system XYZ at any location. The arbitrariness of the location of the base points for the actuating elements 1, 2, 3, 4 is shown in FIG. 16.
Die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 können beliebig konstruiert sein. Jedes der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 ist dazu fähig, Zug- oder Druckkräfte oder aber beide Kraftarten zu übertragen (primärer Zweck). Entscheidend ist ihre erfindungsgemäße Anordnung:The actuating elements 1, 2, 3, 4 can be constructed in any way. Each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 is capable of transmitting tensile or compressive forces or both types of force (primary purpose). The arrangement according to the invention is decisive:
Die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 sind mit einem Bezugssystem, hier beispielhaft mit dem Koordinatensystem XYZ, verbunden. Jedes der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 ist so mit dem drehbar gelagerten Körper 6 bzw. Körperverband 6, 7 verbunden, dass die durch sie ausgeübte Kraft exzentrisch zu allen drei Rotationsachsen Rx, Ry und Rz des Körpers bzw. Körperverbandes wirkt.The actuating elements 1, 2, 3, 4 are connected to a reference system, here for example the coordinate system XYZ. Each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 is connected to the rotatably mounted body 6 or body structure 6, 7 in such a way that the force exerted by it acts eccentrically to all three axes of rotation Rx, Ry and Rz of the body or body structure.
Die kraftübertragenden Betätigungselemente sind so auszurichten, dass bei gleichzeitigem Wirken aller Kräfte durch Variation der Kraftdosierungen wenigstens ein Zustand
erreicht werden kann, in dem der Körper 6 in Ruhe bleibt. Die letztgenannte Bedingung verdient eine nähere Erläuterung.The force-transmitting actuating elements are to be aligned in such a way that with simultaneous action of all forces by varying the force doses, at least one state can be achieved by keeping the body 6 at rest. The latter condition deserves further explanation.
Ziel dieser (etwas komplizierten) Definition ist die Vermeidung von Anordnungen von Betätigungselementen 1, 2, 3, 4, die nicht gewünschte Verdrehwirlαing auf den zu bewegenden Körper 6 bzw. Körperverband 6, 7 haben. Durch diese Anordnung, unabhängig von Form und Aufbau der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4, unterscheidet sich die Erfindung von bereits bekannten oder praktizierten Anordnungen. Sie ist somit der eigentliche Kern der Erfindung.The aim of this (somewhat complicated) definition is to avoid arrangements of actuating elements 1, 2, 3, 4 which have undesired twisting of the body 6 or body structure 6, 7 to be moved. This arrangement, regardless of the shape and structure of the actuating elements 1, 2, 3, 4, distinguishes the invention from previously known or practiced arrangements. It is therefore the very essence of the invention.
Ein Beispiel für eine wirkungslose Anordnung ist, dass alle Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 in Fig. 1 auf dem kürzesten Wege nach unten führen. Hier kann keine Verdrehung entlang der Längsachse des Körpers 6 erfolgen. Es folgt die Erläuterung der erfindungsgemäß möglichen Anordnungen.An example of an ineffective arrangement is that all actuating elements 1, 2, 3, 4 in Fig. 1 lead down the shortest way. Here there can be no rotation along the longitudinal axis of the body 6. The following explains the possible arrangements according to the invention.
Für den erfindungsgemäß primären Zweck überträgt jedes der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 die ihm zugeordnete Kraft Fi, F2, F3 und F4 auf den Körper. Jede dieser Kräfte erzeugt am Körper ein ihr zugehöriges Drehmoment Mi, M2, M3, M4. Weil jede Kraft exzentrisch zu allen drei Rotationsachsen angreift, lässt sich das von einer Kraft erzeugte Moment als Summe von Momenten um die Rx-, Ry- und die Rz-Achse darstellen. So ist beispielsweise das Moment Mi = Mιx + Mιy + Mιz . Der Drehsinn dieser Einzelmomente wird mit dem definitionsgemäß festgelegtem Drehsinn im XYZ- Koordinatensystem verglichen (siehe Fig. la). Dadurch erhalten die Einzelmomente ein Vorzeichen (Signum). Diese wurden hier als Zeilen in die Tabelle 1 eingetragen. So gilt beispielsweise für das in den Figuren 1 (a, b, c) bis 5 (a, b, c) dargestellte Beispiel beim Angreifen von reinen Zugkräften:For the primary purpose according to the invention, each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 transmits the force Fi, F 2 , F 3 and F 4 assigned to it to the body. Each of these forces generates an associated torque Mi, M 2 , M 3 , M 4 on the body. Because every force acts eccentrically on all three axes of rotation, the moment generated by a force can be represented as the sum of moments around the Rx, Ry and Rz axes. For example, the moment Mi = Mι x + Mι y + Mι z . The direction of rotation of these individual moments is compared with the direction of rotation defined in the XYZ coordinate system (see FIG. 1 a). This gives the individual moments a sign. These were entered as rows in Table 1 here. For example, for the example shown in FIGS. 1 (a, b, c) to 5 (a, b, c) when applying pure tensile forces:
Tabelle 1:Table 1:
Beim Angreifen von reinen Druckkräften invertieren sich die Vorzeichen der Drehmomente. Für das in den Figuren 1 (a, b, c) bis 5 (a, b, c) dargestellte Beispiel gilt beim Angreifen von reinen Druckkräften: When pure pressure forces are applied, the signs of the torques are inverted. For the example shown in FIGS. 1 (a, b, c) to 5 (a, b, c), the following applies when attacking pure compressive forces:
Tabelle 2:Table 2:
Die Betätigungselemente können anders als in den Zeichnungen dieser Patentschrift dargestellt konstruiert sein. Für eine funktionierende erfindungsgemäße Anordnung der Betätigungselemente gelten jedoch stets folgende Bedingungen. Es ist für die Erfindung charakteristisch, dass in beiden Tabellen 1 und 2 in jeder Signums-Spalte zwei positive und zwei negative Vorzeichen vorhanden sind. Es ist außerdem charakteristisch, dass sich die Reihenfolge der Vorzeichen in den Spalten nicht wiederholt.The actuators can be constructed differently than shown in the drawings of this patent. However, the following conditions always apply to a functioning arrangement of the actuating elements according to the invention. It is characteristic of the invention that in both tables 1 and 2 there are two positive and two negative signs in each Signums column. It is also characteristic that the order of the signs in the columns is not repeated.
Durch die unterschiedlichen Vorzeichen in jeder Spalte ist garantiert, dass bei gleichzeitigem Wirken aller Betätigungselemente wenigstens ein Zustand erreicht werden kann, in dem der Körper bzw. Körperverband in Ruhe bleibt.The different signs in each column guarantee that if all actuation elements work at the same time, at least one state can be reached in which the body or body structure remains at rest.
Bei dem Angreifen von reinen Zugkräften kann so der Ruhezustand für das Beispiel in den Fig. 1 bis 5 in jeder Lage innerhalb des Bewegungsspielraumes des Körpers 6 erreicht werden. Für das in der Figur 7 dargestellte Beispiel lässt sich der Ruhezustand beim Angreifen von Zugkräften nur erreichen, wenn der Körper 7 weitestgehend in den Körper 6 eingefahren ist und an seine Endlage stößt. Bei reinen Druckkräften wird der Ruhezustand erreicht, wenn der Körper 7 maximal aus dem Körper 6 ausgefahren ist. Diese Erklärungen dienen dem Verständnis des hier verwendeten Begriffs „Ruhezustand" und stellen keine Einschränkung hinsichtlich der Bewegungsfähigkeit der Erfindung dar.When pure tensile forces are applied, the idle state for the example in FIGS. 1 to 5 can be achieved in any position within the range of motion of the body 6. For the example shown in FIG. 7, the idle state when tensile forces are applied can only be achieved if the body 7 has largely been moved into the body 6 and has reached its end position. In the case of pure compressive forces, the state of rest is reached when the body 7 is at most extended from the body 6. These explanations serve to understand the term “idle state” used here and do not represent any restriction with regard to the mobility of the invention.
Folgende Ausführungen betreffen die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung. Die Erfindung kann zum Bau neuartiger Roboter verwendet werden. So können mehrere Körper mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen hintereinander zusammengesetzt
werden. Dann entsteht ein schlangen- oder rüsselartiges Gebilde. Mit diesem sind in der Praxis völlig neue Anwendungen möglich. Dieser „Roboterrüssel" ließe sich beispielsweise zum Schweißen an engen Stellen einsetzen. Entsprechend angebracht können mit ihm aber auch Lasten transportiert und beliebig verdreht werden. Denkbar ist auch eine schlangenartige Fortbewegung des zusammengesetzten Robotergebildes auf Untergrund oder in Flüssigkeiten.The following statements relate to the possible uses of the invention. The invention can be used to build novel robots. Thus, several bodies can be assembled one behind the other with the devices according to the invention become. Then a snake or trunk-like structure is created. With this, completely new applications are possible in practice. This "robot trunk" could, for example, be used for welding in tight spaces. If it is attached appropriately, it can also be used to transport and twist loads as desired. A snake-like movement of the assembled robot structure on the ground or in liquids is also conceivable.
In der Medizin ist ein Einsatz als ein neues endoskopisches Gerät denkbar. Dazu wird ein kleiner Manipulator (z.B. Greifer, Kamera) an einem winzigen Kugelgelenkarm befestigt. Dieser Kugelgelenkarm ist beispielsweise an einem Bowdenzug angebracht. Beide werden in den Körper eingeführt. Dort kann jetzt auf engstem Raum etwas gegriffen, geschwenkt und verdreht werden. Somit kann Erfindung mit einer künstlichen Hülle (z.B. die Hülle von Bowdenzug) und/oder mit einer natürlichen Hülle (z.B. Magen-Darm-Trakt) umschlossen sein.In medicine, use as a new endoscopic device is conceivable. For this purpose, a small manipulator (e.g. gripper, camera) is attached to a tiny ball joint arm. This ball joint arm is attached to a Bowden cable, for example. Both are introduced into the body. Something can now be gripped, swiveled and rotated in a confined space. Thus, the invention can be enclosed with an artificial casing (e.g. the Bowden cable casing) and / or with a natural casing (e.g. gastrointestinal tract).
Die Steuerung kann z.B. am anderen Ende des Bowdenzuges durch ein spiegelbildliches, aber größeres Gegenstück zum kleinen Kugelgelenkarm erfolgen. An dieser Stelle des (beispielhaften) Bowdenzugeis kann die Erfindung als „Joystick" benutzt werden. Dazu greift der Chirurg auf den entsprechend gestalteten Körper 6 bzw. 7 oder den entsprechenden Körperverband. Damit können seine Handbewegungen beispielsweise durch den Bowdenzug auf den endoskopischen Manipulator übertragen werden. Diese Anwendung der Erfindung als Messgerät für Positionen und Bewegungen oder als Übertragungsgerät von Bewegungen ist nicht auf diesen Anwendungsfall begrenzt. Auch in anderen Bereichen kann die Erfindung als neuartiger „Steuerknüppel" verwendet werden.The controller can e.g. at the other end of the Bowden cable by a mirror-image, but larger counterpart to the small ball joint arm. At this point in the (exemplary) Bowden cable, the invention can be used as a "joystick". For this purpose, the surgeon grasps the appropriately designed body 6 or 7 or the corresponding body structure. With this, his hand movements can be transmitted, for example, to the endoscopic manipulator through the Bowden cable This application of the invention as a measuring device for positions and movements or as a transmission device for movements is not limited to this application. The invention can also be used in other areas as a novel “joystick”.
Es wäre z.B. in der Handhabungstechnik sehr praktisch, wenn eine sensitiv ausgeführte erfindungsgemäße Vorrichtung (Steuerknüppel) eine aktiv ausgeführte erfindungsgemäße Vorrichtung ansteuern würde. Dies könnte geschehen, indem die Hand eines Bedieners den Körper 6 oder den Körperverband 6, 7 bewegt und sich dadurch die Position und/oder Länge der mit Sensoren ausgestatteten Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 ändert. Zum Beispiel mit Hilfe eines Computers kann ein Regelkreis umgesetzt werden, der die neuen Sensordaten an den Regelkreis als Istwerte weitergibt. Der Regelkreis bewegt daraufhin die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 der aktiv ausgeführten erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dadurch bewegt sich wiederum der zugehörige Körper 6 bezie-
hungsweise der Körperverband 6, 7. Das heißt, dass die Bewegungen der aktiv ausgeführten Vorrichtung mit den Bewegungen des Steuerknüppels synchronisiert werden.In handling technology, for example, it would be very practical if a device according to the invention (control stick) which was designed to be sensitive would control an actively designed device according to the invention. This could be done by the hand of an operator moving the body 6 or the body structure 6, 7 and thereby changing the position and / or length of the actuating elements 1, 2, 3, 4 equipped with sensors. With the help of a computer, for example, a control loop can be implemented that forwards the new sensor data to the control loop as actual values. The control loop then moves the actuating elements 1, 2, 3, 4 of the actively executed device according to the invention. This in turn causes the associated body 6 to move or approximately the body structure 6, 7. This means that the movements of the actively executed device are synchronized with the movements of the control stick.
Eine andere, ebenfalls sehr interessante Anwendung besteht in der Nutzung der Erfindung als Orthese. Patienten, die ihre Arme oder Beine z. B. aufgrund einer Operation noch nicht aktiv bewegen können, droht ein schneller Muskelverfall. Mit der Erfindung ist es möglich, den Oberschenkel oder den Oberarm in alle Positionen bewegen zu lassen und so die Muskeln zu stimulieren. Dies kann programmgesteuert geschehen. Eine weitgehende, jedoch erst zu erforschende Anwendung besteht in der Herstellung von Prothesen für amputierte Beine oder Arme.Another, also very interesting application is the use of the invention as an orthosis. Patients who have their arms or legs z. B. can not actively move due to an operation, there is a risk of rapid muscle decline. With the invention it is possible to let the thigh or the upper arm move in all positions and thus stimulate the muscles. This can be done programmatically. An extensive, but still to be researched application is the production of prostheses for amputated legs or arms.
Jedoch könnte folgende Grundidee Verwendung finden. Nervenimpulse werden beispielsweise auf der Haut eines Patienten gemessen. Die Signale werden z.B. computergestützt ungewandelt. Die neuen Signale werden auf die am menschlichen oder tierischen Körper angebrachten Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 geleitet. Dort führen sie zu einer Reaktion der Betätigungselemente. Diese Reaktion kann nun sinnvollerweise den ursprünglichen Bewegungsimpuls des Patienten verstärken. Der Patient kann also seine Gliedmaße beziehungsweise seine Prothese unter Zuhilfenahme und Verstärkung durch die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 bewegen.However, the following basic idea could be used. For example, nerve impulses are measured on a patient's skin. The signals are e.g. computer-aided unchanged. The new signals are directed to the actuating elements 1, 2, 3, 4 attached to the human or animal body. There they cause the actuators to react. This reaction can now usefully amplify the patient's original movement impulse. The patient can therefore move his limb or his prosthesis with the aid and strengthening of the actuating elements 1, 2, 3, 4.
Das kann sehr nützlich sein für an Gliedmaßen frisch operierte Patienten, deren durch den Eingriff geschädigte Muskeln nicht in der Lage sind, die eigene Gliedmaße ausreichend zu bewegen. Es ist auch möglich, unerwünschte Bewegungen der Gliedmaße beziehungsweise seine Prothese durch die erfindungsgemäße Vorrichtung mechanisch und/oder computerunterstützt zu verhindern.This can be very useful for newly operated limb patients whose muscles damaged by the procedure are unable to move their limbs sufficiently. It is also possible to prevent undesired movements of the limb or its prosthesis mechanically and / or computer-aided by the device according to the invention.
Als Energiequelle könnte z.B. ein Druckluftbehälter dienen, welcher am Patienten tragbar befestigt ist. Über einen tragbaren Computer könnten beispielsweise pneumatische Muskeln angesteuert werden.As an energy source e.g. serve a compressed air tank, which is attached to the patient portable. Pneumatic muscles, for example, could be controlled via a portable computer.
Die Fig. 17a und 17b zeigen beispielhaft diese Anwendung im orthopädischen und/oder Rehabilitationsbereich. Die zusätzliche, beliebig geformte Vorrichtung 8 verbindet hierbei die Fußpunkte der Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 fest mit dem XYZ- Koordinatensystem des Hüft-, Schulter- oder anderen Gelenkes 5. Die zusätzliche, beliebig geformte Vorrichtung 9 verbindet die Kopφunkte der Betätigungselemente 1,
2, 3, 4 fest mit dem UVW- Koordinatensystem der Gliedmaße 6 und/oder der Prothese 6. Die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 berühren und streifen sich hier untereinander und den Körper 6.17a and 17b show an example of this application in the orthopedic and / or rehabilitation area. The additional, arbitrarily shaped device 8 in this case connects the base points of the actuating elements 1, 2, 3, 4 firmly to the XYZ coordinate system of the hip, shoulder or other joint 5. The additional, arbitrarily shaped device 9 connects the head points of the actuating elements 1 . 2, 3, 4 fixed with the UVW coordinate system of the limbs 6 and / or the prosthesis 6. The actuating elements 1, 2, 3, 4 touch and graze here with each other and the body 6.
Die Betätigungselemente, der zu bewegende Körper bzw. der Körperverband können ein oder mehrere Bauteile enthalten, die federnd wirken. Sie können ebenfalls ein oder mehrere Bauteile enthalten, die schwingungsdämpfend wirken.The actuating elements, the body to be moved or the body structure can contain one or more components which act resiliently. They can also contain one or more components that dampen vibrations.
Die Erfindung lässt sich beispielsweise als Trainingsgerät für wenigstens eine Gliedmaße verwenden. Dazu gib es mehrere Optionen. Zum einen können die Betätigungselemente 1, 2, 3, 4 Federn sein oder Federn enthalten. Sie werden z.B. mittels 8, 9 am menschlichen oder tierischen Körper befestigt. Die Federn können vorgespannt werden. Dann verursacht jede Bewegung der Gliedmaße eine Gegenkraft. So können auch komplexe Beinbewegungen, z.B. sogenannte PNF-Bewegungen trainiert werden.The invention can be used, for example, as a training device for at least one limb. There are several options for this. On the one hand, the actuating elements 1, 2, 3, 4 can be springs or contain springs. You will e.g. attached to the human or animal body by means of 8, 9. The springs can be preloaded. Then every limb movement causes a counterforce. Even complex leg movements, e.g. so-called PNF movements are trained.
Eine andere Option ist die Verwendung von hintereinandergeschaltem federnden Element und einem flexiblen künstlichen Muskel in jedem der am Körper befestigen Betätigungselemente 1, 2, 3, 4. Die Federelemente können auch hier vorgespannt werden. Durch das Kontrahieren der künstlichen Muskeln spannen oder entspannen die Federelemente. Dadurch wirken Kräfte auf die Gliedmaße. Je nach Trainingsziel kann die Gliedmaße dieser Kraft folgen und mehr oder weniger passiv geführt werden.Another option is the use of a resilient element connected in series and a flexible artificial muscle in each of the actuating elements 1, 2, 3, 4 attached to the body. The spring elements can also be preloaded here. The spring elements tension or relax by contracting the artificial muscles. As a result, forces act on the limb. Depending on the training goal, the limb can follow this force and be guided more or less passively.
Eine andere Möglichkeit ist, dass sich die Gliedmaße gegen den aufgebrachten Druck bewegen soll. Das ist eine typische Übung aus der Physiotherapie: Der Therapeut bringt einen konstanten Druck auf die Gliedmaße, der Patient soll dagegen bewegen. Diesen Prozess kann man programmgesteuert gestalten und von der Erfindung übernehmen lassen.Another possibility is that the limb should move against the pressure applied. This is a typical exercise from physiotherapy: the therapist puts constant pressure on the limbs, the patient should move against it. This process can be designed programmatically and can be taken over by the invention.
In Robotik gibt es das sogenannte „Teaching". Hierbei wird manuell ein bestimmter Bewegungsablauf des Roboters eingeübt. Dieser Bewegungsablauf wird in einem Computer gespeichert. Er kann optimiert und beliebig wiederholt werden. Das ist auch mit der Erfindung möglich: Der Therapeut führt die Gliedmaße in einem gewünschten Bewegungsablauf. Dieser kann optimiert und wiederholt werden.
Die Erfindung kann auch völlig ohne Antriebselemente oder Messsensoren ausgestattet sein. Sie kann ähnliche Aufgaben übernehmen wie beispielsweise das schwenkbare Gestell einer Zahnarztlampe. Das heißt, sie kann zum Bewegen und Halten von Dingen verwendet werden.In robotics there is the so-called "teaching". Here, a specific movement sequence of the robot is practiced manually. This movement sequence is stored in a computer. It can be optimized and repeated as often as required. This is also possible with the invention: the therapist introduces the limbs a desired movement sequence, which can be optimized and repeated. The invention can also be equipped completely without drive elements or measuring sensors. It can take on tasks similar to the swiveling frame of a dentist's lamp. That is, it can be used to move and hold things.
Auch in der Nanotechnologie könnte eine Anwendung in Frage kommen. Hier wurden in jüngster Zeit „Nanomuskeln" entwickelt. Durch die Erfindung wären Drehbewegungen in winzigen Dimensionen möglich.An application could also be considered in nanotechnology. "Nanomuscles" have recently been developed here. The invention would make it possible to rotate in tiny dimensions.
Die Erfindung kann auch zum Bau neuartiger Flugapparate genutzt werden. An dem Kugelgelenkarm können dann Flügel befestigt sein. Erstmals in der Technikgeschichte ist damit die Umsetzung von Flügelbewegungen, wie sie in der Natur bei Vögeln oder Insekten vorkommen, möglich. Es können auch andere künstliche Gliedmaßen, wie künstliche Arme, künstliche Beine und künstliche Flossen an der erfindungsgemäßen Vorrichtung befestigt werden.The invention can also be used to build new types of aircraft. Wings can then be attached to the ball joint arm. For the first time in the history of technology, it is now possible to implement wing movements, such as those that occur naturally in birds or insects. Other artificial limbs, such as artificial arms, artificial legs and artificial fins, can also be attached to the device according to the invention.
Die messtechnische Erfassung der Position des Körpers bzw. Körperverbandes kann durch die Messung von vier Bezugslängen vorgenommen werden. Diese Bezugslängen sind Distanzen zwischen Punkten auf dem drehbar gelagerten Körper und Punkten im Bezugskoordinatensystem XYZ. Mit diesen Bezugslängen lassen sich erfindungsgemäß die Verdrehungen und Verschiebungen (Transformationen) des Körpers bzw. des Körperverbandes berechnen.The measurement of the position of the body or body association can be carried out by measuring four reference lengths. These reference lengths are distances between points on the rotatably mounted body and points in the reference coordinate system XYZ. With these reference lengths, the twists and displacements (transformations) of the body or body association can be calculated according to the invention.
Abschließend sei ganz besonders darauf hingewiesen, dass die zuvor erläuterten Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dienen, diese jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränken.
In conclusion, it should be particularly pointed out that the exemplary embodiments explained above serve only to discuss the teaching according to the invention, but do not restrict it to these exemplary embodiments.
Claims
1. Vorrichtung zum Bewegen eines Körpers (6) oder eines Körperverbandes (6, 7) durch Betätigungselemente (1, 2, 3, 4), wobei die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) durch Bewegungen Kräfte auf den Körper (6) beziehungsweise auf den Körperverband (6, 7) übertragen, d a du r c h gekennzeichnet, dass vier Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) unmittelbar oder mittelbar an dem Körper (6) oder an dem Körperverband (6, 7) angreifen und dass durch das Zusammenwirken der einzelnen Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) der Körper (6) im Raum drehbar und/oder schwenkbar ist, beziehungsweise der Körperverband (6, 7) im Raum drehbar und/oder schwenkbar und zusätzlich in sich beweglich ist.1. Device for moving a body (6) or a body structure (6, 7) by actuating elements (1, 2, 3, 4), the actuating elements (1, 2, 3, 4) being moved by forces on the body (6 ) or to the body dressing (6, 7), since you are characterized by the fact that four actuating elements (1, 2, 3, 4) act directly or indirectly on the body (6) or on the body dressing (6, 7) and that by the interaction of the individual actuating elements (1, 2, 3, 4) the body (6) can be rotated and / or pivoted in space, or the body structure (6, 7) can be rotated and / or pivoted in space and is additionally movable in itself ,
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) in bis zu drei rotatorischen Freiheitsgraden beweglich gelagert ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the body (6) is movably mounted in up to three rotational degrees of freedom.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperverband (6, 7) mindestens zwei gelenkig miteinander verbundene Elemente umfasst.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the body structure (6, 7) comprises at least two articulated elements.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperverband (6, 7) wenigstens einen translatorischen Freiheitsgrad enthalten kann.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the body structure (6, 7) can contain at least one translational degree of freedom.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperverband (6, 7) einen rotatorischen Freiheitsgf ad enthalten kann.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the body structure (6, 7) can contain a rotational freedom Gf ad.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) und/oder der Körper (7) biegesteif sein kann.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the body (6) and / or the body (7) can be rigid.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (6) und/oder der Körper (7) elastisch sein kann.7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the body (6) and / or the body (7) can be elastic.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) derart angeordnet sind, dass ein eindeutiger Zu- sammenhang zwischen der Anordnung und/oder der Länge der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) einerseits und der Position und Ausrichtung des Körpers (6) beziehungsweise des Körperverbandes (6, 7) andererseits besteht.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the actuating elements (1, 2, 3, 4) are arranged such that a clear access There is a connection between the arrangement and / or the length of the actuating elements (1, 2, 3, 4) on the one hand and the position and orientation of the body (6) or the body structure (6, 7) on the other hand.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Körper (6) abgewandten Fußpunkte der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) beliebig im Raum angeordnet sind.9. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the base points (6) facing away from the actuating elements (1, 2, 3, 4) are arranged as desired in space.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angreifen von Zugkräften an den Betätigungselementen (1, 2, 3, 4) oder durch die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) eine Vorzeichenmatrix der resultierenden Drehmomente am Körper (6) nach Tabelle 1 entsteht.10. The device according to one of claims 1 to 9, characterized in that when attacking tensile forces on the actuating elements (1, 2, 3, 4) or by the actuating elements (1, 2, 3, 4) a sign matrix of the resulting torques on Body (6) according to Table 1 is created.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Angreifen von Druckkräften an den Betätigungselementen (1, 2, 3, 4) oder durch die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) eine Vorzeichenmatrix der resultierenden Drehmomente am Körper (6) nach Tabelle 2 entsteht.11. The device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that when pressure forces act on the actuating elements (1, 2, 3, 4) or by the actuating elements (1, 2, 3, 4) a sign matrix of the resulting torques on Body (6) according to Table 2 is created.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass dem Körper (6) beziehungsweise dem Körperverband (6, 7) beliebige Befestigungskonstruktionen zugeordnet sind, an welchen die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) angreifen.12. Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the body (6) or the body structure (6, 7) are assigned any fastening structures to which the actuating elements (1, 2, 3, 4) act.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungskonstruktionen beliebig vom Körper (6) oder vom Körperverband (6,7) abragen können.13. Device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the fastening structures can protrude as desired from the body (6) or from the body structure (6, 7).
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungselemente längenveränderbar sind.14. Device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the fastening elements are variable in length.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) wenigstens einen elektrischen, elektromechanischen, elektrohydraulischen, pneumatischen, hydraulischen, magnetischen oder anderen Aktor enthalten kann. 15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can contain at least one electrical, electromechanical, electrohydraulic, pneumatic, hydraulic, magnetic or other actuator.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) wenigstens einen sogenannten pneumatischen Muskel, chemischen Muskel oder einen anderen flexiblen Zugaktor enthalten kann.16. Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can contain at least one so-called pneumatic muscle, chemical muscle or another flexible pull actuator.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) ein Gestänge sein kann.17. Device according to one of claims 1 to 16, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can be a linkage.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) flexible Elemente wie Seile, Fäden, Drähte und dergleichen enthalten können.18. Device according to one of claims 1 to 17, characterized in that the actuating elements (1, 2, 3, 4) can contain flexible elements such as ropes, threads, wires and the like.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) wenigstens ein federndes Element enthalten kann.19. Device according to one of claims 1 to 18, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can contain at least one resilient element.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) elastisch sein kann.20. Device according to one of claims 1 to 19, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can be elastic.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) wenigstens ein schwingungs- dämpfendes Element enthalten kann.21. Device according to one of claims 1 to 20, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can contain at least one vibration-damping element.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) und/oder die Körper (6, 7) von einer natürlichen oder künstlichen Hülle umschlossen werden können.22. Device according to one of claims 1 to 21, characterized in that the actuating elements (1, 2, 3, 4) and / or the body (6, 7) can be enclosed by a natural or artificial shell.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie endoskopisch in Organismen eingesetzt werden kann.23. Device according to one of claims 1 to 22, characterized in that it can be used endoscopically in organisms.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dreh- und/oder Schwenkbewegungen des Körpers (6) beziehungsweise die Dreh- und/oder Schwenkbewegungen und/oder die innere Bewegung des Körperverbandes (6, 7) messtechnisch erfassbar sind. 24. Device according to one of claims 1 to 23, characterized in that the rotational and / or pivoting movements of the body (6) or the rotational and / or pivoting movements and / or the internal movement of the body structure (6, 7) can be measured are.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) wenigstens einen Weg-, Ab- stands-, Winkel-, Geschwindigkeits-, Kraft- oder anderen Sensor enthalten kann.25. Device according to one of claims 1 to 24, characterized in that at least one of the actuating elements (1, 2, 3, 4) contain at least one displacement, distance, angle, speed, force or other sensor can.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren die Länge, die Position oder andere geometrische Größen der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) messen können.26. Device according to one of claims 1 to 25, characterized in that the sensors can measure the length, the position or other geometric sizes of the actuating elements (1, 2, 3, 4).
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren physikalische Größen zur indirekten Ermittlung der Länge oder anderer geometrischer Größen der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) messen können.27. Device according to one of claims 1 to 26, characterized in that the sensors can measure physical variables for indirect determination of the length or other geometric variables of the actuating elements (1, 2, 3, 4).
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) computersteuerbar sind.28. Device according to one of claims 1 to 27, characterized in that the actuating elements (1, 2, 3, 4) are computer-controlled.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Steuerknüppel eingesetzt werden kann.29. Device according to one of claims 1 to 28, characterized in that it can be used as a joystick.
30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass von außen Kräfte auf den Körper (6) beziehungsweise auf den Körperverband (6, 7) einwirken können, welche die Position, die Länge und/oder die Ausrichtung der Betätigungselemente verändern können.30. Device according to one of claims 1 to 29, characterized in that external forces can act on the body (6) or on the body structure (6, 7), which change the position, the length and / or the orientation of the actuating elements can.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie mittels Sensoren an den Betätigungselementen (1, 2, 3, 4) Sollwerte über wenigstens einen Regelkreis an wenigstens eine andere erfindungsgemäße Vorrichtung führen kann, deren Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) Aktoren enthalten.31. Device according to one of claims 1 to 30, characterized in that by means of sensors on the actuating elements (1, 2, 3, 4) it can lead setpoints via at least one control circuit to at least one other device according to the invention, the actuating elements (1, 2 , 3, 4) Actuators included.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindung des Körpers (6) mit Körper (7) wenigstens ein zusätzliches kraftübertragendes Betätigungselement vorhanden sein kann.32. Device according to one of claims 1 to 31, characterized in that in the connection of the body (6) with the body (7) at least one additional force-transmitting actuating element can be present.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass dem Körper (6) oder dem Körperverband (6, 7) ein Greifer oder ein sonstiges Werkzeug zugeordnet ist. 33. Device according to one of claims 1 to 32, characterized in that the body (6) or the body structure (6, 7) is associated with a gripper or other tool.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Körper (6) beziehungsweise Körperverbände (6, 7) hintereinander angeordnet und beweglich miteinander verbunden sind und jedem der Körper (6) beziehungsweise jedem der Körperverbände (6, 7) Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) zugeordnet sind.34. Device according to one of claims 1 to 33, characterized in that a plurality of bodies (6) or body associations (6, 7) are arranged one behind the other and movably connected to one another and each of the bodies (6) or each of the body associations (6, 7) Actuators (1, 2, 3, 4) are assigned.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass sie als künstliches Bein, künstlicher Arm, künstliche Flosse, künstlicher Flügel oder andere künstliche Gliedmaße in Robotern oder anderen technischen Geräten eingesetzt werden kann.35. Device according to one of claims 1 to 34, characterized in that it can be used as an artificial leg, artificial arm, artificial fin, artificial wing or other artificial limb in robots or other technical devices.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) an wenigstens einer menschlichen, tierischen oder künstlichen Gliedmaße (6) befestigt werden können.36. Device according to one of claims 1 to 35, characterized in that the actuating elements (1, 2, 3, 4) can be attached to at least one human, animal or artificial limb (6).
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Vorrichtung (8) die Fußpunkte der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) fest mit dem XYZ-Koordinatensystem des Hüft-, Schulter- oder anderen Gelenkes (5) verbindet.37. Device according to one of claims 1 to 36, characterized in that the additional device (8) the base points of the actuating elements (1, 2, 3, 4) fixed to the XYZ coordinate system of the hip, shoulder or other joint ( 5) connects.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Vorrichtung (9) die Kopφunkte der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) fest mit dem UVW- Koordinatensystem der Gliedmaße (6) verbindet.38. Device according to one of claims 1 to 37, characterized in that the additional device (9) firmly connects the heads of the actuating elements (1, 2, 3, 4) with the UVW coordinate system of the limbs (6).
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) untereinander berühren können.39. Device according to one of claims 1 to 38, characterized in that the actuating elements (1, 2, 3, 4) can touch one another.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) den Köφer (6) oder den Körperverband (6,7) berühren kann.40. Device according to one of claims 1 to 39, characterized in that each of the actuating elements (1, 2, 3, 4) can touch the body (6) or the body structure (6, 7).
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Trainingsgerät für eine aktiv arbeitende Gliedmaße (6) eingesetzt werden kann.41. Device according to one of claims 1 to 40, characterized in that it can be used as a training device for an actively working limb (6).
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an ihr die Gliedmaße (6) passiv geführt werden kann. 42. Device according to one of claims 1 to 41, characterized in that the limbs (6) can be guided passively in or on it.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Gliedmaße (6) computergesteuert geführt werden kann.43. Device according to one of claims 1 to 42, characterized in that the limbs (6) can be guided under computer control.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschten Bewegungen der Gliedmaße (6), beziehungsweise des Köφers (6) und beziehungsweise des Köφerverbandes (6, 7) wie in der Robotik üblich, in einem sogenannten „Teachingprozess" programmiert werden können.44. Device according to one of claims 1 to 43, characterized in that the desired movements of the limbs (6), or of the body (6) and or of the body association (6, 7) as usual in robotics, in a so-called "teaching process "can be programmed.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass Nervenimpulse gemessen und mittels der Betätigungselemente (1, 2, 3, 4) kraftverstärkt auf die Gliedmaße (6) übertragen werden können.45. Device according to one of claims 1 to 44, characterized in that nerve impulses can be measured and transmitted by means of the actuating elements (1, 2, 3, 4) with increased force to the limbs (6).
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass unerwünschte Bewegungen der Gliedmaße mechanisch und/oder computergesteuert vermieden werden können.46. Device according to one of claims 1 to 45, characterized in that undesirable movements of the limbs can be avoided mechanically and / or computer-controlled.
47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Prothese eingesetzt werden kann.47. Device according to one of claims 1 to 46, characterized in that it can be used as a prosthesis.
48. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Orthese eingesetzt werden kann.48. Device according to one of claims 1 to 47, characterized in that it can be used as an orthosis.
49. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 48, dadurch gekennzeichnet, dass sie zum Halten und/oder Bewegen von Gegenständen verwendet werden kann.49. Device according to one of claims 1 to 48, characterized in that it can be used for holding and / or moving objects.
50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 49, dadurch gekennzeichnet, dass sie in der Nanotechnologie eingesetzt werden kann. 50. Device according to one of claims 1 to 49, characterized in that it can be used in nanotechnology.
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