-
Die
Erfindung betrifft einen Roboterfinger sowie eine Roboterhand.
-
Roboterhände sind
der menschlichen Hand nachgebildet und weisen eine im Wesentlichen
dem Handteller entsprechende Handbasis auf. An der Handbasis ist
mindestens einer, üblicherweise
mehrere Roboterfinger befestigt. Die Roboterfinger weisen ebenfalls,
den menschlichen Fingern nachempfunden, mehrere Fingerglieder auf.
Unmittelbar mit der Handbasis oder mit einem Basiselement des Roboterfingers
ist ein Hauptfingerglied mit einem Basisgelenk verbunden. Das Basisgelenk
ist hierbei das der Handbasis am nächsten angeordnete Fingergelenk.
Das Basisgelenk ist derart ausgebildet, dass es eine Bewegung des
Hauptfingergliedes in zwei Ebenen ermöglicht. Andererseits kann das
Hauptfingerglied entsprechend dem Schließen oder Öffnen der Hand um eine Haupt-Drehachse
gedreht bzw. geschwenkt werden. Hierzu senkrecht kann das Hauptfingerglied üblicherweise
in beide Richtungen um ca. 10 bis 20° seitlich bewegt werden. Hierdurch
kann in räumlichen
Grenzen, die denen der Bewegungsfreiheit eines menschlichen Fingers
entsprechen, der Roboterfinger bewegt werden. Es ist bekannt, als
Basisgelenk ein Gelenk mit zwei Kegelradpaaren vorzusehen. Die beiden
Haupt-Kegelräder
des Basisgelenks sind einander gegenüberliegend angeordnet und gesondert
voneinander antreibbar. Ein Drehen der Hauptkegelräder um die
Hauptdrehachse bewirkt ein Drehen bzw. Schwenken des Fingers entsprechend
dem Öffnen
oder Schließen
der Hand. Zwischen den beiden Hauptkegelrädern senkrecht zu diesem sind
zwei Zwischen-Kegelräder
angeordnet. Die Zwischen-Kegelräder
sind um eine Neben-Drehachse schwenkbar. Durch Drehen der Hauptkegelräder mit
unterschiedlicher Drehgeschwindigkeit und/oder in entgegengesetzte
Richtung erfolgt ein seitliches Ausschwenken des Roboterfingers
bzw. des Hauptfingergelenks des Roboterfingers. Die beiden Haupt-Kegelräder werden über ein
Getriebe, wie beispielsweise einen Zahnriemen, von jeweils einem Elektromotor
angetrieben. Diese sind vorzugsweise am Basiselement des Roboterfingers
angeordnet bzw. in diesem integriert.
-
Beim
Greifen mit einer Roboterhand entstehen insbesondere an den Fingerspitzen
den Haltekräften
entgegengesetzte Gegenkräfte.
Diese müssen über das
Basisgelenk an das Basiselement des Rotorfingers und/oder an die
Handbasis der Roboterhand übertragen
werden. Aufgrund des Vorsehens von Kegel-Zahnrädern, bewirkt das Einwirken
derartiger Kräfte
auf die Zwischen-Kegelräder ein
Auseinanderdrücken
des Basisgelenks. Dies führt
dazu, dass die zur Kraftübertragung
wirksamen Anlageflächen
zwischen den Zähnen
der Kegelrädern
geringer werden, was wiederum zur Beschädigung der Kegelräder führen kann.
Hierbei kann es sogar vorkommen, dass ein Zahn übersprungen wird, oder das
Basisgelenk klemmt. Ferner besteht unabhängig von dem Problem der Kräfteübertragung
die Gefahr, dass in das Kegelgelenk Fremdkörper eindringen und diese ein
Klemmen oder Beschädigen
der Kegelräder bewirken.
Aus
US 6,658,962 B1 ist
eine derartige Roboterhand bekannt.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Roboterfinger zu schaffen, bei dem die
Gefahr des Beschädigens
des Basisgelenks aufgrund der auftretenden Kräfte und/oder durch Verschmutzungen
verringert ist.
-
Die
Lösung
der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Roboterfinger
gemäß Anspruch 1
bzw. eine mehrere derartige Roboterfinger aufweisende Roboterhand
gemäß Anspruch
12.
-
Der
erfindungsgemäße Roboterfinger
weist im Bereich des Basisgelenks einen Abdeckbügel auf. Der Abdeckbügel erstreckt
sich zwischen zwei Halteelementen, die die Zwischen-Kegelräder tragen,
bzw. an denen die Zwischen-Kegelräder drehbar gelagert sind.
Da der Abdeckbügel
die beiden Halteelemente miteinander verbindet, können durch
den Abdeckbügel
Kräfte
aufgenommen werden. Dies führt
dazu, dass die Gefahr des Auseinanderdrückens der Zwischen-Kegelräder bei
der Aufnahme höherer
Kräfte verringert
ist. Ferner ist der Abdeckbügel
erfindungsgemäß derart
angeordnet, dass die Kegelräder
zumindest teilweise abgedeckt sind, so dass die Gefahr des Eindringens
von Verschmutzungen verringert ist.
-
Erfindungsgemäß ragt der
Abdeckbügel
zwischen die einander gegenüberliegenden
Haupt-Kegelräder.
Hierbei ist es besonders bevorzugt, dass vorzugsweise beide Seitenflächen des
Abdeckbügels,
die in Richtung der Haupt-Kegelräder
weisen, abgeschrägt
sind. Insbesondere verläuft
die Abschrägung
parallel zu den Zahnflanken der jeweiligen Haupt-Kegelräder. Hierdurch
ist ein äußerst geringer Spalt
zwischen dem Abdeckbügel
und dem Kegelrädern
realisiert, so dass die Gefahr des Eindringens von Verunreinigungen
weiter verringert ist. In bevorzugter Ausführungsform ist der Abdeckbügel somit im
Querschnitt im Wesentlichen trapezförmig, wobei die Außenseite
und/oder auch die Innenseite des Abdeckbügels gewölbt sein können. Insbesondere kann die
Außenseite
konvex und die Innenseite konkav ausgebildet sein.
-
Vorzugsweise
ist der Abdeckbügel
bogenförmig,
insbesondere teilringförmig
ausgebildet. Der Abdeckbügel
erstreckt sich somit erfindungsgemäß bogenförmig vom einen zum anderen
Halteelement, wobei der Bogen vorzugsweise einen Winkel von mehr
als 180° überdeckt.
Hierdurch ist insbesondere beim Drehen bzw. Schwenken des Rotorfingers
um die Haupt-Drehachse
gewährleistet,
dass der Abdeckbügel
in den unterschiedlichen Fingerstellungen das Basisgelenk im Wesentlichen
vollständig
abgedeckt ist. Hierbei verläuft
der Bogen des Abdeckbügels
vorzugsweise in der Schwenkebene. Da der Abdeckbügel erfindungsgemäß mit den
Halteelementen der Zwischen-Kegelräder verbunden ist, wird der
Abdeckbügel
beim Drehen bzw. Schwenken des Rotorfingers um die Haupt-Drehachse
mitgeschwenkt.
-
Da
die auf die Zwischen-Kegelräder
wirkenden Kräfte
beim Greifen mit der Roboterhand nach außen wirken und die beiden einander
gegenüberliegenden
Zwischen-Kegelräder
auseinander drücken, ist
es besonders bevorzugt, dass der Abdeckbügel an vorzugsweise beiden
Außenseiten
der Halteelemente angeordnet ist, vorzugsweise an diesen anliegt.
Bei einem Auseinanderdrücken
der Zwischen-Kegelräder
würde der
Haltebügel
somit aufgebogen. Der Haltebügel
kann somit die Gefahr des Auseinanderdrückens der beiden Zwischen-Kegelräder verringern.
Hierdurch ist die Gefahr des Beschädigens des Basisgelenks erheblich
verringert.
-
Beim
seitlichen Schwenken des Roboterfingers, das heißt beim Schwenken um die Neben-Drehachse,
ist es bevorzugt, dass der Abdeckbügel nicht mitschwenkt. Dies
ist erfindungsgemäß in bevorzugter
Ausführungsform
dadurch erreicht, dass der Abdeckbügel an den Halteelementen der
Zwischen-Kegelräder schwenkbar
angeordnet ist. Hierdurch ist eine äußerst kompakte Bauweise des
Roboterfingers im Bereich des Basisgelenks möglich. Würde der Abdeckbügel beim
seitlichen Bewegen des Roboterfingers mitschwenken, müsste ein
entsprechender Raum für
den Abdeckbügel
vorhanden sein. Dies würde
einen Schlitz mit sich bringen, durch den Verunreinigungen in das
Basisgelenk gelangen können.
-
In
bevorzugter Ausführungsform
ist der insbesondere bogenförmig
ausgebildete Abdeckbügel derart
ausgebildet, dass er in Richtung des Haupt-Fingerelements offen ist. Dies ist möglich, da sich
das Basiselement beim Schwenken, wie es beim Öffnen und Schließen der
Roboterhand auftritt, auf der in Richtung des Basiselements weisenden
Seite und nicht auf der in Richtung des Hauptfingergliedes weisenden
Seite öffnet.
Hierdurch ist die Montage vereinfacht und eine platzsparende Anordnung
realisiert.
-
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
sind die Halteelemente nicht nur über den erfindungsgemäß vorgesehenen
Abdeckbügel,
sondern zusätzlich über ein
Verbindungselement miteinander verbunden. Hierbei handelt es sich
vorzugsweise um ein stegförmiges
innerhalb des Hauptfingergliedes angeordnetes Verbindungselement,
das ebenfalls zur Kraftaufnahme bzw. zum Zusammenhalten der Halteelemente
dient. Insbesondere sind die beiden Halteelemente und das Verbindungselement
als einstückiges
Bauteil ausgebildet. In bevorzugter Ausführungsform bildet das Verbindungselement
somit einen inneren und der Abdeckbügel einen äußeren Haltebogen zur Kraftaufnahme
bzw. Kraftübertragung.
-
Ferner
betrifft die Erfindung eine Roboterhand, mit einer Handbasis, die
dem menschlichen Handteller nachgebildet ist. Mit der Handbasis
ist mindestens ein, sind vorzugsweise mehrere, insbesondere mindestens
zwei Roboterfinger, wie vorstehend beschrieben, verbunden.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme
auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Draufsicht eines Basisgelenks eines Roboterfingers,
-
2 eine
schematische Seitenansicht eines Basisgelenks eines Roboterfingers,
und
-
3 eine
schematische perspektivische Ansicht eines Abdeckbügels.
-
Ein
Basisgelenk 10 weist zwei einander gegenüberliegende
Haupt-Kegelräder 12 auf.
Diese weisen im dargestellten Ausführungsbeispiel einen jeweils
nach außen
weisenden zylindrischen Ansatz 14 mit Verzahnung auf und
sind um eine Haupt-Drehachse 15 unabhängig voneinander drehbar.
-
In
den Ansatz 14 greift jeweils ein Zahnriemen 16 ein.
Die Zahnriemen 16 sind jeweils mit einem Elektromotor 18 verbunden.
Die Elektromotoren 18 treiben jeweils ein mit dem Zahnriemen 16 in
Eingriff stehendes Zahnrad 20 an. Die Elektromotoren 18 sind
auf einem nicht dargestellten Basiselement fixiert.
-
Mit
den beiden, unabhängig
voneinander antreibbaren Haupt-Kegelrädern 12, sind zwei
Zwischen-Kegelräder 22 angeordnet.
Die Zwischen-Kegelräder 22 sind
ebenfalls einander gegenüberliegend
in Ebenen, die senkrecht zu den Ebenen der Haupt-Kegelräder 12 verlaufen,
angeordnet. Die beiden Zwischen-Kegelräder 22 sind jeweils über eine Neben-Drehachse 24 mit
einem Halteelement 26 verbunden. Die beiden Haltelemente 26 sind über ein Verbindungselement 28 fest
miteinander verbunden, so dass die beiden Halteelemente 26 in
Verbindung mit dem Verbindungselement 28 eine U-förmige Halterung ausbilden,
die vorzugsweise einstückig
ausgebildet ist. Mit den Halteelementen 26 bzw. dem Verbindungselement 28 ist
ein nicht dargestelltes Hauptfingerglied verbunden. Das Hauptfingerglied trägt beispielsweise
Antriebselemente für
das nächste
Fingerglied.
-
Beim
Greifen mit einer beispielsweise mindestens zwei Roboterfinger aufweisenden
Roboterhand wirken Kräfte
in Richtung der Pfeile 30 (2) nach
außen.
Diese bewirken ein Auseinanderdrücken
der Neben-Kegelräder 22.
Um diese Gefahr des Auseinanderdrückens und die hiermit verbundenen Probleme
zu verringern, ist erfindungsgemäß ein Abdeckbügel 32 vorgesehen.
Der Abdeckbügel 32 ist bogenförmig ausgebildet.
Das Abdeckelement ist an Zapfen 34 der Neben-Drehachse 24 schwenkbar
gehalten. Das Abdeckelement 32 ist somit um die Neben-Drehachse 24 schwenkbar,
die jedoch in Richtung der Pfeile 30 nicht verschiebbar
gehalten ist, so dass der Abdeckbügel 32 in Richtung
der Pfeile 30 wirkende Kräfte aufnehmen kann. Der Abdeckbügel 32 ist
im Bereich der beiden Außenseiten 36 der
Halteelemente 26 angeordnet und liegt an diesen an. Die in
Richtung der Hauptkegelräder 12 weisenden
Seiten 38 des Abdeckbügels
können
abgeschrägt
sein und verlaufen sodann vorzugsweise im Wesentlichen parallel
zu Flanken 40 der Haupt-Kegelräder 12. Der Abdeckbügel 32 kann
somit teilweise in den Bereich der Haupt-Kegelräder 12 hinein ragen.