DE19956176A1 - Gripping or actuating arm - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Greif-oder Betätigungsarm mit mindestens zwei Gliedern, die jeweils mittels eines elektromotorischen Antriebs relativ zueinander und/oder zu einer Basis beweglich, insbesondere dreh- und/oder verschwenkbar sind, wobei die Antriebe zur Durchführung definierter Bewegungen der Glieder getrennt steuerbar sind und wobei weiter jeweils eine Sensoranordnung zur Ermittlung der Relativstellung zweier benachbarter Glieder vorgesehen ist. Dabei sind erfindungsgemäß die Antriebe als Antriebseinheiten ausgebildet, die jeweils mindestens einen Elektromotor, die zur Betätigung des Elektromotors notwendige Motorsteuerung, gegebenenfalls ein Getriebe und die Sensoranordnung aufweisen. Ferner sind die Antriebe sämtlicher Glieder seriell nach Art einer Busanordnung derart hintereinander geschaltet, daß die zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und die Steuersignale über die Busanordnung übertragbar sind.The invention relates to a gripping or actuating arm with at least two links, each of which can be moved, in particular rotated and / or pivoted, relative to one another and / or to a base by means of an electric motor drive, the drives being separately controllable for carrying out defined movements of the links and a sensor arrangement for determining the relative position of two adjacent members is also provided. According to the invention, the drives are designed as drive units, each of which has at least one electric motor, the motor control necessary for actuating the electric motor, possibly a gear and the sensor arrangement. Furthermore, the drives of all links are connected in series in the manner of a bus arrangement in such a way that the energy required for actuating the drives and the control signals can be transmitted via the bus arrangement.
Description
Die Erfindung betrifft einen Greif- oder Betätigungsarm nach dem Ober begriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a gripping or actuating arm according to the upper Concept of claim 1.
Greif- oder Betätigungsarme der eingangs genannten Art finden vorzugs weise, jedoch keineswegs ausschließlich im Bereich der sogenannten Ro botertechnik Verwendung. Dabei sind eine Vielzahl von Gliedern gegen einander dreh- oder verschwenkbar hintereinander angeordnet, wobei zischen jeweils zwei benachbarten Gliedern mindestens ein elektromoto rischer Dreh- oder Schwenkantrieb vorgesehen ist. Anzahl der Glieder, Antriebe und/oder Dreh- bzw. Schwenkachsen werden durch die ge wünschte Anzahl der Freiheitsgrade der Bewegung des Greif- oder Betä tigungsarmes bestimmt. An einem Endes des Greif- oder Betätigungsar mes ist ein Greif- oder Betätigungswerkzeug angeordnet, wobei erfin dungsgemäß alle Arten von derartigen Werkzeugen unter diesen Begriff fallen sollen. Mit seinem vom Goeif- oder Betätigungswerkzeug wegwei senden Ende ist der Greif- oder Betätigungsarm üblicherweise an einer Basis, beispielsweise einem Grundgestell befestigt. Gripping or actuating arms of the type mentioned are preferred wise, but by no means exclusively in the area of the so-called Ro bot technology use. A large number of links are against arranged one behind the other rotatable or pivotable, wherein hiss at least one electric motor between every two neighboring links Rischer rotary or swivel drive is provided. Number of links, Drives and / or rotary or swivel axes are controlled by the ge Desired number of degrees of freedom of movement of the gripping or actuating low-maintenance determined. At one end of the gripping or operating arm mes a gripping or actuating tool is arranged, wherein invent according to all types of such tools under this term should fall. With his away from the Goeif- or actuating tool send end, the gripping or actuating arm is usually on one Base, for example attached to a base frame.
Bei den bekannten Greif- oder Befestigungsarmen ist jeder Antrieb jedes Gliedes unmittelbar, das heißt über ein separates Kabel mit einer Ansteu ereinheit verbunden, die, beispielsweise in einem Schaltschrank, außer halb des Roboters angeordnet ist. Ebenso ist jeder Antrieb mit einer se paraten Stromversorgungsleitung versehen. Die Leitungen sowohl für die Stromversorgung als auch zur Ansteuerung der Antriebe sind dabei pa rallel durch den gesamten Greif- oder Betätigungsarm geführt. Dies führt dazu, daß, je mehr Antriebe anzusteuern sind und näher man zum Grund gestell bzw. zum Schaltschrank und zur Energieversorgung kommt, die Zahl der Kabel und damit der Durchmesser des entstehenden Kabelbau mes signifikant zunimmt. Dadurch wird insbesondere die Beweglichkeit der Glieder des Greif- und Betätigungsarms relativ zueinander, insbeson dere im Hinblick auf die nahe am Grundgestell befindlichen Glieder, er heblich eingeschränkt. Zudem erfordert die notwendige Verkabelung im Inneren des Greif- oder Betätigungsarms eine erheblich Größe, insbeson dere ein erhebliches Innenvolumen der einzelnen Glieder, so daß ein wie vorstehend beschriebenes Verkabelungskonzept für Anwendungen, bei denen eine bestimmte Baugröße nicht überschritten werden kann, bei spielsweise wenn ein derartiger Greif- oder Betätigungsarm zur Unter stützung von körperbehinderten Menschen, insbesondere an einem Roll stuhl oder dergleichen, Verwendung finden soll, praktisch nicht anwend bar ist.In the known gripping or fastening arms, each drive is each Link directly, that is, via a separate cable with a control unit connected, for example in a control cabinet, except half of the robot is arranged. Likewise, each drive is with a se provided separate power supply line. The lines for both Power supply as well as to control the drives are pa run parallel through the entire gripping or actuating arm. this leads to to the fact that the more drives are to be controlled and closer to the bottom frame or to the control cabinet and power supply that Number of cables and thus the diameter of the resulting cable construction mes increases significantly. This makes mobility in particular the links of the gripping and actuating arm relative to one another, in particular with regard to the links close to the base frame, he severely restricted. In addition, the necessary wiring in the Inside the gripping or actuating arm a considerable size, in particular a considerable internal volume of the individual links, so that a like Cabling concept for applications described above, for which cannot exceed a certain size for example when such a gripping or operating arm to the bottom support for physically disabled people, especially on a roll chair or the like, should be used, practically not applicable is cash.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorlie genden Erfindung, einen Greif- oder Betätigungsarm zu schaffen, der bei geringem Verkabelungsaufwand eine vergleichsweise geringe Baugröße der Glieder bei gleichzeitiger Minimierung der Einschränkung der Be weglichkeit der Glieder relativ zueinander aufgrund der Verkabelung ermöglicht.Based on this state of the art, it is the task of the present ing invention to provide a gripping or actuating arm that at low cabling, a comparatively small size the limbs while minimizing the restriction of the loading Movement of the links relative to each other due to the wiring enables.
Diese Aufgabe wird durch einen Greif- oder Betätigungsarm nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. This task is performed by a gripping or actuating arm Teaching of claim 1 solved.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of Subclaims.
Die Erfindung betrifft einen Greif- oder Betätigungsarm mit mindestens zwei Gliedern, die jeweils mittels eines elektromotorischen Antriebs relativ zueinander und/oder zu einer Basis, beispielsweise einem Grund gestell, beweglich, insbesondere dreh- und/oder verschwenkbar sind. Ob zwei jeweils benachbarte Glieder gegeneinander verdreht oder ver schwenkt werden, hängt im wesentlichen von der Anordnung des jeweili gen Antriebs, insbesondere der Ausrichtung seiner Motorwelle ab. So werden die Glieder beispielsweise gegeneinander verschwenkt, falls die Längsachsen der Glieder im wesentlichen quer zur Motorwelle verlaufen, und die Glieder gegeneinander verdreht, falls die Längsachsen der Glie der parallel zur Motorwelle oder koaxial mit dieser verlaufen.The invention relates to a gripping or actuating arm with at least two links, each by means of an electric motor drive relative to each other and / or to a basis, for example a reason frame, movable, in particular rotatable and / or pivotable. If two adjacent links rotated or ver are pivoted depends essentially on the arrangement of the respective gene drive, especially the alignment of its motor shaft. So the links are pivoted against each other, for example, if the The longitudinal axes of the links run essentially transversely to the motor shaft, and the links twisted against each other if the longitudinal axes of the Glie that run parallel to or coaxial with the motor shaft.
Die Antriebe zur Durchführung definierter Bewegungen der Glieder sind getrennt steuerbar, wobei hierunter sowohl die logische Ansteuerung der Antriebe, beispielsweise durch ein Computerprogramm oder einen Joy- Stick, als auch die Motorsteuerung selbst fällt.The drives for performing defined movements of the links are separately controllable, including both the logical control of the Drives, for example by a computer program or a joy Stick, as well as the engine control itself falls.
Weiter ist jeweils eine Sensoranordnung, beispielsweise ein Drehwinkel geber, mittelbar oder unmittelbar auf der Motorwelle, zur Ermittlung der Relativstellung zweier benachbarter Glieder vorgesehen, deren Signal beispielsweise von einer rechnergestützten Steuereinheit ausgewertet und zur Steuerung der Antriebe verwendet werden kann. Dabei kann vorzugs weise die Überwachung, Steuerung und Regelung in Echtzeit erfolgen. Insbesondere die Drehmomentregelung kann über ein field programmable gate array (FPGA) erfolgen.There is also a sensor arrangement, for example a rotation angle encoder, directly or indirectly on the motor shaft, to determine the Relative position of two adjacent links provided, their signal evaluated and, for example, by a computer-aided control unit can be used to control the drives. It can be preferred as the monitoring, control and regulation take place in real time. In particular, the torque control can be programmed via a field gate array (FPGA).
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind erfindungsgemäß die Antriebe als Antriebseinheiten ausgebildet, die jeweils mindestens einen Elektro motor, die zur Betätigung des Elektromotors notwendige Motorsteuerung, gegebenenfalls ein Getriebe, insbesondere ein Exzenter- oder Doppelex zentergetriebe, und die Sensoranordnung aufweisen. Dabei sind ferner die Antriebe sämtlicher Glieder seriell nach Art einer Busanordnung derart hintereinander geschaltet, daß die zur Betätigung der Antriebe notwendi ge Energie und die Steuersignale über die Busanordnung übertragbar sind. Dabei können sowohl die Steuersignale, beispielsweise von einem Computer, an den Motor als auch die zur Steuerung dienenden Sensor signale an beispielsweise eine Auswerte- und Steuereinheit, über die Busanordnung übertragen werden.In contrast to the prior art, the drives are according to the invention formed as drive units, each having at least one electric motor, the motor control necessary to operate the electric motor, if necessary, a gear, in particular an eccentric or doubleex center gear, and have the sensor arrangement. The are also Drives all links serially in the manner of a bus arrangement connected in series that the necessary for actuating the drives ge energy and the control signals can be transmitted via the bus arrangement are. Both the control signals, for example from one Computer, to the engine as well as the sensor used for control signals to, for example, an evaluation and control unit via which Bus arrangement are transmitted.
Bereits durch die Zusammenfassung des Elektromotors, gegebenenfalls eines Getriebes, der Motorsteuerung, die nach dem Stand der Technik üblicherweise außerhalb im Schaltschrank angeordnet ist, und der Sen soranordnung zu jeweils einer kompakten Antriebseinheit, die vorzugs weise in einem alle Komponenten umfassenden Gehäuse angeordnet ist, ergibt sich neben einer Verringerung des Platzbedarfs im Greif- oder Betätigungsarm und einer Verringerung des Verkabelungsaufwands eine hohe erreichbare elektrische Leistungs- und Funktionsdichte. Durch die Verwendung einer Busanordnung sowohl für die Stromversorgung als auch für die Übertragung der notwendigen Steuer- und/oder Meßsignale wird der Verkabelungsaufwand weiter reduziert, wobei insbesondere die bisher üblichen Kabelbäume entfallen bzw. deren Durchmesser zumindest erheblich reduziert wird. Dadurch wird neben einem geringen Verkabe lungsaufwand gleichzeitig die notwendige Baugröße der Glieder verrin gert und die Einschränkung der Beweglichkeit der Glieder untereinander aufgrund der Verkabelung auf ein Minimum verringert. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß aufgrund der Zusammenfassung zu kompakten Einheiten der Montageaufwand insgesamt vergleichsweise gering ist und auch ein einfacher und kostengünstiger Service gegeben ist.Already by summarizing the electric motor, if necessary of a gearbox, the engine control, according to the prior art is usually arranged outside in the control cabinet, and the Sen sensor arrangement for a compact drive unit, the preferred is arranged in a housing that includes all components, results in addition to a reduction in the space required in the gripping or Arm and a reduction in cabling a high achievable electrical power and functional density. Through the Use of a bus arrangement for both the power supply and also for the transmission of the necessary control and / or measurement signals the wiring effort is further reduced, in particular the Cable harnesses that have been customary up to now are eliminated or their diameters at least is significantly reduced. This will in addition to a low wiring the necessary size of the links and the limitation of the mobility of the limbs with each other reduced to a minimum due to the wiring. Another Advantage of the invention is that due to the summary comparatively compact units of assembly work overall is low and a simple and inexpensive service is also provided is.
Die Anzahl der Glieder des Greif- oder Betätigungsarms ist grundsätzlich beliebig und hängt letztendlich im wesentlichen von der Anzahl der Frei heitsgrade der Bewegung ab. Vorzugsweise sind mindestens drei, vor zugsweise drei bis sieben Glieder vorgesehen. Aufgrund der Busanord nung ist die Anzahl der Glieder im Hinblick auf die vorstehend beim Stand der Technik beschriebene Verkabelungsproblematik praktisch unbegrenzt, da sich grundsätzlich kein mit der Anzahl der Glieder zu nehmender Kabelbaumdurchmesser ergibt.The number of links in the gripping or actuating arm is fundamental arbitrary and ultimately depends essentially on the number of free degrees of motion. Preferably at least three are in front preferably three to seven links are provided. Because of the busanord is the number of links with respect to the above at Cabling problems described in the prior art are practical unlimited, since there is basically no increase in the number of links increasing wire harness diameter results.
In grundsätzlich beliebiger Weise kann die Übertragung der Energie und der Steuersignale beispielsweise durch ein beliebiges mehradriges Buska bel erfolgen, das durch sämtliche Glieder im wesentlichen über die ge samte Länge des Greif- oder Betätigungsarms geführt wird. Insbesondere jedoch, wenn der zulässige Dreh- oder Schwenkwinkel zwischen benach barten Gliedern 360° und mehr ist, ist es von Vorteil oder, insbesondere bei unbegrenztem Drehwinkel, notwendig, eine Übertragung der Energie und der Steuersignale vorzusehen, die eine unzulässige Verdrehung der Busanordnung bzw. des Buskabels vermeidet. Nach einem Ausführungs beispiel der Erfindung erfolgt daher die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benachbarten Glied mittels einer für sich bekannten Dreh durchführung, beispielsweise über Schleifringe oder dergleichen.In principle, the transfer of energy and the control signals, for example by any multi-core buska bel done that through all links essentially over the ge entire length of the gripping or actuating arm is guided. In particular however, if the allowable rotation or swivel angle between neighboring bartender limbs is 360 ° and more, it is advantageous or, in particular with unlimited rotation angle, a transfer of energy is necessary and to provide the control signals, which an illegal rotation of the Avoids bus arrangement or the bus cable. After an execution example of the invention is therefore the transmission of the actuation the drives necessary energy and the control signals from one link to the neighboring link by means of a known rotation implementation, for example via slip rings or the like.
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann die Übertragung der zur Betäti gung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benachbarten Glied berührungslos, insbesondere in duktiv, optisch oder dergleichen erfolgen.According to a further embodiment, the transmission of the actuators the necessary energy and the control signals from one Link to the neighboring link without contact, especially in ductively, optically or the like.
Durch diese Ausgestaltungen kann in grundsätzlich beliebiger Weise ein unbegrenzter Drehwinkel erreicht werden. Dies gilt für die Verbindung sämtlicher Glieder, d. h. insbesondere auch für die dem Grundgestell benachbarten Glieder, da die Busstruktur grundsätzlich an jeder Stelle gleich ist, während nach dem Stand der Technik der Kabelbaum von außen zum Grundgestell hin ständig zunimmt.These configurations can be used in any way unlimited rotation angle can be achieved. This applies to the connection all links, d. H. especially for the base frame neighboring links because the bus structure is basically at every point is the same, while according to the prior art the wiring harness of increases continuously towards the base frame.
Insbesondere wenn die zulässigen Drehwinkel einen bestimmten Wert nicht übersteigen, erfolgt nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Übertragung der zur Betätigung der Antriebe notwendige Energie und der Steuersignale von einem Glied zum jeweils benachbarten Glied mittels eines aus einem mehradrigen Flachbandkabelabschnitt gewickelten Spiralkörpers, der derart gewickelt und angeordnet ist, daß die Hauptebene des Spiralkörpers im wesentlichen senkrecht zur Dreh- bzw. Schwenkachse zwischen den benachbarten Gliedern verläuft, wobei die beiden Enden des Flachbandabschnitts jeweils mit der Busanordnung des ersten bzw. des benachbarten Gliedes verbindbar sind. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß beim Verdrehen oder Verschwenken der beiden Glieder der Spiralkörper auf- oder abgewickelt wird, wobei kein Verdre hen des Flachbandkabels in sich erfolgt. Der zulässige Drehwinkel hängt dabei im wesentlichen vom Durchmesser des Spiralkörpers und von der Anzahl der Windungen oder Wicklungen ab. Vorzugsweise weist der Spiralkörper mindestens eine, vorzugsweise zwei bis zehn Windungen, auf. Dadurch sind in einfacher und kostengünstiger Weise zulässige Verdrehungen von 1080° und mehr erzielbar.Especially when the allowable rotation angle is a certain value not exceed, takes place according to a further embodiment of the Invention the transmission of the necessary to operate the drives Energy and the control signals from one link to the adjacent one Link by means of a multi-core ribbon cable section wound spiral body, which is wound and arranged such that the main plane of the spiral body essentially perpendicular to the or pivot axis between the adjacent links, wherein the two ends of the ribbon section each with the bus arrangement of the first or the adjacent link are connectable. this means in other words, when twisting or pivoting the two Limbs of the spiral body is wound up or unwound, with no twisting hen the ribbon cable is done in itself. The permissible angle of rotation depends thereby essentially from the diameter of the spiral body and from the Number of turns or windings. Preferably, the Spiral body at least one, preferably two to ten turns, on. This makes it permissible in a simple and inexpensive manner Rotations of 1080 ° and more can be achieved.
Die Befestigung der Enden des Flachbandabschnitts bzw. des Spiralkör pers an der Busanordnung bzw. dem Buskabel jedes Gliedes kann in grundsätzlich beliebiger Weise erfolgen. So können beispielsweise entsprechende Anschlußteile an den Enden des Flachbandabschnittes befestigt, beispielsweise angelötea oder angecrimpt, sein. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch sind beide Enden des Flach bahnabschnitts derart abgewinkelt, daß das erste Ende vom Spiralkörper zum ersten Glied und das zweite Ende vom Spiralkörper zum zweiten Glied weist. Die Abwinklung kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die Enden jeweils um eine im. Winkel von 45° zur Längsachse des Flachbandabschnitts verlaufende Knickkante geknickt werden, wodurch sich insgesamt eine Abwinklung um 90° ergibt.The attachment of the ends of the flat ribbon section or the spiral body pers on the bus arrangement or the bus cable of each link can in basically done in any way. For example corresponding connection parts at the ends of the flat strip section attached, for example angelötea or crimped. After one Embodiment of the invention, however, are both ends of the flat path section angled such that the first end of the spiral body to the first link and the second end from the spiral body to the second Limb points. The bending can be done in a simple manner by that the ends are each one in. Angle of 45 ° to the longitudinal axis of the Ribbon section extending crease edge are kinked, which there is an overall bend of 90 °.
In ebenfalls grundsätzlich beliebiger Weise können die im Flachbandab schnitt angeordneten, inbesondere im Regelfall eingegossenen, Leiter beispielsweise einen runden Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise jedoch weisen die im Flachbandabschnitt angeordneten Leiter im Bereich der Windungen zumindest abschnittsweise einen im wesentlichen flach rechteckigen Querschnitt auf, der beispielsweise durch Auswalzen von runden Kupferleitern erreicht werden kann. Bei einer derartigen Gestal tung wirken die flachen Leiterbahnen als Spiralfeder, die beim Verdrehen ge- oder entspannt wird. Aufgrund dieser Gestaltung nimmt der Spi ralkörper beim Entspannen die vorbestimmte Ausgangsform wieder ein, wodurch sichergestellt ist, daß unabhängig vom Verdrehwinkel die ge wünschte eine nachteilige Verwindung des Flachbandabschnitts sicher ausschließende Spiralform eingehalten wird.In a basically arbitrary manner as well, the flat ribbon can be cut arranged, in particular usually cast in, ladder for example, have a round cross section. Preferably however point the conductors arranged in the flat strip section in the region of the Turns at least in sections essentially flat rectangular cross-section, for example by rolling out round copper conductors can be achieved. With such a shape flat conductor tracks act as a spiral spring, which when twisted is relaxed or relaxed. Because of this design, the Spi ral body when relaxing the predetermined initial shape again, which ensures that regardless of the angle of rotation the ge wished an adverse twisting of the ribbon section for sure exclusive spiral shape is observed.
Der Greif- oder Betätigungsarm der Erfindung kann in üblicher Weise als Guß- oder Schweißteil ausgeführt sein, wobei die äußere Gestalt der ein zelnen Glieder im wesentlichen von der mechanischen Funktion bestimmt wird. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin dung jedoch weisen die Glieder einen als Tragstruktur ausgebildeten Grundkörper und mindestens ein Verkleidungselement auf, wobei das Verkleidungselement lösbar am Grundkörper befestigbar ist. Dies bedeu tet mit anderen Worten, daß erfindungsgemäß eine Trennung der tragen den mechanischen Funktion der Tragstruktur und der im wesentlichen den ästhetischen Gesamteindruck bestimmenden Verkleidung stattfinden kann, wodurch sowohl die Tragstruktur, beispielsweise im Hinblick auf mechanische Festigkeit, Steifigkeit oder Leichtbau, als auch die Verklei dung, beispielsweise im Hinblick auf Oberfläche, Dekor, Form oder Sicherheitsaspekte, auf ihre jeweiligen spezifischen Anforderungen opti mierbar sind.The gripping or actuating arm of the invention can in the usual way as Cast or welded part, the outer shape of the one individual links essentially determined by the mechanical function becomes. According to a particularly preferred embodiment of the Erfin However, the links have one designed as a support structure Base body and at least one cladding element, which Cladding element is releasably attachable to the base body. This means tet in other words that according to the invention carry a separation the mechanical function of the support structure and essentially the aesthetic overall impression determining cladding take place can, whereby both the supporting structure, for example with regard to mechanical strength, rigidity or lightweight construction, as well as the bracing tion, for example with regard to surface, decor, shape or Security aspects, opti on their respective specific requirements are mable.
Das Verkleidungselement kann beispielsweise mit der Tragstruktur ver schraubt oder auf diese aufgesteckt sein. Nach einem Ausführungsbei spiel ist das Verkleidungselement an der Tragstruktur nach Art einer Clipsverbindung befestigbar. Damit ist zum einen eine leichte Zugäng lichkeit zum Inneren jedes Gliedes zu Montage- oder Servicezwecken sichergestellt und zum anderen kann der optische oder ästhetische Ge samteindruck des Greif- oder Betätigungsarms in einfacher Weise durch Wechsel der Verkleidungselemente verändert werden.The cladding element can, for example, ver with the support structure screwed or attached to this. After an execution game is the cladding element on the support structure like a Clip connection attachable. On the one hand, this is easy access the inside of each link for assembly or service purposes ensured and on the other hand, the optical or aesthetic Ge overall impression of the gripping or actuating arm in a simple manner Changing the cladding elements can be changed.
Insbesondere dann, wenn der erfindungsgemäße Greif- oder Betätigungs arm beispielsweise in unmittelbarer Nähe von Personen Verwendung finden soll, beispielsweise zum Ausgleich von schweren Behinderungen, kann die Verbindung von Verkleidungselement und Tragstruktur derart ausgestaltet sein, daß beim Überschreiten einer vorgegeben Grenzlast auf die Verbindung ein selbsttätiges Lösen des Verkleidungselementes er folgt. Dadurch kann ein Einklemmen beispielsweise einer Hand des Be nutzers durch Abspringen des Verkleidungselements vermieden oder die Folgen einer solchen Einklemmung zumindest gemildert werden. Vor zugsweise kann dabei das Verkleidungselement im wesentlichen aus Weichschaum bestehen, wodurch die Verletzungsgefahr weiter verringert wird. Alternativ oder zusätzlich dazu kann beim Überschreiten einer vorgegebenen Grenzlast, die durch eine entsprechende Sensoranordnung ermittelbar ist, auch ein Abschalten der Antriebe erfolgen.Especially when the gripping or actuating according to the invention poor use, for example, in the immediate vicinity of people should find, for example to compensate for severe disabilities, can the connection of cladding element and support structure in such a way be designed so that when a predetermined limit load is exceeded the connection an automatic release of the cladding element he follows. This can pinch, for example, a hand of the loading Avoided by jumping off the cladding element or the The consequences of such trapping can at least be mitigated. Before preferably the cladding element can consist essentially of There is soft foam, which further reduces the risk of injury becomes. Alternatively or in addition, when exceeding one predetermined limit load by an appropriate sensor arrangement it can be determined that the drives are also switched off.
Die Sensoranordnung kann in zunächst grundsätzlich beliebiger Art und Weise abtastende Sensoren, gegebenenfalls auch nach Art eines Schalters oder Endschalters, aufweisen. Vorzugsweise finden jedoch berührungslo se, insbesondere magneto-resistive Sensoren, beispielsweise Drehwinkel geber, Verwendung.The sensor arrangement can initially be of any type and Wise scanning sensors, possibly also in the manner of a switch or limit switch. However, preferably find contactless se, in particular magnetoresistive sensors, for example rotation angles donor, use.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel können sowohl der als Trag struktur ausgebildete Grundkörper als auch das entsprechende Verklei dungselement in Länge und/oder Breite verstellbar ausgebildet sein. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß aneinander grenzende Längs- oder Querträger teleskopartig ineinander einschiebbar oder ausziehbar sind oder aber die Tragstruktur aus separaten miteinander verbundenen Längs- und/oder Querträgerabschnitten besteht, so daß durch Einfügung oder Weglassung einzelner Abschnitte die Tragstruktur in Länge und/oder Breite veränderlich ist. Dadurch läßt sich in einfacher Weise ein modula res Konzept mit Anpassung an unterschiedlichste abzudeckende Greif- oder Betätigungsräume realisieren.According to a further embodiment, both as a support structurally trained basic body as well as the corresponding bracing be designed adjustable in length and / or width. This can be done, for example, in that adjacent longitudinal or cross beams telescopically insertable or extractable are or the support structure from separate interconnected Longitudinal and / or cross member sections, so that by insertion or omitting individual sections, the supporting structure in length and / or Width is variable. This allows a modula to be created in a simple manner res concept with adaptation to a wide variety of gripping or implement control rooms.
Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich ein Ausführungsbei spiel darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigtIn the following, the invention is illustrated by means of only one embodiment game representing drawings explained in more detail. It shows
Fig. 1 in schematischer perspektivischer Darstellung die Ansicht eines Greif- oder Betätigungsarms gemäß der vorliegenden Erfindung; Figure 1 is a schematic perspective view of a gripping or actuating arm according to the present invention.
Fig. 2 den Greif- oder Betätigungsarm nach Fig. 1 in seit licher Ansicht in aufgebrochener Darstellung; FIG. 2 shows the gripping or actuating arm according to FIG. 1 in a broken view since a safe view;
Fig. 3 den Greif- oder Betätigungsarm nach den Fig. 1 und 2 in einer gegenüber der Fig. 2 um 90 Grad verdrehten aufgebrochenen Darstellung; Fig. 3 shows the gripping or actuation arm of Figures 1 and 2 broken in a comparison with FIG 2 rotated by 90 degrees representation..;
Fig. 4 in schematischer blockdiagrammartiger Darstellung die serielle Busanordnung der Glieder des Greif- oder Betätigungsarms nach den Fig. 1 bis 3; Fig. 4 is a schematic block diagrammatic representation of the serial bus assembly of the members of the gripping or actuation arm of Figures 1 to 3.
Fig. 5 in perspektivischer schematischer geschnittener Darstellung zwei beweglich miteinander verbunde ne Glieder eines erfindungsgemäßen Greif- oder Betätigungsarms; Fig. 5 in a perspective schematic sectional view of two movably connected ne links of a gripping or actuating arm according to the invention;
Fig. 6 in schematischer perspektivischer Darstellung ei nen aus einem Flachbandkabelbschnitt gewickelten Spiralkörper zur Übertragung von Energie und/oder Steuersignalen zwischen zwei benachbarten gegen einander verdreh- oder verschwenkbaren Gliedern; und Fig. 6 in a schematic perspective view egg NEN wound from a ribbon cable section spiral body for the transmission of energy and / or control signals between two adjacent members rotatable or pivotable against each other; and
Fig. 7 den Spiralkörper nach Fig. 6 in seitlicher Ansicht. Fig. 7 shows the spiral body of FIG. 6 in a side view.
Der in Fig. 1 dargestellte Greif- oder Betätigungsarm 10 weist sechs Glieder 7, 8, 9, 11, 12 und 13 auf, die jeweils gelenkig miteinander verbunden sind. Mit dem axial äußeren Ende des Gliedes 13 ist der Greif- oder Betätigungsarm 10 an einer nicht dargestellten Basis, beispielsweise einem Rahmen eines Rollstuhles oder dergleichen, verbunden. Am axial äußeren Endes des Gliedes 7 ist ein in den Fig. 2 und 3 schematisch dargestellter Greifer 14 angeordnet.The gripping or actuating arm 10 shown in FIG. 1 has six links 7 , 8 , 9 , 11 , 12 and 13 , each of which is articulated to one another. With the axially outer end of the link 13 , the gripping or actuating arm 10 is connected to a base, not shown, for example a frame of a wheelchair or the like. At the axially outer end of the link 7 , a gripper 14 , shown schematically in FIGS. 2 and 3, is arranged.
Die Glieder 7, 8, 9, 11, 12 und 13 sind über die Achsen 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gegeneinander verschwenk- bzw. verdrehbar. Dabei erfolgt um die Dreh achse 6 ein Verdrehen des Gliedeis 12 gegenüber dem an der Basis ort- und drehfest befestigten Glied 13 und damit des gesamten Greifarmes 10; in der Darstellung nach Fig. 1 ist die Drehbewegung durch den Pfeil F6 angedeutet, wobei selbstverständlich eine Drehung in beide möglichen Drehrichtungen erfolgen kann. In ähnlicher Weise erfolgt ein Verdrehen der beiden Glieder 8 und 9 gegeneinander um die Drehachse 3 (Dreh bewegung Pfeil F3) und ein Verdrehen des Greifers 14 gegenüber dem Glied 7 um die Drehachse 1 (Drehrichtung Pfeil F1).The links 7 , 8 , 9 , 11 , 12 and 13 can be pivoted or rotated relative to one another via the axes 1 , 2 , 3 , 4 , 5 and 6 . This takes place about the axis of rotation 6, a rotation of the link 12 relative to the fixed and rotationally fixed link 13 and thus the entire gripper arm 10 ; in the illustration of FIG. 1, the rotational movement is indicated by the arrow F6, which of course can be made to rotate in both possible directions of rotation. In a similar manner, a rotation of the two links 8 and 9 against each other about the axis of rotation 3 (rotary movement arrow F3) and a rotation of the gripper 14 relative to the link 7 about the axis of rotation 1 (direction of rotation arrow F1).
Die Achsen 2, 4 und 5 sind als Schwenkachsen ausgebildet und stehen im wesentlichen senkrecht zu den Achsen 1, 3 und 6, die im wesentlichen fluchten. Dabei erfolgt um die Schwenkachse 2 ein Verschwenken der beiden Glieder 7 und 8 gegeneinander, um die Schwenkachse 4 ein Ver schwenken der beiden Glieder 9 und 11 und um die Schwenkachse 5 ein Verschwenken der beiden Glieder 11 und 12.The axes 2 , 4 and 5 are designed as pivot axes and are substantially perpendicular to the axes 1 , 3 and 6 , which are essentially aligned. Here, a pivoting of the two members 7 and 8 takes place about the pivot axis 2 against each other, about the pivot axis 4, a pivot Ver the two members 9 and 11 and about the pivot axis 5, a pivoting of the two members 11 and 12. FIG.
Im Bereich jeder Achse 1, 2, 3, 4, 5 und 6 ist jeweils eine Antriebseinheit 14, 15, 16, 17, 18 und 19 angeordnet, die zur Durchführung der jeweili gen Dreh- oder Schwenkbewegung dient. Die Antriebseinheiten umfassen dabei jeweils einen Elektromotor, die Motorsteuerung, ein Getriebe und eine Sensoranordnung zur Bestimmung der Position der Antriebe bzw. der Stellung der Glieder zueinander. In the area of each axis 1 , 2 , 3 , 4 , 5 and 6 , a drive unit 14 , 15 , 16 , 17 , 18 and 19 is arranged in each case, which serves to carry out the respective rotary or pivoting movement. The drive units each include an electric motor, the motor control, a transmission and a sensor arrangement for determining the position of the drives or the position of the links relative to one another.
Wie insbesondere aus der Darstellung nach Fig. 5, die in perspektivi scher, aufgebrochener und teilweiser Darstellung die Glieder 7 und 8 zeigt, finden zwei Bauarten von Antriebseinheiten Verwendung. Die im Glied 7 angeordnete Antriebseinheit 14 weist in linearer Anordnung die Einzelkomponenten Getriebe 20, Elektromotor 21 einschließlich Steue rung, Sensorik 22 und eine Bremse 23 auf. Dabei ist die Antriebseinheit orts- und drehfest in nicht dargestellter Weise an der Tragstruktur des Gliedes 7 befestigt. Am Ausgang des Getriebes 20 ist eine Befestigungs möglichkeit für den Greifer 14 vorgesehen, so daß durch Betätigung des Elektromotors 21 der Greifer 14 in eine Drehbewegung versetzt bzw. verdreht werden kann.As shown in FIG. 5, which shows the links 7 and 8 in perspective, broken and partial representation, two types of drive units are used. The drive unit 14 arranged in the link 7 has in a linear arrangement the individual components transmission 20 , electric motor 21 including control, sensor system 22 and a brake 23 . The drive unit is fixed in place and rotatably in a manner not shown on the support structure of the link 7 . At the output of the gear 20 , a fastening possibility is provided for the gripper 14 , so that the gripper 14 can be set or rotated in a rotational movement by actuating the electric motor 21 .
Die im Glied 8 angeordnet Antriebseinheit 15 weist ebenfalls ein Getrie be 24, einen Elektromotor 25 einschließlich Steuerung, eine Sensorik 26 und eine Bremse 27 auf. Dabei werden jedoch zwei Untereinheiten ge bildet, die jeweils in linearer Anordnung die Komponenten Elektromotor 25 und Getriebe 24 bzw. Sensorik 26 und Bremse 27 aufweisen. Die beiden Untereinheiten sind im wesentlichen parallel zueinander neben einander auf einem gehäuseartigen Rahmen 28 angeordnet und über ein Getriebe, hier einen Riementrieb 29, miteinander gekoppelt. Die An triebseinheit ist dreh- und ortsfest an der nicht dargestellten Tragstruktur des Gliedes 8 befestigt. An den Ausgang des Getriebes 24 ist, wie ledig lich schematisch angedeutet ist, ein bügelartiges Koppelglied 30 mit seinem ersten Ende drehfest angeflanscht, das mit seinem zweiten Ende mit der nicht dargestellten Tragstruktur des Gliedes 7 verbunden ist. Bei einer Betätigung des Elektromotores 25 erfolgt dadurch über das Getriebe 24 ein Verschwenken des zweiten Endes des Koppelgliedes 30 und damit des Gliedes 7 gegenüber dem Glied 8.The arranged in the link 8 drive unit 15 also has a gear 24 , an electric motor 25 including control, a sensor system 26 and a brake 27 . However, two subunits are formed, each of which has a linear arrangement of the components electric motor 25 and gear 24 or sensor system 26 and brake 27 . The two subunits are arranged essentially parallel to one another next to one another on a housing-like frame 28 and coupled to one another via a gear, here a belt drive 29 . At the drive unit is rotatably and fixed to the support structure of the link 8 , not shown. At the output of the gear 24 , as is only schematically indicated, a bracket-like coupling member 30 is non-rotatably flanged at its first end, which is connected at its second end to the support structure of the member 7 , not shown. When the electric motor 25 is actuated, the gearbox 24 swivels the second end of the coupling member 30 and thus the link 7 relative to the link 8 .
Am von der Antriebseinheit 15 wegweisenden zweiten Ende des Gliedes 7 ist ein an der Tragstruktur befestigter Adapter 31 angeordnet, mit dem das Glied 8 drehmomentübertragend an das Glied 9 (vgl. insbes. Fig. 3), genauer an den mechanischen Ausgang der Antriebseinheit 16, ankoppel bar ist.At the second end of the link 7 pointing away from the drive unit 15 there is an adapter 31 attached to the support structure, with which the link 8 transmits torque to the link 9 (cf. in particular FIG. 3), more precisely to the mechanical output of the drive unit 16 , can be coupled.
Erfindungsgemäß sind sämtliche Antriebseinheiten 14, 15, 16, 17, 18 und 19 elektrisch nach Art einer Busanordnung hintereinander geschaltet. Da bei erfolgt sowohl die Stromversorgung der Antriebe als auch die Über tragung der Sensor- bzw. Steuersignale, beispielsweise an einen bzw. von einem externen Rechner über diese Busanordnung. In Fig. 4 ist die Bus anordnung schematisch nach Art eines Blockschaltbildes dargestellt, wo bei selbstverständlich die Anzahl der Steuerleitungen und Stromversor gungsleitungen in der Praxis nicht auf zwei beschränkt ist.According to the invention, all drive units 14 , 15 , 16 , 17 , 18 and 19 are electrically connected in series in the manner of a bus arrangement. Since both the power supply to the drives and the transmission of the sensor or control signals take place, for example to or from an external computer via this bus arrangement. In Fig. 4, the bus arrangement is shown schematically in the manner of a block diagram, where, of course, the number of control lines and power supply lines in practice is not limited to two.
Die Übertragung der Steuer- bzw. Sensorsignale sowie der Stromversor gung der Antriebe zwischen zwei benachbarten Gliedern, seien dies nun gegeneinander verdrehbare oder aber gegeneinander verschwenkbare Glieder, erfolgt beim hier dargestellten Ausführungsbeispiel über einen mehradrigen Flachbandkabelabschnitt, dessen Leitungszahl und Anord nung im wesentlichen der Busstruktur entspricht. Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, ist der Flachbandkabelabschnitt 32 zu einem Spiralkör per 33 mit einem inneren Endes 34 und einem äußeren Ende 35 gewickelt. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Windungen vorgesehen. Die beiden Enden 34 und 35 des Flachbandkabelabschnittes 32 sind nach außen abgewinkelt bzw. mit jeweils einem nach außen weisenden An schlußelement versehen, wobei die Enden 34 und 35 bzw. die Anschluß elemente im wesentlichen senkrecht von der Haupt- oder Radialebene des Spiralkörpers 33 nach außen ragen. Die Anschlußelemente können ein stückig an den Spiralkörper 33 angeformt bzw. Teil dieses Spiralkörpers sein oder aber aus separate Anschlußelemente, beispielsweise Anschluß bleche nach Art von Lötfahnen, bestehen, die lösbar oder unlösbar an den Enden des Flachbandkabelabschnittes 32 befestigt sind. Zur bestim mungsgemäßen Übertragung der Steuer- und Sensorsignale sowie der Stromversorgung sind die Enden 34 und 35 bzw. die entsprechenden Anschlußelemente leitend mit den entsprechenden Buskabelabschnitten der beiden zu koppelnden benachbarten Glieder verbunden, wobei das Ende 33 mit dem Buskabelabschnitt des ersten der beiden Glieder und das Ende 34 mit dem Buskabelabschnitt des zweiten Gliedes derart verbunden ist, daß der Spiralkörper zur entsprechenden Dreh- oder Schwenkachse mit seiner Haupt- oder Radialebene im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, wobei die Achse zudem im wesentlichen durch den Flächenmittel punkt der Haupt- oder Radialfläche des Spiralkörpers verläuft. Die Enden 34 und 35 des Flachbandabschnittes 32 sind zudem im wesentlichen orts fest am jeweiligen Glied befestigt. Erfolgt nun ein Verdrehen der beiden Glieder gegeneinander, wird der Spiralkörper in Abhängigkeit von der Drehrichtung enger gewickelt oder aufgewickelt, wobei in Abhängigkeit von der Zahl der Windungen Drehwinkel von bis zu 1080° und mehr ohne Bruch oder Beschädigung der Kabelverbindung ohne weiteres erreichbar sind.The transmission of the control or sensor signals and the Stromversor supply of the drives between two adjacent links, be they rotatable against each other or pivotable against each other, takes place in the embodiment shown here via a multi-core ribbon cable section, the number of lines and arrangement essentially corresponds to the bus structure . As can be seen from FIGS. 6 and 7, the ribbon cable section 32 is wound into a spiral body by 33 with an inner end 34 and an outer end 35 . In the embodiment shown, three turns are provided. The two ends 34 and 35 of the ribbon cable section 32 are angled outwards or each with an outwardly facing connection element, the ends 34 and 35 or the connecting elements essentially perpendicular from the main or radial plane of the spiral body 33 to the outside protrude. The connection elements can be integrally formed on the spiral body 33 or be part of this spiral body or else consist of separate connection elements, for example connection plates in the manner of soldering tabs, which are detachably or non-releasably attached to the ends of the ribbon cable section 32 . For the intended transfer of the control and sensor signals and the power supply, the ends 34 and 35 or the corresponding connection elements are conductively connected to the corresponding bus cable sections of the two adjacent links to be coupled, the end 33 with the bus cable section of the first of the two links and the End 34 is connected to the bus cable section of the second link in such a way that the spiral body is arranged substantially perpendicular to the corresponding axis of rotation or pivoting with its main or radial plane, the axis also being essentially through the surface center point of the main or radial surface of the spiral body runs. The ends 34 and 35 of the flat strip section 32 are also essentially fixed in place on the respective link. If the two links are now rotated relative to one another, the spiral body is wound or wound more tightly depending on the direction of rotation, and depending on the number of turns, angles of rotation of up to 1080 ° and more can be easily reached without breaking or damaging the cable connection.
Die im Flachbandkabelabschnitt 32 angeordneten Leiter weisen im Be reich zwischen den beiden Enden 34 und 35 einen durch Walzen herge stellten flach rechteckigen Querschnitt auf, wobei die längere Seite des Rechtecks senkrecht zur Haupt- bzw. Radialebene des Spiralkörpers 33 verläuft. Dadurch wird insbesondere das Auffederungsverhalten des Spiralkörpers beim Aufwickeln verbessert.The arranged in the ribbon cable section 32 conductors have a flat rectangular cross section in the area between the two ends 34 and 35 , the longer side of the rectangle extending perpendicularly to the main or radial plane of the spiral body 33 . This in particular improves the spring-back behavior of the spiral body during winding.
Wie insbesondere der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist das Glied 11 eine längsträgerartige Tragstruktur 36 in Leichtbauweise, beispielsweise aus Leichtmetall oder Kunststoff, auf, an der die Antriebseinheiten 17 und 18 befestigt sind. An dieser Tragstruktur 36 werden in nicht dargestellter Weise Verkleidungselemente 37 und 38 bzw. 39 und 40 (vgl. Fig. 3 und 5) befestigt, beispielsweise lösbar angeclipst. Durch diese konstruktive Trennung von Tragfunktion und Verkleidungsfunktion kann zum einen ein insgesamt leichter Aufbau erreicht werden und zum anderen ist durch einfachen Wechsel der Verkleidungselemente eine leichte Anpassung an unterschiedliche ästhetische Anforderungen möglich. As can be seen in particular from FIG. 2, the link 11 has a longitudinal support-like support structure 36 in a lightweight construction, for example made of light metal or plastic, to which the drive units 17 and 18 are fastened. At this supporting structure 36 cladding elements are in a manner not shown 37 and 38 or 39 and 40 (see FIG. FIGS. 3 and 5) attached, for example clipped releasable. This constructive separation of the support function and the cladding function enables an overall lightweight construction to be achieved and, on the other hand, simple adaptation to different aesthetic requirements is possible by simply changing the cladding elements.
Die Tragstruktur kann auch, insbesondere bei kurzen Gliedern, durch die Antriebseinheit selbst gebildet werden, wobei dann die Verkleidungsele mente unmittelbar an der jeweiligen Antriebseinheit befestigbar sind.The support structure can also, especially with short links, by the Drive unit itself are formed, then the trim element elements can be attached directly to the respective drive unit.
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