DE102011083376A1

DE102011083376A1 - Robot hand, has multi-unit fingers connected with base element, where individual finger elements of fingers are articulately connected with one another, and one of fingers comprises rotational axis extending longitudinal direction of finger

Info

Publication number: DE102011083376A1
Application number: DE201110083376
Authority: DE
Inventors: Peter Meusel; Hong Liu
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Eine Roboterhand weist mehrere mehrgliedrige Finger (10, 26) auf. Diese sind mit einem Basiselement (16) verbunden. Einzelne Fingerelemente (12, 14) der Finger sind gelenkig miteinander verbunden. Zumindest ein Teil der Finger (10) ist gelenkig mit dem Basiselement (16) verbunden. Mindestens einer der Finger, insbesondere der Daumen (26), weist eine in Finger-Längsrichtung verlaufende Drehachse (36) auf.A robotic hand has several multi-part fingers (10, 26). These are connected to a base element (16). Individual finger elements (12, 14) of the fingers are connected to one another in an articulated manner. At least some of the fingers (10) are articulated to the base element (16). At least one of the fingers, in particular the thumb (26), has an axis of rotation (36) running in the longitudinal direction of the fingers.

Description

Die Erfindung betrifft eine Roboterhand.The invention relates to a robot hand.

Roboterhände sind der menschlichen Hand nachgebildet und weisen ein im Wesentlichen dem Handteller entsprechendes Basiselement auf. An dem Basiselement sind mehrere Finger angeordnet, wobei die einzelnen Finger mehrere Fingerelemente aufweisen, die gelenkig miteinander verbunden sind. Die einzelnen Fingerelemente sind schwenkbar miteinander verbunden, so dass entsprechend eines menschlichen Fingers ein Abknicken eines Fingergliedes möglich ist. Zusätzlich ist das Gelenk, mit dem der Finger an dem Basiselement angeordnet ist, um eine weitere senkrecht zu dieser Achse verlaufende Achse schwenkbar, so dass der gesamte Finger um ca. 10 bis 20° seitlich bewegbar ist. Hierdurch kann in räumlichen Grenzen, die denen der Bewegungsfreiheit eines menschlichen Fingers im Wesentlichen entsprechen, der Roboterfinger bewegt werden. Ein dem Daumen der menschlichen Hand entsprechender Finger ist üblicherweise, bezogen auf die anderen Finger, weiter nach unten versetzt mit dem Basiselement, insbesondere an dessen Innenseite, angeordnet. Auch der Daumen weist mehrere Fingerelemente auf, wobei es bei Roboterhänden üblich ist, dass der Daumen entsprechend der anderen Finger drei Fingerelemente aufweist. Das erste bzw. dem Basiselement zugeordnete Fingerelement ist ggf. nur entsprechend der anderen Gelenke um eine Achse verschwenkbar. Hierdurch ist jedoch die Bewegungsmöglichkeit entsprechend der menschlichen Hand noch nicht vollständig realisiert. Es ist daher bei einer besonderen Ausführungsform von Roboterhänden bekannt, den gesamten Daumen um eine im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des Daumens verlaufende, im Basiselement angeordnete Achse verschwenken zu können. Hierdurch ist es möglich, den Daumen von einer Stellung seitlich neben dem Basiselement in eine Stellung innen bzw. vor dem Basiselement zu verschwenken. Wenngleich durch diese Anordnung des Daumens eine sehr gute Bewegungsfreiheit im Raum realisiert ist, weist diese Anordnung den Nachteil auf, dass eine große Gelenköffnung vorhanden sein muss. Dies hat den Nachteil, dass diese nur schwer abzudecken ist, um das Eindringen von Schmutz zu vermeiden. Eine derartige Roboterhand ist beschrieben in ” The Modular Multisensory DIR-HIT-Hand: Hardware and Software Architecture, International Symposium an Robotics (ISR 2006)/4th German Conference an Robotics, Mai 2006 ”.Robotic hands are modeled on the human hand and have a substantially corresponding to the palm of the base element. On the base member a plurality of fingers are arranged, wherein the individual fingers have a plurality of finger elements which are hinged together. The individual finger elements are pivotally connected to each other, so that according to a human finger, a kinking of a phalanx is possible. In addition, the joint with which the finger is arranged on the base element is pivotable about a further axis extending perpendicular to this axis, so that the entire finger can be moved laterally by approximately 10 to 20 °. As a result, the robot's finger can be moved within spatial limits which essentially correspond to those of the freedom of movement of a human finger. A finger corresponding to the thumb of the human hand is usually, with respect to the other fingers, further downwardly offset with the base element, in particular on its inside. The thumb also has several finger elements, whereby it is common in robot hands that the thumb corresponding to the other finger has three finger elements. The first or the base element associated with finger element is possibly only according to the other joints pivotable about an axis. As a result, however, the possibility of movement according to the human hand is not fully realized. It is therefore known in a particular embodiment of robotic hands to be able to pivot the entire thumb about a substantially parallel to the longitudinal direction of the thumb, arranged in the base member axis. This makes it possible to pivot the thumb from a position laterally adjacent to the base member to a position inside or in front of the base member. Although a very good freedom of movement in space is realized by this arrangement of the thumb, this arrangement has the disadvantage that a large joint opening must be present. This has the disadvantage that it is difficult to cover to prevent the ingress of dirt. Such a robot hand is described in " The Modular Multisensory DIR-HIT Hand: Hardware and Software Architecture, International Symposium on Robotics (ISR 2006) / 4th German Conference on Robotics, May 2006 ".

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Roboterhand zu schaffen, bei der ein Finger, wie der Daumen, trotz ausreichender Bewegungsfreiheit im Raum eine möglichst kleine, gut abzudichtende Gelenköffnung aufweist.The object of the invention is to provide a robot hand, in which a finger, such as the thumb, despite sufficient freedom of movement in space has the smallest possible, well sealed joint opening.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Roboterhand weist mehrere mehrgliedrige, mit einem Basiselement verbundene Finger auf. Jeder Finger weist einzelne gelenkig miteinander verbundene Fingerelemente auf. Zumindest ein Teil der Fingerelemente ist gelenkig mit dem Basiselement verbunden. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Finger, bei dem es sich in bevorzugter Ausführungsform um den Daumen handelt, um eine in Fingerlängsrichtung verlaufende Drehachse drehbar. Insbesondere bei einem Daumen weist das Verlagern der Drehachse aus dem Basiselement in den Finger selbst den erfindungswesentlichen Vorteil auf, dass keine große Gelenköffnung zum Verschwenken des Fingers erforderlich ist. Hierdurch ist die Gefahr des Verschmutzens und Beschädigens der äußerst empfindlichen Gelenkbauteile erheblich verringert.The robot hand according to the invention has a plurality of multi-membered fingers connected to a base element. Each finger has individual articulated finger elements. At least a portion of the finger elements is hingedly connected to the base member. According to the invention, at least one finger, which in a preferred embodiment is the thumb, is rotatable about an axis of rotation extending in the longitudinal direction of the finger. Particularly in the case of a thumb, the displacement of the axis of rotation from the base element into the finger itself has the advantage that is essential to the invention that no large joint opening is required for pivoting the finger. As a result, the risk of contamination and damage to the extremely delicate joint components is significantly reduced.

Die Drehachse kann hierbei zwischen einem Basisgelenk, d. h. einem Gelenk, mit dem der Finger an dem Basiselement gelenkig gehalten ist, und einem ersten Fingergelenk angeordnet sein. Die Drehachse ist somit innerhalb des ersten Fingerelements angeordnet. Hierbei kann das Basisgelenk aufgrund der möglichen Drehbewegungen des Fingers um die eigene Achse als reines Schwenkgelenk, d. h. das Gelenk zum Abknicken des Fingers, ausgebildet sein.The axis of rotation can in this case between a base joint, d. H. a joint, with which the finger is held articulated on the base element, and a first finger joint. The axis of rotation is thus arranged within the first finger element. Here, the base joint due to the possible rotational movements of the finger about its own axis as a pure pivot, d. H. the joint for bending the finger, be formed.

Ebenso ist es möglich, die Drehachse zwischen dem Basiselement und dem ersten Fingergelenk anzuordnen. Bei dieser Ausführungsform ist die Drehachse somit in einem ersten starr mit dem Basiselement verbundenen Fingerelement angeordnet.It is also possible to arrange the axis of rotation between the base member and the first finger joint. In this embodiment, the axis of rotation is thus arranged in a first finger element rigidly connected to the base element.

Das Vorsehen einer Drehachse, die in Fingerlängsrichtung verläuft und durch die ein Drehen des Fingers um die eigene Achse, zumindest in einem begrenzten Winkelbereich, möglich ist, hat den Vorteil, dass auch hierdurch die erforderlichen Greifbewegungen einer Roboterhand realisiert werden können. In besonders bevorzugter Ausführungsform fällt die Drehachse mit der Fingerachse bzw. einer Fingermittellinie zusammen bzw. ist koaxial zu dieser angeordnet. Hierbei ist die Drehachse insbesondere koaxial zu der Fingermittellinie des entsprechenden Fingerelements, in dem die Drehung um die Längsachse erfolgt. Ferner ist es bevorzugt, dass das Fingerelement im Bereich der Drehachse rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Außenkontur des Fingerelements beim Drehen um die Drehachse unverändert bleibt und hierdurch ein einfaches Abdichten in diesem Bereich möglich ist. Vorzugsweise ist das Fingerelement derart ausgebildet, dass es senkrecht zur Drehachse eine Trennebene aufweist. Im Bereich dieser Trennebene sind die beiden einander gegenüberliegenden Teile des Fingerelements in bevorzugter Ausführungsform kreiszylindrisch ausgebildet, so dass eine gute Dichtigkeit gewährleistet ist.The provision of an axis of rotation which extends in the longitudinal direction of the finger and by means of which the finger can rotate about its own axis, at least in a limited angular range, has the advantage that the required gripping movements of a robot hand can also be realized thereby. In a particularly preferred embodiment, the axis of rotation coincides with the finger axis or a finger center line or is arranged coaxially thereto. In this case, the axis of rotation is in particular coaxial with the finger center line of the corresponding finger element, in which the rotation takes place about the longitudinal axis. Furthermore, it is preferred that the finger element is rotationally symmetrical in the region of the axis of rotation. This has the advantage that the outer contour of the finger element remains unchanged during rotation about the axis of rotation and thus a simple sealing in this area is possible. Preferably, the finger element is designed such that it has a parting plane perpendicular to the axis of rotation. In the area of this parting plane, the two opposing parts of the Finger element formed in a preferred embodiment circular cylindrical, so that a good tightness is ensured.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein durch die Trennebene verlaufendes Betätigungselement, wie ein Hebelelement, vorgesehen. Dieses dient zum Betätigen eines außerhalb der Trennebene, d. h. entfernt vom Basiselement angeordneten Fingerelements, wie einer Fingerspitze. Das Betätigungselement ist hierbei vorzugsweise derart angeordnet, dass beim Betätigen des Betätigungselements dieses in der Trennebene keine oder nur geringe translatorische Bewegungen ausführt. Dies hat den Vorteil, dass bei einer sehr kompakten Bauweise das Betätigungselement beim Drehen des Fingers um die Drehachse nicht beeinträchtigt wird.In a preferred embodiment of the invention, a running through the parting plane actuating element, such as a lever element is provided. This is used to operate one outside the parting plane, i. H. away from the base element arranged finger element, such as a fingertip. In this case, the actuating element is preferably arranged in such a way that, when the actuating element is actuated, it carries out no or only slight translational movements in the parting plane. This has the advantage that in a very compact design, the actuator is not affected when turning the finger about the axis of rotation.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Drehachse hohl ausgebildet, so dass es möglich ist, Leitungen durch die Drehachse hindurchzuführen. Diese erfahren somit beim Drehen keine Längenänderung, so dass ein Beschädigen oder Beeinträchtigen der Leitungen aufgrund der Drehbewegungen vermieden ist. Bei den Leitungen kann es sich insbesondere um elektrische Leitungen, Versorgungsleitungen, Signalleitungen und dgl. handeln.In a further preferred embodiment, the axis of rotation is hollow, so that it is possible to pass lines through the axis of rotation. These thus undergo no change in length during rotation, so that damaging or impairing the lines due to the rotational movements is avoided. The lines may in particular be electrical lines, supply lines, signal lines and the like.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Roboterhand, 1 a schematic plan view of a robot hand according to the invention,

2 eine schematische Seitenansicht der Roboterhand, und 2 a schematic side view of the robot hand, and

3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in 2. 3 a schematic sectional view taken along the line III-III in 2 ,

Die erfindungsgemäße Roboterhand weist zunächst, wie Roboterhände gemäß dem Stand der Technik mehrere Finger 10 auf, die jeweils mehrere Fingerelemente 12, 14 aufweisen. Das untere Fingerelement 14 ist mit einem Basiselement 16 verbunden. Die Fingerelemente 12 sind mit einem Fingergelenk verbunden, so dass ein Schwenken der Fingerelemente 12 um eine Achse 18 bzw. ein Abknicken des Fingerelements 12 möglich ist. Ebenso ist das mittlere Fingerelement 12 mit dem unteren Fingerelement 14 mit einem Gelenk verbunden, so dass wiederum ein Bewegen bzw. Abknicken um die Achse 20 realisierbar ist. Die Verbindung des jeweils unteren Fingerelements 14 mit dem Basiselement 16 ist derart realisiert, dass neben dem Abwinkeln bzw. Abknicken um eine Achse 22 auch ein leichtes Verschwenken um eine senkrecht zur Achse 22 sowie zur Zeichenebene verlaufende Achse in Richtung eines Pfeils 24 möglich ist.The robot hand according to the invention initially has, like robot hands according to the prior art, several fingers 10 on, each with several finger elements 12 . 14 exhibit. The lower finger element 14 is with a base element 16 connected. The finger elements 12 are connected to a finger joint, allowing a pivoting of the finger elements 12 around an axis 18 or a bending of the finger element 12 is possible. Likewise, the middle finger element 12 with the lower finger element 14 connected to a joint, so that in turn moving or kinking about the axis 20 is feasible. The connection of the respective lower finger element 14 with the base element 16 is realized such that in addition to the bending or bending around an axis 22 also a slight pivoting about one perpendicular to the axis 22 as well as the plane extending axis in the direction of an arrow 24 is possible.

Einer der Finger, bei dem es sich in besonders bevorzugter Ausführungsform um den Daumen 26 handelt, weist ebenfalls ein oberes Fingerelement 12 auf, das um eine Achse 28, die senkrecht zur Zeichenebene verläuft, verschwenkbar ist. Ggf. kann auch der Daumen 26 ein weiteres Fingerelement aufweisen, das aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren jedoch nicht dargestellt ist.One of the fingers, which in a particularly preferred embodiment is the thumb 26 also has an upper finger element 12 up, about an axis 28 , which is perpendicular to the plane, is pivotable. Possibly. can also be the thumb 26 have a further finger element, which is not shown for reasons of clarity in the figures.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das untere, mit dem Basiselement 16 verbundene Fingerelement 30 starr bzw. fest mit dem Basiselement verbunden. Das Fingerelement 30 ist zweiteilig ausgebildet und weist einen unteren, mit dem Basiselement 16 verbundenen Teil 32 und einen mit dem Teil 32 gelenkig mit dem Fingerelement 12 verbundenen Teil 34 auf. Die beiden Teile 32, 34 des unteren Fingerelements 30 sind um eine Drehachse 36, die mit der Finger-Längsachse des Daumens 26 zusammenfällt, drehbar. Hierzu sind die beiden Teile 32, 34 des unteren Fingerelements 30 durch eine Trennebene 38, die senkrecht zur Drehachse 36 verläuft, getrennt. Eine Abdichtung zwischen den beiden Teilen 32, 34 muss somit nur an der Trennebene erfolgen, wobei in bevorzugter Ausführungsform die Teile 32, 34 an den aneinander anliegenden Enden kreiszylindrisch ausgebildet sind, wobei die kreiszylindrisch ausgebildeten Enden eine mit der Drehachse 36 zusammenfallende Mittellinie aufweisen.In the illustrated embodiment, the lower, with the base member 16 connected finger element 30 rigidly connected to the base element. The finger element 30 is formed in two parts and has a lower, with the base element 16 connected part 32 and one with the part 32 articulated with the finger element 12 connected part 34 on. The two parts 32 . 34 of the lower finger element 30 are about a rotation axis 36 with the finger longitudinal axis of the thumb 26 coincides, rotatable. These are the two parts 32 . 34 of the lower finger element 30 through a dividing plane 38 perpendicular to the axis of rotation 36 runs, separated. A seal between the two parts 32 . 34 must therefore take place only at the parting plane, wherein in a preferred embodiment, the parts 32 . 34 are formed circular cylindrical at the abutting ends, wherein the circular cylindrical ends formed one with the axis of rotation 36 have coincident centerline.

Um ein Drehen des Daumens 26 um die Drehachse 36 zu ermöglichen, kann beispielsweise an dem Teil 34 an dem dem Teil 32 zugewandten Ende im Bereich der Trennebene eine im Schnitt III-III angedeutete Verzahnung 40 vorgesehen sein, in die ein in dem Teil 32 angeordnetes Zahnrad eingreift.To turn the thumb 26 around the axis of rotation 36 to allow, for example, on the part 34 at the part 32 facing end in the region of the parting plane indicated in section III-III gearing 40 be provided in the one in the part 32 arranged gear engages.

Die Drehachse 36 weist ferner einen Hohlraum 42 (3) auf. Durch diesen kann ein Betätigungs- oder Hebelelement sowie auch Versorgungsleitungen, Signalleitungen und dgl. geführt werden, so dass diese beim Drehen des Daumens um die Drehachse 36 keinen oder nur geringen Kräften ausgesetzt sind.The rotation axis 36 also has a cavity 42 ( 3 ) on. Through this, an actuating or lever element as well as supply lines, signal lines and the like. Are guided, so that these when turning the thumb around the axis of rotation 36 are exposed to little or no forces.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

The Modular Multisensory DIR-HIT Hand: Hardware and Software Architecture, International Symposium on Robotics (ISR 2006) / 4th German Conference on Robotics, May 2006 [0002]

Claims

Robotic hand, with several multi-limbed, with a base element ( 16 ) connected fingers ( 10 . 26 ), whereby individual finger elements ( 12 . 14 ) the finger ( 10 . 26 ) are hinged together, wherein at least a part of the fingers ( 10 ) hinged to the base element ( 16 ), characterized in that at least one finger ( 26 ) a longitudinal axis extending in the finger longitudinal axis of rotation ( 36 ) having.

Robot hand according to claim 1, characterized in that the axis of rotation ( 36 ) between a base joint and a first finger joint ( 28 ) is arranged.

Robot hand according to claim 1, characterized in that the axis of rotation ( 36 ) between the base element ( 16 ) and the first finger joint ( 28 ), whereby the finger ( 26 ) preferably with the base element ( 16 ) is rigidly connected.

Robot hand according to one of claims 1-3, characterized in that the axis of rotation ( 36 ) coincides with the finger axis.

Robot hand according to one of claims 1-4, characterized in that the finger element ( 28 ) in the region of the axis of rotation ( 36 ) is rotationally symmetric.

Robot hand according to one of claims 1-5, characterized in that the finger element ( 30 ), in which the axis of rotation ( 36 ) is arranged, one perpendicular to the axis of rotation ( 36 ) separating plane ( 38 ) having.

Robot hand according to one of claims 1-6, characterized in that the one axis of rotation ( 36 ) having fingers ( 26 ) the thumb is.

Robotic hand according to claim 6 or 7, characterized by a parting plane ( 38 ) extending actuating element, in particular lever element, for actuating an outside of the parting plane ( 38 ) away from the base element ( 16 ) arranged finger element ( 12 ).

Robot hand according to claim 8, characterized in that upon actuation of the actuating element in the parting plane ( 38 ) no translational movement of the actuating element takes place.

Robot hand according to one of claims 1-9, characterized in that the axis of rotation ( 36 ) is hollow, so that lines can be passed.