WO2011104038A1 - Getriebe - Google Patents

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Publication number
WO2011104038A1
WO2011104038A1 PCT/EP2011/000998 EP2011000998W WO2011104038A1 WO 2011104038 A1 WO2011104038 A1 WO 2011104038A1 EP 2011000998 W EP2011000998 W EP 2011000998W WO 2011104038 A1 WO2011104038 A1 WO 2011104038A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
connection
elements
transmission according
leg
transmission
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/000998
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tilo Förster
Günther Greve
Roland Behrens
Norbert Elkmann
Markus Fritzsche
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.
Publication of WO2011104038A1 publication Critical patent/WO2011104038A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J17/00—Joints
    • B25J17/02—Wrist joints
    • B25J17/0258—Two-dimensional joints
    • B25J17/0266—Two-dimensional joints comprising more than two actuating or connecting rods
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/46—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides with movements in three dimensions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H23/00—Wobble-plate gearings; Oblique-crank gearings

Definitions

  • the invention is in the field of mechanical engineering and is more particularly concerned with the formation of joints or gears for transmitting a movement.
  • the object of the present invention is therefore to provide a transmission and a gear arrangement for transmitting even complex movements, with a high stability and robustness.
  • This initially relates to a transmission for transmission between a first connection element and a second connection element, wherein angular position and / or Distance between the connection elements is adjustable to each other.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides a so-called multi-joint, which in addition to the adjustment of the angular position also a
  • connection elements are either almost directly stacked on top of one another in the "contracted” state and can have a very wide separation in the "exploded" state.
  • Such a transmission is a transmission for transmission between a first connection element and a second connection element, wherein angular position and / or distance of the connection elements is adjustable to one another and on the other hand, preferably three pairs of legs are attached to the first connection element on the one hand and on the second connection element, wherein each pair of legs one a first and a second leg, wherein the first leg is connected via a first tilting arrangement with the first connection element and the second leg via a second tilting arrangement with the second connection element and between the first and second leg a compensating joint is provided, each pair of legs at least one drive for adjustment and / or fixation the angular position of at least one leg of the respective leg pair is given.
  • first and / or second tilting arrangement are designed as one or two tilting joints or as a continuous hinge.
  • a cost-effective and stable design is possible, there is only one rotational degree of freedom here.
  • This one-to-one relationship between relative coordinates and the instantaneous configuration of the joint avoids a kinematic overdetermination of the joint or of the transmission, and thus motion sequences of the joint can be clearly and simply parameterized.
  • the possible movements of the joint include, in particular, circular-path-shaped relative movements of the connection elements, typical grooving, lengthening and shortening of the joint 000998
  • Pivot axes of the tilting arrangements are substantially radial, tangential or secantial (i.e., intermediate positions in the sense of a secant) with respect to a circle.
  • the pivot axes of the tilting arrangement point, for example, to a central point approximately in the middle of the respective connection element.
  • the advantage of this radial variant is that, in particular when reducing the distance between the first spacer element and the second spacer element, the pairs of legs do not have to be moved radially outward over the edge line of the connecting elements in the region of the compensating joints and thus a more compact design is possible.
  • the hinge axes are represented as tangents of a circle around the center (area center) of the connection element. This variant is particularly useful when it comes to a particularly high mechanical stress and sufficient space is available.
  • a rotationally acting drive motor acts on a leg in the region of Kippan order to rotate this leg.
  • an electric motor with a drive pinion which drives directly or via a gear transmission then another gear on the axis of the tilting assembly, said gear is fixedly connected to one leg of the pair of legs and thus the angular position of this leg pair (and thus the connection length of the leg pair between the two connection elements) changed.
  • a transmission for transmitting a movement between a first and a second connection element in which only the angular position and not an additional translation is adjustable.
  • the connection elements are staggering against each other movable, wherein between the connection elements, a bearing element is provided which supports the connection elements against each other.
  • a spacer element with fixed dimensions is provided which can be positioned in a controlled manner between the connection elements at a distance from the bearing element such that the connection elements assume a desired angular position with support on the spacer element and the bearing element.
  • connection elements typically formed by disks or plates
  • the position of two connection elements is not realized by expansion or compression of spacer elements, but rather by the targeted positioning of a spacer.
  • Stands implantations at a point between the connecting elements, wherein the angle between the connecting elements by the set distance of the connecting elements on the bearing element on the one hand, the set distance of the connecting elements on the spacer element on the other hand and the distance between the bearing element and the spacer element is fixed.
  • connection elements for example, by providing a flange prevents the pivoting of the connection elements in a plane.
  • angle between the connecting elements is dimensioned such that they are also supported against the bearing element and the spacer element against each other.
  • the spacer element is immutable with respect to its dimensions, it can be made very stable and thus be completely unyielding in the effect of adverse forces on the transmission.
  • the bearing element may be nostinunver shortlich, so that in the region of the bearing element, the distance between the connection elements is fixed and kept stable.
  • the position of the spacer element in the transverse direction to the connecting line between the spacer element and the bearing element, in particular on a circular arc around the bearing element is variably executable.
  • a movement of the spacer element along a line in the transverse direction to the connecting line between the spacer element and the bearing element a tumbling motion of the two connection elements relative to one another is possible without changing the inclination of the scanning elements relative to one another.
  • the position of the spacer element is variable with respect to the distance to the bearing element (ie, all distances must be such that the rolling bodies with the circumference are in relation to their partial circle diameters; - hold and can be variable executable).
  • connection elements each in the
  • Spacer element Area of the spacer element have a different distance from each other than in the region of the bearing element.
  • the spacer element should therefore advantageously have fixed but different dimensions than the bearing element, seen in the direction of the connecting line between the connecting elements.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the spacer element has two rolling elements, one of which rolls on each one of the connecting elements.
  • the rolling elements may for example be provided as rotatably mounted wheels to allow movement in the desired directions.
  • the rolling elements are designed as gears and are each with a tooth structure on one of the connecting elements in engagement.
  • Tooth structure easily detectable and adjustable.
  • the spacer element can also be attached to a pivotable about the bearing element arm.
  • a symmetrical wobbling movement of the connecting elements relative to one another takes place at a constant distance from the bearing element.
  • the spacer can be made longer than the bearing element, so that the connection elements on the opposite side of the spacer gerettis have their smallest relative distance from each other and there can be supported on a separate tread or tooth shape together.
  • the connecting elements each carry a sprocket with a spur gear teeth, each with one of the
  • connection elements are held together in the region of the bearing element, in particular by means of a tensioning element.
  • a clamping element for example, a wire or a rope or a chain can be provided.
  • the corresponding rolling element so in particular a gear, arranged on a shaft of the motor and thereby be driven.
  • it can drive the further rolling element when the two rolling elements are in engagement with one another, but on the other hand, they also provide for unrolling on a tooth structure of the connecting elements.
  • the invention also relates to a gear arrangement in the form of a flexible joint or robot arm with at least two gears of the type according to the invention, wherein at least two connection elements of adjacent transmissions are rigidly connected to one another or combined to form a single connection element.
  • each of the individual gears of the manipulation arm can be given by each of the embodiments or embodiments described above, ie in particular by a multi-link or a gear with wobbling against each other movable connection elements (wobble joint).
  • a common clamping element can be provided for combining the individual gear, which passes through several, in particular all connection elements.
  • a control device can be provided which controls at least two, in particular all motors, which are assigned to the individual spacer elements.
  • the individual motors can be controlled depending on the desired position of the manipulation arm and also according to certain movement specifications.
  • the controller can realize almost any combination of positions of individual segments.
  • the total movement can be controlled, for example, with regard to the smallest possible curvature diameter of the arm or to optimized movement speed. It can also minimize the overall movement effort or maximize the load stability.
  • the outer surface of the overall structure of the arm is always the same at the wobble joint, therefore, for the coat z. B. a textile skin can be used.
  • FIGS. laa are identical to FIGS. laa.
  • Fig. 3 shows another embodiment of a flex joint according to the invention.
  • FIG. 4 shows a robot arm / manipulation arm, which consists of a plurality of segments
  • FIG. 6 is a view of the transmission of FIG. 5 from one side
  • Fig. 8 is a side view of a transmission in a section
  • Fig. 9 is a flex joint, consisting of two
  • FIG. 1 a describes a transmission 100 according to the invention, which has a first connection element 105 and a second connection element 106. Between these connection elements, three pairs of legs are distributed rotationally symmetrically over the circumference of the connection elements.
  • the leg pairs consist on the one hand each of a leg 101 which is pivotally connected to the first connection element via two tilting joints. In the present case, this leg is essentially flat and triangular, but may also have other embodiments.
  • This leg is provided in its upper part with a compensating joint 108 which forms an articulated connection to the second leg 102, which in turn via Kippgelenke 104a, 104b (these are the same structure as the Kippgelenke 103a, 103b) connected to the second connection element 106 is.
  • the compensating joint 108 can be provided by a ball joint, by three preferably orthogonal axes, which preferably have a common point of intersection, or by a soft, deformable and / or intrinsically elastic material.
  • the leg 101 also has in the region of the balancing joint a connection to a translationally acting motor 107, the other side of this translationally acting motor is attached (preferably articulated) to the connection element 105.
  • the engine may preferably be configured as a hydraulic drive or as an electric linear drive.
  • connection element 106 is strongly angularly displaced relative to the connection element 105. It is easy to see, for example, in the case of the right front leg 101, which lies almost horizontally on the same plane as the connection element 105, a merely uniaxial state of movement relative to the connection element 105 is given. This is because the joints 103a, 103b are rotatable only in one plane. However, this also allows a very stable design. Possible compensatory movements are made by the triaxial
  • Balancing joints 108 between the legs 101 and 102 are initially allow a rotation corresponding to the joints 103a and 103b. In addition, however, they still allow a rotation of the legs 101 and 102 (for example, in the case of straight legs 101, 102, which are thus arranged in axial alignment, a rotation about this axial axis). In this way, on the one hand, a very stable arrangement is provided, but on the other hand, the necessary compensation is always possible so that there is no damage due to mechanical stresses of the multi-link, even with a strong adjustment of the angular position. This is indicated by Figs. laa to lac clarifies.
  • FIG. 1a shows a plan view of a pair of legs 101, 102, in which, according to the illustrated arrow, the legs 101, 102 are rotatable relative to one another. The same applies to the corresponding side view according to FIG. 1c. Finally, FIG. 1c shows the mutual rotation of the legs 101, 102 through the dashed axis shown.
  • the compensating joint 108 may be realized by a ball joint or include a ball joint. But it is also possible that the compensating joint is given by a soft, deformable material or is given by such. This material preferably also has elastic properties.
  • FIG. 1b shows a further shift state between the connection elements 105 and 106. It can be seen here that the distance between the two connection elements is relatively small, an angular displacement almost does not occur, primarily a translatory and parallel approach of both connection elements.
  • connection elements 105, 106 are again parallel, but have maximum distance from each other.
  • FIG. 1 d shows a further embodiment of the invention (see also below for clarification FIG. 2 b), which is identical to the joint arrangements, but these joint arrangements are positioned differently on the corresponding connection elements.
  • This is an arrangement in which the axes 103a, 103b and 104a, 104b are arranged so that their alignment lines run radially substantially to the center of the respective connection element.
  • connection elements 105, 106 determine.
  • 1f schematically shows a plan view of the connecting element 105 with the drives 107 fastened thereto, although only the legs 101 and their joints 103a, 103b are shown and not the rest of the pair of legs.
  • Fig. Lg a flat position of the respective motors is shown.
  • a uniaxially rotatable bolt is arranged, which has a bore into which the corresponding part of the compensating joint 108 can engage, thus the legs 101 and 102 axially additionally rotate against each other and thus a geometric compensation in arbitrary translation and
  • FIG. 1h shows a side view corresponding to FIG. In particular, it is easy to see how flat the drives 107 are.
  • FIG. 1i shows a corresponding side view with installed motors 107.
  • FIG. 11 additionally shows the upper connection element 106, matching the illustrated remaining elements in FIGS. lg, lh, ii. It can be seen how in the area of the compensating joint 108 belonging to the compensating joint rotatable axle bolt 113 (see Fig. Lg) with the pivot 114 is connectable by a corresponding bolt, which is not shown here (this bolt would by the in 1g in part 113 and also through the holes in part 114 shown in FIG. 1j to form the corresponding counterbalancing joint). In Fig. Lj is also good to see that the part 114, as illustrated by the direction of the arrow, is rotatable about its own axis.
  • the compensating joint 108 shown is arranged for compensating movements about three axes of rotation, which in this example are oriented orthogonally to one another.
  • the axes of rotation mentioned are given by the rotatable axle bolt 113, the bolt guided through the hole in the part 113 and the own (longitudinal) axis of the compensating joint 118.
  • the compensating joint could also be provided by a ball joint.
  • Figure lk shows an assembled form of the parts (eg, as shown in Figures lg and lj) showing a primary translational displacement state.
  • the in Fign. la to lk shown multi-joints have mechanically very desirable properties.
  • several of these multi-joints can be coupled one behind the other, for example to a trunk-shaped manipulation arm, with which trunk-like movement sequences can be carried out, thus for example circular relative movements of adjacent connection elements of the manipulation arm, as well as extensions and cuts of the individual multi-joints.
  • connection elements 111 and 111 Due to the simple installation also a scaling of individual multi-joints is possible. Thus, the size of the coupled joint units can be changed so that it decreases toward the trunk tip. So it would be possible, for example, connection elements 111 and
  • connection elements 105 and 106 are significantly larger than the connecting elements 111 and 112. The same applies to the distances between the respective joints 103a, 103b and the lengths of the joints
  • connection elements 111 and 112 a "shrunken" version of a multi-cleft at the trunk tip is established by the connection elements 111 and 112 and the kinematics therebetween in relation to the larger version of the connection elements 105, 106 and the kinematics therebetween.
  • the scaling can be done continuously, d. h., That, for example, the connection elements 109, 110 form an intermediate size with respect to the sizes 105, 106 on the one hand and 111, 112 on the other.
  • Leg 101, 102 and the connection elements 105, 106 is mechanically advantageous and, as already described above, necessary for the avoidance of a kinematic overdetermination of the joint.
  • the uniaxial pivot bearings have only one degree of freedom and can be very stable, also designed as a one-piece hinge.
  • a compensating joint has three rotational degrees of freedom (axes of rotation).
  • These degrees of freedom can be realized by a ball joint of the compensating joint, by a soft, deformable, preferably elastic material or by three rotatably mounted axes of the joint.
  • these rotatably mounted axes which can also be referred to as axes of rotation for short, are preferably aligned orthogonally with respect to one another in order to avoid mechanical stresses on the joint as completely as possible.
  • Such compensating joints allow, in particular, a circular movement of the second connecting plate relative to the first connecting plate even when the first and second tilting arrangements (103a, 103b) each have only one rotational degree of freedom, ie in each case by a simple but mechanically very stable Hinge are given.
  • connection elements 105, 106 are advantageous. This would not be possible if, for example, a universal joint were provided between the connecting element 105 embodied as a base plate and the leg 101.
  • the drive is done for example by a linear drive, which is given between connection element and compensating joint 108.
  • This offers the advantage of a favorable force-displacement characteristic for the drive, since the drive can act directly on the joint between the two legs 101, 102.
  • the advantage of the multi-joint according to the invention is a high resistance to twisting and tilting, since the
  • Connection elements 105, 106 not without movement of Motors against each other translational or can be moved angularly. This is a serious advantage with respect to other conceivable arrangements in which, for example, several cardan joints would be provided in a pair of legs 101, 102.
  • three pairs of legs are provided with identical structure, but here are also other arrangements conceivable, for example, a different number of pairs of legs or mixed arrangements in which some leg pairs are linearly driven and other rotational ( see below) .
  • Embodiments with exactly three leg pairs have over embodiments with more than three
  • Pair of legs have the advantage that a kinematic overdetermination of the transmission can be avoided.
  • the orientation of the two connection elements relative to each other can be clearly determined by three sizes, for example by the distance between the two connection elements (approximately measured with respect to their respective centers) and two angles that describe the relative tilting of the two connection elements.
  • the configuration of the three pairs of legs can be determined uniquely by three variables if they are connected to the connection carriers by means of hinges (in each case only one rotational degree of freedom), for example via the distance between the compensation elements and the center of one of the two connection elements.
  • Fig. 2a shows a plan view of the connection element 105 in a schematic manner.
  • dashed lines each hinge axes are shown, which extend through the respective joints 103a, 103b in alignment. It can be seen that these dashed lines are a 998
  • connection element 105 form an isosceles triangle or represent tangents of a circle, this circle presently forms a circle around a surface center point of the connection element 105.
  • the drive of the legs can, as shown in Figs. la-lk shown by translationally acting motors 107 done. However, it is also possible that this is done via a rotary-acting motor 115, which has a drive pinion, which another
  • Gear 116 which is rotatably connected to the leg 101, drives. In this way, a particularly flat-construction drive can be achieved.
  • Fig. 2b indicates an alternative arrangement of the leg pairs, in which case the connecting axes of the joints 103a ', 103b' form a star-shaped arrangement, i. (idealized) in the center of area of the alternative connection element 105 'converge. Also in this arrangement is an alternative
  • Pair of legs in the region of the compensating joint 108 acts, or alternatively a rotationally acting motor 113-5 possible, which drives a rotatably connected to the leg 101 gear.
  • a rotationally acting motor 113-5 possible, which drives a rotatably connected to the leg 101 gear.
  • Fig. 3 shows an expanded arrangement of a joint, in which the connection elements 105 and 106 are shown; In addition, further identical arrangements (106-109, 109-110, 110-111 and 111-112) are provided.
  • This structure with many elements allows maximum flexibility.
  • the segmentation of this manipulator is individually adjustable by the control of individual joints. A desired flexibility in the joints is to be provided mechanically or also by additional, interposed modules or a flexible connection of the segments possible.
  • Fig. 4 illustrates a robot arm, which consists of nine segmented juxtaposed individual transmissions, each of the transmission two connection elements 5, 6 are assigned in the form of discs and wherein between adjacent connection elements each spacer elements (3, 4) in the form of gear pairs - are ordered.
  • the gear pairs 3, 4 are differently positioned in individual transmissions, so that a total of straight and curved at the top results for the robot arm / manipulation arm. Depending on the desired length of such a robot arm and on the range of motion required for practical use, the necessary number of individual gears can be combined to construct such a robot arm.
  • the connection elements 5, 6 of a transmission are also connected by means of a bearing element 7. The shape of the bearing element 7 will be discussed in more detail below.
  • the bearing elements can in each case have spherical end surfaces facing the connection elements, on which corresponding bearing shells lie and which have a passage opening, which in each case points in the longitudinal direction of the robot arm, so that all bearing elements of the robot arm arms are connected by means of a clamping element.
  • the transmission 1 shown in Fig. 4 below for example, be attached to a base of a robot, while arranged at the free end of the arm last gear 8, for example, a tool or a sensor or a camera carries.
  • the individual spacer elements are drivable by means of a plurality of motors, each of which is associated with a transmission, such that the arm is selectively movable and positionable.
  • Fig. 5 shows in more detail a single gear with a first connecting element 5 in the form of a first
  • the connecting plates 5, 6 in the form of a second connecting plate 6, which communicate with each other via the bearing element 7.
  • the connecting plates 5, 6 have recesses 9, 10 in a circular shape, which serve to save material and to save mass to accelerate the arm faster and can move.
  • the openings may favor the exchange of air and thus the engine cooling of the individual motors and serve to lead lines.
  • an arm 11 On the bearing element 7, which is rotatable about the connecting axis between the connecting plates 5, 6, an arm 11 is fixed, which is thus pivotable about a central axis of the connecting plates 5, 6.
  • the tooth crowns 15, 16 are circular centric around the bearing element
  • the gear 14 is also with the Shaft of a drive motor 17 connected, which is designed as an electric motor.
  • the engine may also be designed as a pneumatic motor.
  • the motor 17 When the motor 17 is put into operation, it drives the gear 14, which simultaneously drives the gear 13 and generates a relative movement to the ring gear 15.
  • the gear 13 also rolls off the tooth crown 16, so that the spacer element 13, 14 moves on the circumference of the two connecting disks 5, 6.
  • the motors of individual transmissions are connected by means of electrical or pneumatic lines to a control device, not shown.
  • the corresponding lines can be guided, for example, through the openings 9, 10 along the robot arm.
  • Fig. 6 shows in detail a side view of a transmission partially in section with the connecting plates 5, 6, the sprockets 15, 16 engage on the spacer 13, 14 opposite side with respect to the bearing element 7, so that the connecting plates 5, 6 there against each other the support.
  • the arm 11 by means of which the spacer element 13, 14 is fixed to the bearing element 7, and the end plate 12.
  • the bearing element as a largely cylindrically symmetrical hollow bolt with spherical rounded ends 7a, 7b is formed.
  • bearing shells 18, 19 are arranged on the spherical ends 7a, 7b on the spherical ends 7a, 7b hollow spherical executed on the spherical ends 7a, 7b hollow spherical executed bearing shells 18, 19 are arranged on all sides rotatable and displaceable. These bearing shells are each provided with one of the connecting disks 5,
  • the transmission is by a not shown
  • Fig. 7 shows in an enlarged detail the assembly consisting of the bearing element 7, the attached thereto arm 11 with the end plate 12, the
  • FIG. 8 shows a longitudinal section through a gearbox with the connection disks 5, 6 and the bearing element 7 as well as the spacer element 13, 14.
  • A2 denotes the axis of symmetry of the terminal disk 6, while A3 denotes the symmetry axis of the terminal disk 5.
  • M denotes the center point in which the axes of symmetry AI, A2 and A3 intersect.
  • Rl the radius is designated, on which the spacer element 13, 14 moves about the central axis of the bearing element 7, while R2 denotes the radius of the connecting plate 5.
  • W denotes the angle enclosed between the two connecting disks 5, 6, while Tk denotes the diameter of one of the gear wheels 13, 14.
  • a two-gear transmission arrangement is shown, wherein a first transmission is similar to that in the Fign. 5-8 is shown.
  • the corresponding connection disks 5, 6 are designated as in the above-mentioned figures.
  • the two gears have the connection plate 5 in common. This carries on both sides in each case a sprocket 15, 22nd
  • tilt angle can be adjusted within certain limits.
  • the motors 17, 26 are connected for this purpose with a common motor control device 27.
  • the individual motors 17, 26 are advantageous as
  • Stepper motors designed so that their position /
  • Position is always clearly defined and determinable.
  • a desired number of individual transmissions can be connected in series and connected to one another in segments, so that different types of robotic arms / manipulator arms can be constructed with minimal effort and with identical transmission elements.
  • FIG. 9 shows, as a tensioning element, a flexible strand passing through the bearing elements, which has a stop nut 28 and a spring 29 which engage on the stop nut on the one hand and on the one hand
  • Connecting disk 6 is supported on the other hand and in cooperation with a further end piece 30 exerts an axial pressure on the gear assembly and thus the connection plates 5, 6, 23 holds together.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe. In einer ersten Aus führungs form ist das Getriebe als MuItigelenk (100) ausgeführt, bei dem die Anschlusselemente (105, 106) zueinander translatorisch sowie bezüglich ihrer Winkel verstellbar sind. In einer zweiten Aus führungs form ist ein Getriebe in einer vereinfachten Form vorgesehen, bei dem die Anschlusselemente lediglich bezüglich ihrer Winkellage verstellbar sind, nämlich ein Getriebe zur Übertragung einer Bewegung zwischen zwei taumelnd gegeneinander gelagerten Anschlusselementen (5, 6) mit einem Lagerelement (7), das zwischen den Anschlusselementen angeordnet ist, und mit einem Abstandselement (13, 14) mit festen Abmessungen, das zwischen den Anschlusselementen im Abstand von dem Lagerelement derart gesteuert positionierbar ist, dass die Anschlusselemente unter Abstützung an dem Abstandselement und dem Lagerelement eine gewünschte Winkelposition zueinander einnehmen. Mehrere erfindungsgemäße Getriebe können zu einem Flexgelenk oder einem Manipulationsarm zusammengesetzt werden.

Description

GETRIEBE
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und befasst sich spezieller mit der Ausbildung von Gelenken bzw. Getrieben zur Übertragung einer Bewegung .
Vor dem Hintergrund des Standes der Technik liegt damit der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe sowie eine Getriebeanordnung zur Übertragung auch von komplexen Bewegungen zu schaffen, mit einer hohen Stabilität und Robustheit zu schaffen .
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Dies betrifft zunächst ein Getriebe zur Übertragung zwischen einem ersten Anschlusselement und einem zweiten Anschlusselement, wobei Winkellage und/oder Abstand der Anschlusselemente zueinander einstellbar ist .
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht ein sogenanntes Multigelenk vor, das neben der Einstellung der Winkellage auch noch eine
translatorische Verstellung des Abstandes zwischen zwei Anschlusselementen ermöglicht.
Der Vorteil eines solchen Getriebes liegt unter anderem darin, dass die Kabeldurchführung durch die Anschlusselemente relativ einfach möglich ist, dies ist insbesondere bei einer Aneinanderreihung einer Vielzahl von Anschlusselementen sinnvoll. Zum anderen kann eine Längenänderung in einem sehr weiten Bereich durchgeführt werden, d.h. , dass die Anschlusselemente entweder fast direkt aufeinander geschichtet werden im "zusammengezogenen" Zustand und einen sehr weiten Abstand haben können im "auseinandergezogenen" Zustand .
Ein solches Getriebe ist ein Getriebe zur Übertragung zwischen einem ersten Anschlusselement und einem zweiten Anschlusselement, wobei Winkellage und/oder Abstand der Anschlusselemente zueinander einstellbar ist und an dem ersten Anschlusselement einerseits und an dem zweiten Anschlusselement andererseits vorzugsweise drei Schenkelpaare befestigt sind, wobei jedes Schenkelpaar einen ersten sowie einen zweiten Schenkel aufweist, wobei der erste Schenkel über eine erste Kippanordnung mit dem ersten Anschlusselement und der zweite Schenkel über eine zweite Kippanordnung mit dem zweiten Anschlusselement verbunden ist und zwischen erstem und zweitem Schenkel ein Ausgleichsgelenk vorgesehen ist, wobei pro Schenkelpaar wenigstens ein Antrieb zur Verstellung und/oder Fixierung der Winkellage mindestens eines Schenkels des jeweiligen Schenkelpaares gegeben ist.
Eine vorteilhafte Weitebildung hierzu sieht vor, dass die erste und/oder zweite Kippanordnung als ein oder zwei Kippgelenke oder als ein durchgehendes Scharnier ausgeführt sind. Hierdurch ist eine kostengünstige und stabile Bauart möglich, es gibt hier nur einen rotatorischen Freiheitsgrad.
Im Fall, dass alle Kippanordnungen des Getriebes bzw. des Gelenks durch Scharniere mit jeweils genau einem Freiheitsgrad gegeben sind, besteht außerdem der Vorteil, dass das Gelenk (oder Getriebe) genau drei Freiheitsgrade aufweist und somit eine momentane Konfiguration des Gelenks anhand von genau drei kinematischen Parametern des Gelenks eindeutig beschrieben werden kann. Es besteht somit eine eineindeutige Beziehung zwischen diesen drei Freiheitgraden (bzw. zu diesen Freiheitsgraden gehörigen kinematischen Parametern des Gelenks) und drei Relativkoordinaten des Gelenks, mit denen die relative Lage und Ausrichtung der beiden Anschlusselemente zueinander eindeutig angegeben werden kann. Diese Relativkoordinaten können beispielsweise durch Kugelkoordinaten (Radius,
Azumith- und Polarwinkel) gegeben sein.
Durch diese eineindeutige Beziehung zwischen Relativkoordinaten und der momentanen Konfiguration des Ge- lenks wird eine kinematische Überbestimmtheit des Gelenks bzw. des Getriebes vermieden und lassen sich somit Bewegungsabläufe des Gelenks eindeutig und einfach parametrisieren . Zu den möglichen Bewegungsabläufen des Gelenks zählen insbesondere kreisbahnför- mige Relativbewegungen der Anschlusselemente, rüssel- typische Beugungen sowie Längungen und Kürzungen des 000998
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Gelenks, welche zu einer Vergrößerung des Arbeitsraums des Gelenks bzw. einem mit einem oder mehreren solchen Gelenken ausgestatteten Manipulationsarm. Eine weitere Weiterbildung sieht vor, dass die
Schwenkachsen der Kippanordnungen im Wesentlichen radial, tangential oder sekantial (d.h. Zwischenpositionen im Sinne einer Sekante) bezüglich eines Kreises sind. Dies heißt z.B., dass bei der radialen Variante die Schwenkachsen der Kippanordnung beispielsweise auf einen zentralen Punkt etwa in der Mitte des jeweiligen Anschlusselements weisen. Der Vorteil an dieser radialen Variante ist, dass insbesondere bei einem Verringern des Abstands zwischen erstem Ab- Standselement und zweitem Abstandselement die Schenkelpaare im Bereich der Ausgleichsgelenke nicht nach radial außen über die Randlinie der Anschlusselemente hinaus bewegt werden müssen und somit eine kompaktere Bauform möglich ist.
Bei der tangentialen Variante sind die Scharnierachsen als Tangenten eines Kreises um den Mittelpunkt (Flächenmittelpunkt) des Anschlusselements darstellbar. Diese Variante kommt insbesondere zum Tragen, wenn es um eine besonders hohe mechanische Beanspruchung geht und ausreichend Bauraum vorhanden ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei mindestens einem Schenkelpaar ein
translatorisch wirkender Antriebsmotor zwischen Ausgleichsgelenk einerseits und Anschlusselement andererseits angeordnet ist. Hier können aufgrund der wirkenden Hebelverhältnisse auch sehr schwere Anschlusselemente zueinander bewegt werden durch ver- hältnismäßig kleinbauende Linearmotoren bzw. Hydraulikzylinder . Eine weitere Bauform sieht vor, dass bei mindestens einem Schenkelpaar ein rotatorisch wirkender Antriebsmotor an einen Schenkel im Bereich der Kippan- Ordnung angreift zur Drehung dieses Schenkels. Beispielsweise kann auf dem Anschlusselement ein Elektromotor mit einem Antriebsritzel vorgesehen sein, der direkt oder über ein Zahnradgetriebe dann ein weiteres Zahnrad auf der Achse der Kippanordnung antreibt, wobei dieses Zahnrad mit einem Schenkel des Schenkelpaares fest verbunden ist und somit die Winkelstellung dieses Schenkelpaares (und damit die Verbindungslänge des Schenkelpaares zwischen den beiden Anschlusselementen) verändert.
In einer zweiten Ausführungsform ist ein Getriebe zur Übertragung einer Bewegung zwischen einem ersten und einem zweiten Anschlusselement vorgesehen, bei dem lediglich die Winkellage und nicht eine zusätzliche Translation einstellbar ist. Hierbei sind die Anschlusselemente taumelnd gegeneinander bewegbar, wobei zwischen den Anschlusselementen ein Lagerelement vorgesehen ist, das die Anschlusselemente gegeneinander lagert. Zudem ist ein Abstandselement mit festen Abmessungen vorgesehen, das zwischen den Anschlusselementen im Abstand von dem Lagerelement derart gesteuert positionierbar ist, dass die Anschlusselemente unter Abstützung an dem Abstandselement und dem Lagerelement eine gewünschte Winkelposition zueinan- der annehmen.
Hier wird gemäß der Erfindung die Position zweier Anschlusselemente, typischerweise durch Scheiben oder Platten gebildet, gegeneinander nicht durch Expansion oder Kompression von Abstandselementen realisiert, sondern durch das gezielte Positionieren eines Ab- Standselementes an einer Stelle zwischen den Anschlusselementen, wobei der Winkel zwischen den Anschlusselementen durch den eingestellten Abstand der Anschlusselemente am Lagerelement einerseits, den eingestellten Abstand der Anschlusselemente an dem Abstandselement andererseits und den Abstand zwischen dem Lagerelement und dem Abstandselement festgelegt ist .
Es kann dabei entweder durch das Lagerelement oder durch das Abstandselement ein Freiheitsgrad der Bewegung der Anschlusselemente gegeneinander
reduziert bzw. festgelegt werden, indem eines
der Elemente beispielsweise durch Vorsehen eines Flansches die Schwenkbarkeit der Anschlusselemente in einer Ebene verhindert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Winkel zwischen den Anschlusselementen derart bemessen ist, dass diese außer an dem Lagerelement und dem Abstandselement auch gegeneinander abgestützt sind.
Dadurch, dass zumindest das Abstandselement bezüglich seiner Abmaße unveränderlich ist, kann es sehr stabil ausgeführt und damit bei der Wirkung von Gegenkräften auf das Getriebe völlig unnachgiebig sein. Auch das Lagerelement kann längenunveränderlich sein, so dass im Bereich des Lagerelementes der Abstand zwischen den Anschlusselementen festgelegt und stabil gehalten ist .
Vorteilhaft kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass die Position des Abstandselementes in Querrichtung zu der Verbindungslinie zwischen dem Abstandselement und dem Lagerelement, insbesondere auf einem Kreisbogen um das Lagerelement, variabel ausführbar ist . Mit einem Bewegen des Abstandselementes entlang einer Linie in Querrichtung zu der Verbindungslinie zwischen dem Abstandselement und dem Lagerelement wird eine taumelnde Bewegung der beiden Anschluss- elemente gegeneinander ohne Änderung der Neigung der Abscandselemente zueinander möglich.
Zudem kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Po- sition des Abstandselementes bezüglich des Abstandes zum Lagerelement variable ausführbar ist (d. h. , alle Abstände müssen so bemessen sein, dass die Abrollkörper mit den Umfangen im Verhältnis zu ihren Teil- kreisdurchmessern stehen; dieses Verhältnis ist ein- zuhalten und kann variabel ausführbar sein) .
Für eine sinnvolle Bewegung des Abstandselementes auf das Lagerelement zu oder von diesem weg ist vorausgesetzt, dass die Anschlusselemente jeweils im
Bereich des Abstandselementes einen anderen Abstand zueinander aufweisen als im Bereich des Lagerelementes. Das Abstandselement sollte daher vorteilhaft feste, jedoch andere Abmessungen aufweisen als das Lagerelement, in Richtung der Verbindungslinie zwischen den Anschlusselementen gesehen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass das Abstandselement zwei Abrollelemente aufweist, von denen je eines an je einem der Anschlusselemente abrollt.
Durch diese Konstruktion ist eine Verschiebung des Abstandselementes zwischen den Anschlusselementen komfortabel möglich, auch wenn die Anschlusselemente gegeneinander mit Druck verspannt sind und somit von beiden Seiten Druck auf das Abstandselement ausüben. P2011/000998
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Die Abrollelemente können beispielsweise als drehbar gelagerte Räder vorgesehen sein, um eine Bewegung in den gewünschten Richtungen zu erlauben.
Besonders vorteilhaft sind die Abrollelemente als Zahnräder ausgebildet und stehen jeweils mit je einer Zahnstruktur an einem der Anschlusselemente in Eingriff .
In diesem Fall ist ein Schlupf zwischen den Abrollelementen und den Anschlusselementen bzw. das Abrutschen der Abrollelemente zuverlässig verhindert, und auch unter hohem Druck des Getriebes wird die Po- sition der Anschlusselemente zueinander zuverlässig stabilisiert .
Wenn die beiden Zahnräder zudem noch miteinander in Eingriff stehen, kann sichergestellt werden, dass das Abstandselement bei einer Bewegung während des
Abrollens an jedem der Anschlusselemente dieselbe Strecke zurücklegt und damit in seiner Stellung relativ zu den Anschlusselementen auch bei einer Positionsänderung konstant und unverdreht bleibt. Außerdem ist die Position des Abstandselementes mittels der
Zahnstruktur leicht feststellbar und einstellbar.
Das Abstandselement kann zudem an einem um das Lagerelement schwenkbaren Arm befestigt sein. In diesem Fall findet bei einer Schwenkbewegung des Abstands- elementes bei gleich bleibendem Abstand von dem Lagerelement eine symmetrische Taumelbewegung der Anschlusselemente zueinander statt. Vorteilhaft kann das Abstandselement länger ausgebildet sein als das Lagerelement, so dass die Anschlusselemente auf der dem Abstandselement gegenüberliegenden Seite des La- gerelementes ihren geringsten Relativabstand zueinander aufweisen und dort auch über eine gesonderte Lauffläche bzw. Zahnform aneinander abgestützt sein können .
Dies führt zu einer weiteren Stabilisierung des Getriebes. Bei einer derartigen kreisförmigen
Bewegbarkeit des Abstandselementes können die Anschlusselemente jeweils einen Zahnkranz mit einer Stirnverzahnung tragen, die jeweils mit einem der
Zahnräder des Abstandselementes in Eingriff steht.
Um das Getriebe zu stabilisieren, kann vorgesehen sein, dass die Anschlusselemente im Bereich des La- gerelementes, insbesondere mittels eines Spannelementes zusammengehalten werden.
Als Spannelement kann beispielsweise ein Draht oder ein Seil oder eine Kette vorgesehen sein.
Um eine gewünschte Bewegung zu übertragen bzw. die Anschlusselemente des Getriebes in eine gewünschte Position zueinander zu bringen, kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens eines der Abrollelemente eines Abstandselementes mittels eines Motors antreibbar ist .
In diesem Fall kann das entsprechende Abrollelement, also insbesondere ein Zahnrad, auf einer Welle des Motors angeordnet und dadurch antreibbar sein. Damit kann es einerseits das weitere Abrollelement antreiben, wenn die beiden Abrollelemente miteinander in Eingriff stehen, andererseits auch für das Abrollen an einer Zahnstruktur der Anschlusselemente sorgen. Durch eine entsprechende Ansteuerung eines solchen Motors ist damit eine Bewegung des Getriebes genau steuerbar.
Zur Bildung einer Manipulatoreinrichtung bzw. eines Roboterarms kann vorteilhaft auch die Kombination mehrerer Getriebeeinheiten der oben beschriebenen Art vorgesehen sein. Die Erfindung bezieht sich insofern auch auf eine Getriebeanordnung in Form eines Flex- gelenkes oder Roboterarms mit wenigstens zwei Ge- trieben der erfindungsgemäßen Art, wobei wenigstens zwei Anschlusselemente benachbarter Getriebe starr miteinander verbunden oder zu einem einzigen Anschlusselement zusammengefasst sind.
Es ergibt sich hierdurch ein aus einzelnen Segmenten bestehender Manipulationsarm, der einem bionisch nachgeformten Rüssel entspricht und die Realisierung auch komplexester Bewegungen durch entsprechende An- steuerung der einzelnen Segmente erlaubt. Es können dazu zwei, drei, fünf oder zehn solcher Einzelgetriebe zusammengesetzt werden. Dabei kann jedes der Einzelgetriebe des Manipulationsarms durch jede der oben beschriebenen Weiterbildungen bzw. Ausführungsformen gegeben sein, also insbesondere durch ein Multigelenk oder ein Getriebe mit taumelnd gegeneinander bewegbaren Anschlusselementen (Taumelgelenk) .
Vorteilhaft kann zur Zusammenfassung der Einzelgetriebe ein gemeinsames Spannelement vorgesehen sein, das mehrere, insbesondere alle Anschlusselemente durchsetzt .
Es kann zudem eine Steuereinrichtung vorgesehen sein die wenigstens zwei, insbesondere alle Motoren steuert, die den einzelnen Abstandselementen zugeordnet sind . Die einzelnen Motoren können je nach der angestrebten Stellung des Manipulationsarmes und zudem nach bestimmten Bewegungsvorgaben gesteuert werden.
Die Steuerung kann nahezu beliebige Kombinationen von Stellungen einzelner Segmente realisieren. Dabei kann die Gesamtbewegung beispielsweise im Hinblick auf möglichst geringe Krümmungsdurchmesser des Arms oder auf optimierte Bewegungsgeschwindigkeit hin gesteuert werden. Es kann auch der Gesamtbewegungsaufwand minimiert oder die Belastungsstabilität maximiert werden. Die Außenfläche der Gesamtstruktur des Armes ist beim Taumelgelenk immer gleich groß, daher kann für den Mantel z. B. eine textile Haut verwendet werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Aus- führungsbeispiele beschrieben.
Dabei zeigt
Fign. la,
lb bis lk Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Getriebes,
Fign. laa
bis lac kinematische Erklärungsskizzen hierzu,
Draufsichten mehrerer Varianten der Positionierung von Kippanordnungen auf einem Anschlusselement,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Flexgelenks. 98
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Fig. 4 einen Roboterarm/Manipulationsarm, der aus einer Vielzahl von Segmenten besteht ,
Fig. 5 ein einzelnes Getriebe, das als Taumelscheibengetriebe ausgebildet ist,
Fig. 6 eine Ansicht des Getriebes aus Fig. 5 von einer Seite,
Fig. 7 ein Abstandselement eines Getriebes, bestehend aus zwei Zahnrädern, von denen eines antreibbar ist,
Fig. 8 eine Seitenansicht eines Getriebes in einem Schnitt und
Fig. 9 ein Flexgelenk, bestehend aus zwei
Getrieben.
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der Erfindung, nämlich das Multigelenk ("sphärisches Koppelgetriebe") im Einzelnen erläutert.
Es handelt sich hierbei um einen "Tripod-Aufbau" . Alle drei "pods" sind als zweigliedrige Koppelgetriebe ausgeführt und verbinden die Anschlusselemente der Gestell- und Abtriebsseiten. Durch Verstellung der Seiten ist eine Schubbewegung oder Flexion, d.h. Beugung, möglich, die Feststellung der Koppelgetriebe erfolgt beispielsweise mit Linearantrieben, wobei hier Variationsmöglichkeiten der Antriebe (fluidisch, elektrisch) gegeben sind. Der Vorteil dieser Anord- nung ist, dass gute Schubeigenschaften und eine gute
Flexion (Beugung) um zwei Achsen gewährleistet wer- 000998
13 den. Allerdings ist hier eine komplexe Aufbereitung der Sensorinformation notwendig, die mechanische Nachgiebigkeit ist etwas stärker als bei der vorgenannten Taumelgetriebe-Variante. Vorteilhaft wiederum ist allerdings eine gute Durchführbarkeit von Kabeln, was insbesondere bei aneinandergereihten Anordnungen dieses Getriebes vorteilhaft ist.
Fig. la beschreibt ein erfindungsgemäßes Getriebe 100, das, welches ein erstes Anschlusselement 105 sowie ein zweites Anschlusselement 106 aufweist. Zwischen diesen Anschlusselementen sind drei Schenkelpaare über den Umfang der Anschlusselemente rotati- onssymmetrisch verteilt. Die Schenkelpaare bestehen einerseits jeweils aus einem Schenkel 101, der an dem ersten Anschlusselement über zwei Kippgelenke gelenkig angeschlossen ist. Dieser Schenkel ist vorliegend im Wesentlichen flächig und dreieckig angeordnet, kann allerdings auch andere Ausführungsformen haben. Dieser Schenkel ist in seinem oberen Bereich mit einem Ausgleichsgelenk 108 versehen, das eine gelenkige Anbindung an den zweiten Schenkel 102 bildet, der wiederum über Kippgelenke 104a, 104b (diese sind im Aufbau gleich wie die Kippgelenke 103a, 103b) mit dem zweiten Anschlusselement 106 verbunden ist. Das Ausgleichsgelenk 108 kann durch ein Kugelgelenk, durch drei vorzugsweise orthogonale Achsen, die vorzugsweise einen gemeinsamen Schnittpunkt aufweisen, oder durch ein weiches, verformbares und/oder eigenelasti- sches Material gegeben sein. Der Schenkel 101 weist außerdem im Bereich des Ausgleichgelenks eine Anbindung an einen translatorisch wirkenden Motor 107 auf, die andere Seite dieses translatorisch wirkenden Motors ist (vorzugsweise gelenkig) am Anschlusselement 105 befestigt. Der Motor kann hierbei vorzugsweise als hydraulischer Antrieb oder als elektrischer Linearantrieb ausgestaltet sein.
In Fig. la ist das Getriebe in einer Position ge- zeigt, bei der das obere Anschlusselement 106 stark winklig gegenüber dem Anschlusselement 105 verschoben ist. Es ist gut zu sehen, wie beispielsweise bei dem rechten vorderen Schenkel 101, welcher fast waagerecht auf derselben Ebene wie das Anschlusselement 105 liegt, ein lediglich einachsiger Bewegungszustand gegenüber dem Anschlusselement 105 gegeben ist. Dies liegt daran, dass die Gelenke 103a, 103b lediglich in einer Ebene drehbar sind. Dies ermöglicht allerdings auch eine sehr stabile Ausführung. Mögliche Aus- gleichsbewegungen erfolgen durch die dreiachsigen
Ausgleichsgelenke 108 zwischen den Schenkeln 101 und 102. Diese Gelenke ermöglichen zunächst einmal eine Drehung entsprechend den Gelenken 103a bzw. 103b. Zusätzlich ermöglichen sie allerdings noch eine Verdre- hung der Schenkel 101 und 102 (beispielsweise bei gestreckten Schenkeln 101, 102, die also axial fluchtend angeordnet sind, eine Drehung um diese axiale Achse) . Hierdurch ist einerseits eine sehr stabile Anordnung gegeben, andererseits aber auch immer der nötige Ausgleich möglich, damit es zu keinen Beschädigungen durch mechanische Verspannungen des Multige- lenks, selbst bei einer starken Verstellung der Winkellage, kommt. Dies wird durch die Fign. laa bis lac verdeutlicht. Fig. laa zeigt eine Draufsicht eines Schenkelpaares 101, 102, bei dem entsprechend des dargestellt Pfeils die Schenkel 101, 102 zueinander drehbar sind. Dasselbe gilt für die entsprechende Seitenansicht gemäß Fig. lab. Schließlich zeigt Fig. lac noch die gegenseitige Verdrehung der Schenkel 101, 102 durch die dargestellte strichlinierte Achse.
Um diese Ausgleichsbewegungen zu ermöglichen, weist das Ausgleichsgelenk drei vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichtete Drehachsen auf. In einer alternativen Ausführungsform kann das Ausgleichsgelenk 108 durch ein Kugelgelenk realisiert sein oder eine Kugelgelenk beinhalten. Es ist aber auch möglich, dass das Ausgleichsgelenk durch ein weiches, verformbares Material gegeben ist bzw. durch ein solches gegeben ist. Dieses Material hat vorzugsweise auch elastische Eigenschaften.
Fig. lb zeigt einen weiteren Verschiebungszustand zwischen den Anschlusselementen 105 und 106. Hierbei ist zu sehen, dass der Abstand zwischen beiden Anschlusselementen relativ gering ist, eine Winkelverschiebung erfolgt fast nicht, primär eine translatorische und parallele Annäherung beider Anschlusselemente .
In Fig. lc ist ein entsprechender Zustand gezeigt, bei dem die Anschlusselemente 105, 106 wiederum parallel sind, allerdings maximalen Abstand voneinander haben.
Fig. ld zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung (siehe hierzu auch weiter unten Fig. 2b zur Verdeutlichung) , die von den Gelenkanordnungen her identisch ist, allerdings sind diese Gelenkanordnungen anders auf den entsprechenden Anschlusselementen positioniert. Es handelt sich hier um eine Anordnung, bei der die Achsen 103a, 103b bzw. 104a, 104b so angeordnet sind, dass ihre Fluchtlinien radial im Wesentlichen auf die Mitte des jeweiligen Anschlusselementes zulaufen.
Eine verkippte Stellung ist in Fig. le gezeigt, hierbei ist sowohl ein erhöhter translatorischer Abstand 2011/000998
16 als auch eine Verkippung zwischen den Anschlusselementen 105, 106 festzustellen.
Fig. lf zeigt schematisch eine Draufsicht auf das An- Schlusselement 105 mit den daran befestigten Antrieben 107, wobei allerdings nur die Schenkel 101 und deren Gelenke 103a, 103b gezeigt sind und nicht der Rest des Schenkelpaares.
In Fig. lg ist eine flache Stellung der entsprechenden Motoren gezeigt. Hier ist gut zu sehen, wie am oberen Ende der Schenkel 101 (also auf der den Gelenken 103a, 103b abgewandten Seite) ein einachsig drehbarer Bolzen angeordnet ist, der eine Bohrung aufweist, in die der entsprechende Teil des Ausgleichsgelenks 108 eingreifen kann, um somit die Schenkel 101 und 102 axial zusätzlich gegeneinander verdrehen zu können und somit einen geometrischen Ausgleich bei beliebigen Translations- und
Winkelverstellungen zu gewährleisten.
Fig. lh zeigt entsprechend zur Fig. lg eine Seitenansicht. Insbesondere ist hier gut zu sehen, wie flachbauend die Antriebe 107 sind.
Fig. Ii zeigt eine entsprechende Seitenansicht mit aufgestellten Motoren 107.
Fig. lj zeigt ergänzend das obere Anschlusselement 106, passend zu den dargestellten restlichen Elementen in Fign. lg, lh, Ii. Hierbei ist zu sehen, wie im Bereich des Ausgleichsgelenkes 108 der zu dem Ausgleichsgelenk gehörende drehbare Achsbolzen 113 (siehe Fig. lg) mit dem Drehgelenk 114 verbindbar ist durch einen entsprechenden Bolzen, der hier nicht dargestellt ist (dieser Bolzen würde durch das in Fig. lg gezeigte Loch im Teil 113 durchgeführt werden sowie auch durch die Löcher im Teil 114, welches in Fig. lj gezeigt ist, um das entsprechende Ausgleichsgelenk zu bilden) . In Fig. lj ist außerdem gut zu se- hen, dass das Teil 114, wie durch die Pfeilrichtung verdeutlicht, um die eigene Achse drehbar ist. Somit ist das gezeigte Ausgleichsgelenk 108 für Ausgleichsbewegungen um drei Drehachsen eingerichtet, die in diesem Beispiel orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Die genannten Drehachsen sind gegeben durch den drehbaren Achsbolzen 113, den durch das Loch im Teil 113 geführten Bolzen sowie die eigene (Längs -) Achse des Ausgleichsgelenks 118. Wie bereits erwähnt, könnte das Ausgleichsgelenk aber auch durch ein Kugelge- lenk gegeben sein.
Schließlich zeigt Fig. lk eine zusammengebaute Form der Teile (z. B. wie in Fign. lg und lj dargestellt), wobei ein primär translatorischer Verschiebungs- zustand gezeigt ist.
Die in Fign. la bis lk gezeigten Multigelenke haben mechanisch sehr wünschenswerte Eigenschaften. Zum einen können mehrere dieser Multigelenke hintereinander gekoppelt werden, beispielsweise zu einem rüsselför- migen Manipulationsarm, mit dem rüsselartige Bewegungsabläufe durchgeführt werden können, also beispielsweise kreisförmige Relativbewegungen benachbarter Anschlusselemente des Manipulationsarms, sowie Streckungen und Kürzungen der einzelnen Multigelenke.
Aufgrund des einfachen Einbaus ist auch eine Skalierung einzelner Multigelenke möglich. So kann die Größe der gekoppelten Gelenkeinheiten verändert werden, so dass diese zur Rüsselspitze hin abnimmt. So wäre es beispielsweise möglich, Anschlusselemente 111 und
112 vorzusehen, welche ebenfalls dieselbe Größe ha- ben, wobei allerdings die Anschlusselemente 105 und 106 deutlich größer sind als die Anschlusselemente 111 und 112. Dasselbe gilt für die Abstände der jeweiligen Gelenke 103a, 103b bzw. die Längen der
Schenkel 101, 102 zwischen den jeweiligen Anschlusselementen. Das heißt, dass eine "geschrumpfte" Version eines Multigelenks an der Rüsselspitze durch die Anschlusselemente 111 und 112 sowie die dazwischen befindliche Kinematik gegenüber der größeren Version der Anschlusselemente 105, 106 und der dazwischen befindlichen Kinematik aufgebaut wird. Die Skalierung kann fortlaufend geschehen, d. h., dass beispielsweise die Anschlusselemente 109, 110 eine Zwischengröße bezüglich der Größen 105, 106 einerseits und 111, 112 andererseits bilden. Mit diesem Aufbau wird insgesamt eine einerseits mechanisch belastbare und andererseits nicht zu schwere bzw. auch in engere Öffnungen hineinreichende Kette gebildet. Die Anordnung von einachsigen Gelenken zwischen
Schenkel 101, 102 und den Anschlusselementen 105, 106 ist mechanisch vorteilhaft und, wie oben bereits beschrieben, für die Vermeidung einer kinematischen Überbestimmung des Gelenks notwendig. Die einachsigen Drehlager haben lediglich einen Freiheitsgrad und können sehr stabil, auch als einteiliges Scharnier, ausgestaltet sein. Die Verbindung der Schenkel 101, 102 erfolgt, wie oben beispielhaft beschrieben, dann über ein entsprechendes Ausgleichsgelenk mit den in den Fign. laa bis lac gezeigten Eigenschaften. Um zwischen den beiden Schenkeln 101, 102 Ausgleichsbewegungen, wie sie beispielsweise in Figuren laa bis lac gezeigt sind, zu ermöglichen, weist ein derartiges Ausgleichsgelenk drei rotatorische Freiheitsgrade (Drehachsen) auf. Diese Freiheitsgrade können durch ein Kugelgelenk des Ausgleichsgelenk realisiert sein, durch ein weiches, verformbares, vorzugsweise elastisches Material oder durch drei drehbar gelagerte Achsen des Gelenks . Dabei sind diese drehbar gelagerten Achsen, welche ebenfalls kurz als Drehachsen bezeich- net werden können, vorzugsweise orthogonal zueinander ausgerichtet, um mechanische Verspannungen des Gelenks möglichst vollständig zu vermeiden. Derartige Ausgleichsgelenke erlauben insbesondere eine kreis - bahnförmige Bewegung der zweiten Anschlussplatte re- lativ zur ersten Anschlussplatte selbst dann, wenn die erste und die zweite Kippanordnung (103a, 103b) jeweils nur einen einzigen Drehfreiheitsgrad aufweisen, also jeweils durch eine einfaches, aber mechanisch sehr stabiles Scharnier gegeben sind. Hierdurch ist es möglich, sehr stabile Antriebe bereitzustellen, die lediglich eine Winkeldrehung eines Schenkels bezüglich des jeweiligen Anschlusselementes erlauben. Dies bedeutet einerseits eine hohe mechanische Stabilität des Antriebs und andererseits auch einen flachbauenden Aufbau, der insbesondere bei der
Erzielung geringer translatorischer Abstände zwischen den Anschlusselementen 105, 106 vorteilhaft ist. Dies wäre nicht möglich, wenn beispielsweise ein Kardangelenk zwischen dem als Grundplatte ausgeführten An- Schlusselement 105 und dem Schenkel 101 gegeben wäre.
Stattdessen erfolgt der Antrieb beispielsweise durch einen Linearantrieb, der zwischen Anschlusselement und Ausgleichsgelenk 108 gegeben ist. Dies bietet den Vorteil einer günstigen Kraft-Weg-Kennlinie für den Antrieb, da der Antrieb direkt auf das Gelenk zwischen den beiden Schenkeln 101, 102 wirken kann.
Außerdem ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Multi- gelenks eine hohe Verdreh- und Kippsicherheit, da die
Anschlusselemente 105, 106 nicht ohne Bewegung der Motoren gegeneinander translatorisch oder winklig bewegt werden können. Dies ist ein gravierender Vorteil bezüglich anderen denkbaren Anordnungen, bei denen in einem Schenkelpaar 101, 102 beispielsweise mehrere Kardangelenke vorgesehen wären.
Vorzugsweise sind, wie in den obigen Ausführungsformen gezeigt, drei Schenkelpaare vorgesehen mit identischem Aufbau, es sind hier allerdings auch an- dere Anordnungen denkbar, beispielsweise eine abweichende Anzahl von Schenkelpaaren oder auch gemischte Anordnungen, bei denen einige Schenkelpaare linear angetrieben sind und andere rotatorisch (siehe unten) . Ausführungsformen mit genau drei Schenkelpaaren haben gegenüber Ausführungsformen mit mehr als drei
Schenkelpaaren den Vorteil, dass eine kinematische Überbestimmtheit des Getriebes vermieden werden kann. Die Ausrichtung der beiden Anschlusselemente relativ zu einander lässt sich eindeutig durch drei Größen bestimmen, beispielsweise durch den Abstand der beiden Anschlusselemente (etwa gemessen bezüglich ihrer jeweiligen Mittelpunkte) und zwei Winkel, die die relative Verkippung der beiden Anschlusselemente beschreiben. Ebenso lässt sich die Konfiguration der drei Schenkelpaare durch drei Größen eindeutig bestimmen, falls sie über Scharniere (jeweils nur ein rotatorischer Freiheitsgrad) mit den Anschlussträgern verbunden sind, beispielsweise über den Abstand der Ausgleichselemente zu dem Mittelpunkt einer der bei- den Anschlusselemente.
Fig. 2a zeigt eine Draufsicht auf das Anschlusselement 105 in schematischer Weise. Hier sind gestrichelt jeweils Scharnierachsen gezeigt, die durch die jeweiligen Gelenke 103a, 103b fluchtend verlaufen. Es ist zu sehen, dass diese gestrichelten Linien ein 998
21 gleichschenkliges Dreieck bilden bzw. Tangenten eines Kreises darstellen, wobei dieser Kreis vorliegend ein Kreis um einen Flächemittelpunkt des Anschlusselements 105 bildet.
Der Antrieb der Schenkel kann, wie in Fign. la-lk gezeigt, durch translatorisch wirkende Motore 107 erfolgen. Es ist allerdings auch möglich, dass dies über einen rotatorisch wirkenden Motor 115 erfolgt, der ein Antriebsritzel aufweist, welcher ein weiteres
Zahnrad 116, das drehfest mit dem Schenkel 101 verbunden ist, antreibt. Auf diese Weise kann ein besonders flachbauender Antrieb erzielt werden.
Fig. 2b zeigt eine alternative Anordnung der Schenkelpaare an, wobei hier die Verbindungsachsen der Gelenke 103a', 103b' eine sternförmige Anordnung bilden, d.h. (idealisiert) im Flächenmittelpunkt des alternativen Anschlusselements 105' zusammenlaufen. Auch bei dieser Anordnung ist alternativ ein
translatorisch wirkender Motor 107, der auf das
Schenkelpaar im Bereich des Ausgleichsgelenks 108 wirkt, oder alternativ ein rotatorisch wirkender Motor 113-5 möglich, der ein drehfest mit dem Schenkel 101 verbundenes Zahnrad antreibt. Es sei angemerkt, dass statt "Zahnrad" in der vorliegenden Anmeldung auch beliebige andere form- bzw. reibschlüssige Anordnungen möglich sind, solange diese das nötige Drehmoment zum Antrieb und zur Fixierung des Schenkel bereitstellen können.
Fig. 3 zeigt eine erweiterte Anordnung eines Gelenks, bei dem die Anschlusselemente 105 und 106 gezeigt sind; zusätzlich sind weitere identische Anordnungen (106 - 109, 109 - 110, 110 - 111 sowie 111 - 112) vorgesehen. Dieser Aufbau mit vielen Elementen er- laubt eine größtmögliche Beweglichkeit. Die Segmentierung dieses Manipulators ist individuell durch die Ansteuerung einzelner Gelenke einstellbar. Eine gewünschte Nachgiebigkeit in den Gelenken ist mecha- nisch vorzusehen oder auch durch zusätzliche, zwischengeschaltete Module oder eine nachgiebige Verbindung der Segmente möglich.
Die Fig. 4 stellt einen Roboterarm dar, der aus neun segmentartig aneinander gereihten Einzelgetrieben besteht, wobei jedem der Getriebe zwei Anschlusselemente 5 , 6 in Form von Scheiben zugeordnet sind und wobei zwischen benachbarten Anschlusselementen jeweils Abstandselemente (3, 4) in Form von Zahnradpaaren an- geordnet sind.
Die Zahnradpaare 3,4 sind dabei bei einzelnen Getrieben unterschiedlich positioniert, so dass sich insgesamt für den Roboterarm/Manipulationsarm ein teilwei- se gerader und am oberen Ende gekrümmter Verlauf ergibt . Je nach der gewünschten Länge eines solchen Roboterarms und nach dem Bewegungsspielraum, der für den praktischen Einsatz erforderlich ist, kann die notwendige Anzahl von Einzelgetrieben zum Aufbau ei- nes derartigen Roboterarms kombiniert werden. Außer den Zahnradpaaren 3, 4, die jeweils die Abstandselemente bilden, sind die Anschlusselemente 5, 6 eines Getriebes auch mittels eines Lagerelementes 7 verbunden. Auf die Gestalt des Lagerelementes 7 wird weiter unten noch genauer eingegangen. Die Lagerelemente können jeweils den Anschlusselementen zugewandte kugelige Endflächen aufweisen, auf denen entsprechende Lagerschalen liegen und die eine Durchgangsöffnung aufweisen, die jeweils in Längsrichtung des Roboter- arms weist, so dass alle Lagerelemente des Roboter- arms insgesamt mittels eines Spannelementes verbunden sind .
Das in der Fig. 4 unten dargestellte Getriebe 1 kann beispielsweise an einer Basis eines Roboters befestigt sein, während das an dem freien Ende des Arms angeordnete letzte Getriebe 8 beispielsweise ein Werkzeug oder einen Sensor oder auch eine Kamera, trägt. Die einzelnen Abstandselemente sind mittels einer Mehrzahl von Motoren, von denen jeder einem Getriebe zugeordnet ist, derart antreibbar, dass der Arm gezielt bewegbar und positionierbar ist.
Fig. 5 zeigt detaillierter ein einzelnes Getriebe mit einem ersten Anschlusselement 5 in Form einer ersten
Anschlussscheibe sowie einem zweiten Anschlusselement
6 in Form einer zweiten Anschlussscheibe 6, die über das Lagerelement 7 miteinander in Verbindung stehen. Die Anschlussscheiben 5, 6 weisen Ausnehmungen 9, 10 in Kreisform auf, die zur Einsparung von Material und zur Masseersparnis dienen, um den Arm schneller beschleunigen und bewegen zu können. Zudem können die Öffnungen den Luftaustausch und damit die Motorkühlung der einzelnen Motoren begünstigen und der Durchführung von Leitungen dienen.
An dem Lagerelement 7, das um die Verbindungsachse zwischen den Anschlussscheiben 5, 6 drehbar ist, ist ein Arm 11 befestigt, der damit um eine Mittelachse der Anschlussscheiben 5, 6 schwenkbar ist. Die beiden in einer Endplatte 12 des Arms 11 drehbar gelagerten Zahnräder 13, 14, die vorzugsweise identisch gestaltet sind, greifen in zwei stirnseitige Zahnkronen 15, 16 der Anschlussscheiben 5, 6 ein. Die Zahnkronen 15, 16 sind kreisförmig zentrisch um das Lagerelement
7 herum angeordnet. Das Zahnrad 14 ist zudem mit der Welle eines Antriebsmotors 17 verbunden, der als Elektromotor ausgebildet ist. Der Motor kann jedoch auch als pneumatischer Motor ausgebildet sein. Wird der Motor 17 in Betrieb genommen, so treibt er das Zahnrad 14 an, das gleichzeitig das Zahnrad 13 antreibt und eine Relativbewegung zu dem Zahnkranz 15 erzeugt. Das Zahnrad 13 rollt zudem an der Zahnkrone 16 ab, so dass sich das Abstandselement 13, 14 auf dem Umfang der beiden Anschlussscheiben 5, 6 bewegt.
Da die Abmessungen des Abstandselementes 13, 14 unveränderlich sind, wird dort, wo es jeweils positioniert ist, ein lokaler Abstand zwischen den Anschlussscheiben 5, 6 erzwungen, der den Abmessungen des Abstandselementes entspricht. In Zusammenhang mit den Abmessungen des Lagerelementes 7 ist damit ein Winkel zwischen den Anschlussscheiben 5, 6 festgelegt. Damit ergibt sich die relative Position der beiden Anschlussscheiben 5, 6 zueinander eindeutig aus der Position des Abstandselementes, im Falle des gezeigten Ausführungsbeispiels allein aus der Winkelposition in Bezug auf das Lagerelement 7.
Die Motoren einzelner Getriebe sind mittels elektri- scher oder pneumatischer Leitungen mit einer nicht dargestellten Steuereinrichtung verbunden. Die entsprechenden Leitungen können beispielsweise durch die Öffnungen 9, 10 entlang des Roboterarms geführt werden.
Fig. 6 zeigt im Detail eine Seitenansicht eines Getriebes teilweise im Schnitt mit den Anschlussscheiben 5, 6, deren Zahnkränze 15, 16 an der dem Abstandselement 13, 14 gegenüberliegenden Seite in Be- zug auf das Lagerelement 7 ineinander greifen, so dass sich die Anschlussscheiben 5, 6 dort gegeneinan- der abstützen. Es ist zudem in der Fig. 6 der Arm 11 zu erkennen, mittels dessen das Abstandselement 13, 14 an dem Lagerelement 7 befestigt ist, sowie die Endplatte 12. Es ist detailliert dargestellt, dass das Lagerelement als weitgehend zylindersymmetrischer hohler Bolzen mit kugelig abgerundeten Enden 7a, 7b ausgebildet ist. Auf den kugeligen Enden 7a, 7b sind hohlkugelförmig ausgeführte Lagerschalen 18, 19 allseitig drehbar und verschiebbar angeordnet. Diese La- gerschalen sind mit je einer der Anschlussscheiben 5,
6 verbunden.
Das Getriebe wird durch ein nicht dargestelltes
Spannelement zusammengehalten, das sowohl die Lager- schalen 18, 19 als auch einen Hohlraum 20 des Lagerelementes 7 durchsetzt.
Fig. 7 zeigt in einem vergrößerten Detail die Baueinheit, bestehend aus dem Lagerelement 7, dem an diesem befestigten Arm 11 mit der Endplatte 12, den
Zahnrädern 13, 14 und dem Motor 17. Es ist ein abgerundetes Ende 7a des Lagerelementes 7 sowie die Durchtrittsöffnung 20 des Lagerelementes zu erkennen. Dieses kombinierte Bauteil kann insgesamt vorge- fertigt und beim Aufbau eines Getriebes als Ganzes zwischen zwei Anschlussscheiben eingebracht werden. Hierdurch vereinfacht sich der Montagevorgang beträchtlich . Die Fig. 8 zeigt einen Längsschnitt durch ein Getriebe mit den Anschlussscheiben 5, 6 und dem Lagerelement 7 sowie dem Abstandselement 13, 14.
Durch den Kreis 21 ist angedeutet, dass die kugel- förmigen Abrundungen 7a, 7b des Lagerelementes 7 in eine gemeinsame Kugel einbeschrieben sind, ebenso wie die hohlkugelförmigen Lagerschalen 18, 19.
Mit AI bezeichnet, ist gestrichelt die Symmetrieachse des Lagerelementes 7 eingezeichnet, um die der nicht dargestellte Arm 11 des Abstandselementes schwenkbar gelagert ist.
A2 bezeichnet die Symmetrieachse der Anschlussscheibe 6, während A3 die Symmetrieachse der Anschlussscheibe 5 bezeichnet. Mit M ist der Mittelpunkt bezeichnet, in dem sich die Symmetrieachsen AI, A2 und A3 schneiden. Mit Rl ist der Radius bezeichnet, auf dem sich das Abstandselement 13, 14 um die Mittelachse des Lagerelementes 7 bewegt, während R2 den Radius der Anschlussscheibe 5 bezeichnet.
W bezeichnet den zwischen den beiden Anschluss- scheiben 5, 6 eingeschlossenen Winkel, während Tk den Durchmesser eines der Zahnräder 13, 14 bezeichnet.
In Fig. 9 ist eine aus zwei Getrieben bestehende Getriebeanordnung dargestellt, wobei ein erstes Getriebe demjenigen gleicht, das in den Fign. 5—8 dargestellt ist. Die entsprechenden Anschlussscheiben 5, 6 sind wie in den oben genannten Figuren bezeichnet. Die beiden Getriebe haben die Anschlussscheibe 5 gemeinsam. Diese trägt auf beiden Seiten jeweils einen Zahnkranz 15, 22.
Alternativ könnten auch zwei einzelne Getriebe jeweils vollständig aufgebaut werden, und darauf könnten zwei benachbarte Anschlussscheiben fest miteinander verbunden werden. Der hier dargestellte Aufbau hat jedoch die Einsparung von Material und Ver- bindungsvorrichtungen zur Folge. Dadurch können die Gesamtkosten gesenkt werden.
Durch die kombinierte Getriebeanordnung mit den An- Schlussscheiben 5, 6, 23 können einerseits verschiedene Taumelpositionen eingestellt werden,
andererseits kann durch entsprechende Kombination von Positionsänderungen beider Abstandselemente 13, 14 einerseits und 24, 25 andererseits auch Neigungs- winkel in gewissen Grenzen eingestellt werden.
Die Motoren 17, 26 sind zu diesem Zweck mit einer gemeinsamen Motorsteuereinrichtung 27 verbunden. Die einzelnen Motoren 17, 26 sind vorteilhaft als
Schrittmotoren ausgebildet, so dass ihre Stellung/
Position jederzeit eindeutig festgelegt und bestimmbar ist.
Je nach der gewünschten Länge eines entsprechenden Flexgelenks oder Roboterarms kann eine gewünschte Anzahl von Einzelgetrieben segmentweise in Reihe geschaltet und miteinander verbunden werden, so dass mit minimalem Aufwand und mit gleichartigen Getriebe- elementen verschiedenartige Roboterarme/Manipulator- arme aufgebaut werden können.
Die Darstellung in Fig. 9 zeigt als Spannelement eine die Lagerelemente durchsetzenden flexiblen Strang, der eine Anschlagmutter 28 sowie eine Feder 29 auf- weist, die an der Anschlagmutter einerseits und einer
Anschlussscheibe 6 andererseits abgestützt ist und die im Zusammenwirken mit einem weiteren Abschluss- stück 30 einen axialen Druck auf die Getriebeanordnung ausübt und somit die Anschlussscheiben 5, 6, 23 zusammenhält.

Claims

Patentansprüche
Getriebe zur Übertragung zwischen einem ersten Anschlusselement (5) und einem zweiten Anschlusselement (6) , wobei Winkellage und/oder A stand der Anschlusselemente zueinander einstellbar sind.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Anschlusselement (5) gegenüber dem zweiten Anschlusselement (6) taumelnd bewegbar ist, wobei durch ein Lagerelement (7), das zwischen den Anschlusselementen (5, 6) angeordnet ist und das die Anschlusselemente taumelnd beweglich gegeneinander lagert, sowie durch ein Abstandselement (3, 4, 13, 14) mit festen Abmessungen, das zwischen den Anschluss- elementen im Abstand von dem Lagerelement (7) derart gesteuert positionierbar ist, dass die Anschlusselemente unter Abstützung an dem Abstandselement und dem Lagerelement eine gewünschte Winkelposition zueinander einnehmen.
Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Abstandselementes (3, 4, 13, 14) in Querrichtung zu der Verbindungslinie zwischen dem Abstandselement und dem Lagerelement (7) , insbesondere auf einem Kreisbogen um das Lagerelement (7), einstellbar ist.
Getriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Abstandselementes (3, 4, 13, 14) bezüglich des Abstandes zum Lagerelement (7) konstruktiv einstellbar Getriebe nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandselement (3, 4, 13, 14) zwei Abrollelemente (13, 14) aufweist, von denen je eines an je einem der Anschlusselemente (5, 6) abrollt.
Getriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrollelemente (13, 14) Zahnräder sind, die jeweils mit einer Zahnstruktur (15, 16) an jeweils einem der Anschlusselemente in Eingriff stehen.
Getriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Zahnräder (13, 14) miteinander in Eingriff stehen.
Getriebe nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstands- element (13, 14) an einem um das Lagerelement schwenkbaren Arm (11) befestigt ist.
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Anschlusselemente (5, 6) einen Zahnkranz (15, 16) trägt, mit dem je eines der Zahnräder in Eingriff steht.
Getriebe nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (5, 6) im Bereich des Lagerelementes (7) insbesondere mittels eines Spannelementes (28, 29, 30) zusammengehalten werden.
Getriebe nach Anspruch 5 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Abrollelemente (13, 14) mittels eines Motors (17) antreibbar ist. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
an dem ersten Anschlusselement (105) einerseits und an dem zweiten Anschlusselement (106) andererseits vorzugsweise drei Schenkelpaare (101, 102) befestigt sind, wobei
jedes Schenkelpaar einen ersten sowie einen zweiten Schenkel (101, 102) aufweist, wobei der erste Schenkel (101) über eine erste Kippanordnung (103a, 103b) mit dem ersten Anschlusselement (105) und der zweite Schenkel (102) über eine zweite Kippanordnung (104a, 104b) mit dem zweiten Anschlusselement (106) verbunden ist, und
zwischen erstem und zweitem Schenkel ein Ausgleichsgelenk (108) vorgesehen ist, das für Ausgleichbewegungen zwischen dem ersten und zweiten Schenkel um drei Drehachsen eingerichtet ist, wobei pro Schenkelpaar (101, 102) wenigstens ein Antrieb (107) zur Verstellung und/oder Fixierung der Winkellage mindestens eines Schenkels des jeweiligen Schenkelpaares gegeben ist.
Getriebe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgleichsgelenk (108) ein Kugelgelenk, drei vorzugsweise orthogonale Achsen oder ein weiches, eigenelastisches Material um- fasst .
Getriebe nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe genau drei Schenkelpaare (101, 102) umfasst.
Getriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Kippanordnung als ein oder zwei Kippge- lenke (103a, 103b; 104a, 104b) oder als Scharniere ausgeführt sind.
Getriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse der Kippanordnung im Wesentlichen radial, tangential oder sekantial bezüglich eines Kreises ist, wobei dieser Kreis vorzugsweise ein Kreis um einen Flächenmittelpunkt des Anschlusselements (105, 106) ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Schenkelpaar (101, 102) ein translatorisch wirkender Antriebsmotor (107) zwischen Ausgleichsgelenk (108) einerseits und Anschlusselement (105) andererseits angeordnet ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem Schenkelpaar (101, 102) ein rotatorisch wirkender Antriebsmotor (115) an einem Schenkel (101) im Bereich der Kippanordnung (103a, 103b) zur Drehung dieses Schenkels (101) drehfest angeordnet ist.
Getriebeanordnung in Form eines Roboterarms bestehend aus Flex- oder Flexionsgelenken mit wenigstens zwei Getrieben nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei jeweils zwei Anschlusselemente benachbarter Getriebe starr oder nachgiebig miteinander verbunden oder zu einem einzigen Anschlusselement (5) zusammengefasst sind .
Getriebeanordnung nach Anspruch 19, dadurch kennzeichnet, dass ein Spannelement (28, 29, mehrere, insbesondere alle Anschlusselemente (5 6, 23) durchsetzt.
Getriebeanordnung nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (27) , die wenigstens zwei, insbesondere alle Motoren steuert, die die einzelnen Abrollelemente antreiben.
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