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DE10222022B4 - Device with fluidic swivel drive - Google Patents

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DE10222022B4 DE2002122022 DE10222022A DE10222022B4 DE 10222022 B4 DE10222022 B4 DE 10222022B4 DE 2002122022 DE2002122022 DE 2002122022 DE 10222022 A DE10222022 A DE 10222022A DE 10222022 B4 DE10222022 B4 DE 10222022B4
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Stefan Schulz
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SCHULZ, STEFAN, DR., 76149 KARLSRUHE, DE
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Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • F15B15/00Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Abstract

Vorrichtung mit fluidischem Schwenkantrieb für zwei durch ein Gelenk (1) miteinander verbundene und um eine Schwenkachse gegenseitig bewegliche Bauteile (2), umfassend
a) einen Hohlkörper (5) mit einem expandierbaren Hohlvolumen und zwei Enden (4), welche an je einer Befestigungsstelle (3) je an einem der beiden Bauteile (2) fest verbunden sind, wobei der Hohlkörper die beiden Bauteile (2) bei Überbrückung des Gelenks (1) verbindet und dabei seitlich am Gelenk (1) angeordnet ist, sowie
b) mindestens einen Fluidkanal (6), welcher als Zu- und Abfluss für ein Arbeitsfluid mit dem Hohlvolumen verbunden ist
dadurch gekennzeichnet, dass
c) der Hohlkörper ein biegeweicher Schlauch (5) ist; `
d) die Befestigungsstellen (3) seitlich an den Bauteilen (2) angeordnet sind, sowie
e) die Enden (4) des Schlauchs (5) an den Befestigungsstellen (3) durch Verklemmung, Verklebung oder Verschweißung verschlossen sind.
Device with a fluidic swivel drive for two components (2) connected to one another by a joint (1) and mutually movable about a swivel axis
a) a hollow body (5) with an expandable hollow volume and two ends (4), each of which is firmly connected at one attachment point (3) to one of the two components (2), the hollow body connecting the two components (2) the joint (1) connects and is arranged laterally on the joint (1), and
b) at least one fluid channel (6) which is connected to the hollow volume as an inflow and outflow for a working fluid
characterized in that
c) the hollow body is a flexible hose (5); `
d) the fastening points (3) are arranged laterally on the components (2), and
e) the ends (4) of the hose (5) at the fastening points (3) are closed by jamming, gluing or welding.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit fluidischem Schwenkantrieb, d. h. mit fluidischem, d. h. einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, für zwei durch ein Gelenk miteinander verbundene und um eine Schwenkachse gegenseitig bewegliche Bauteile gemäß des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a device with fluidic swivel drive, d. H. with fluidic, d. H. one hydraulic or pneumatic drive, for two through a joint with each other connected and mutually movable components about a pivot axis according to the generic term of claim 1.

Fluidische Schwenkantriebe der eingangs genannten Art eignen sich insbesondere als Antriebskomponenten für Manipulatoren. Denkbare Einsatzgebiete umfassen neben industriellen oder schaustellerischen auch medizinische Anwendungen, wobei hier neben Einsatzgebieten in der manipulatorgestützten Chirurgie vor allem alle Bereiche der Prothetik zu erwähnen sind.Fluidic swivel drives of the aforementioned Art are particularly suitable as drive components for manipulators. Conceivable areas of application include industrial or showmen also medical applications, whereby here besides areas of application in the manipulator-based Surgery especially all areas of prosthetics are worth mentioning.

Schwenkantriebe herkömmlicher Art sind in der Regel komplex aufgebaut. Neben den rein mechanischen und motorischen Antrieben mit aufwendigen Getriebeeinheiten oder anderen Übertragungsmechanismen haben sich auch hydraulische oder pneumatische Kolbenantriebe in der Praxis durchgesetzt. Die genannten Systeme eignen sich zwar hervorragend für die Übertragung größerer Kräfte, weisen aber einen aufwendigen Aufbau mit geringen Fertigungstoleranzbreiten auf und sind dadurch in ihrer Wartung anspruchsvoll.Rotary actuators more conventional Kinds are usually complex. In addition to the purely mechanical and motorized drives with complex gear units or other transmission mechanisms have also hydraulic or pneumatic piston drives in enforced in practice. The systems mentioned are suitable excellent for the transfer greater forces but a complex structure with small manufacturing tolerance ranges and are therefore difficult to maintain.

Alternativ hierzu ist aus der DE 2345856 ein einfacher fluidischer Antrieb bekannt, bei dem zwei Bauteilen mit einem Gelenk mit einer Schwenkachse verbunden ist. Als Antriebselement dient ein dehnbarer Hohlkörper, welcher zwischen den Stirnflächen der beiden Bauteilen neben dem Gelenk angeordnet ist und durch ein Einleiten eines Fluides eine Kraft auf die Stirnflächen ausübt und somit die beiden Bauteile exzentrisch zu der Schwenkachse auseinander drückt.Alternatively, is from the DE 2345856 a simple fluidic drive is known in which two components are connected with a joint with a pivot axis. A stretchable hollow body serves as the drive element, which is arranged between the end faces of the two components next to the joint and exerts a force on the end faces by introducing a fluid and thus presses the two components apart eccentrically to the pivot axis.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen fluidischen Schwenkantrieb vorzuschlagen, welcher einerseits einfach und damit robust und wartungsfreundlich aufgebaut ist, andererseits für große Schwenkwinkel oder die Übertragung auch größerer Kräfte geeignet ist. Ferner soll der Schwenkantrieb auch in keinen Bauräumen einbaubar und betreibbar sein sowie ein geringes fluidisches Füllvolumen aufweisen.Based on this, it is the task of Invention to propose a fluidic rotary actuator, which on the one hand, simple and therefore robust and easy to maintain on the other hand for large swivel angles or the transfer also suitable for larger forces is. Furthermore, the rotary actuator should not be installable in any installation space and be operable and a low fluidic filling volume exhibit.

Die Aufgabe wird durch einen fluidischen Schwenkantrieb gelöst, welcher die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des fluidischen Schwenkantriebs sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.The task is carried out by a fluidic swivel drive solved, which has the features of claim 1. Advantageous embodiments of the Fluidic swivel drives are given in the subclaims.

Der fluidische Schwenkantrieb weist einen fluidischem Antrieb für zwei durch ein Gelenk miteinander verbundene und um eine Schwenkachse gegenseitig bewegliche Bauteile auf. Er umfasst mindestens einen Hohlkörper mit einem expandierbaren Hohlvolumen und zwei Enden, welche an je einer Befestigungsstelle je an einem der beiden Bauteile fest verbunden sind. Damit verbindet der Hohlkörper die beiden Bauteile miteinander und überbrückt dabei das Gelenk. Er ist seitlich am Gelenk angeordnet. Ferner weist die Erfindung einen Fluidkanal auf, welcher in das Hohlvolumen vorzugsweise nahe einer der beiden Enden einmündet und gegenüber der Wandung des Hohlkörpers abgedichtet ist. Er dient als Zu- und Abfluss für ein Arbeitsfluid, welches zur Betätigung des Schwenkantriebs in den Hohlraum hydraulisch oder pneumatisch, d.h. fluidisch eingeleitet bzw. ausgeleitet wird.The fluidic actuator has a fluidic drive for two connected by a joint and about a pivot axis mutually movable components. It includes at least one hollow body with an expandable hollow volume and two ends, each on one attachment point each firmly connected to one of the two components are. This connects the hollow body the two components together and thereby bridges the joint. He is arranged on the side of the joint. The invention also has a Fluid channel, which in the hollow volume preferably near one of the ends at both ends and opposite the wall of the hollow body is sealed. It serves as a feed and Drain for a working fluid which is used to actuate the swivel drive into the cavity hydraulically or pneumatically, i.e. initiated fluidically or is diverted.

Die Erfindung kennzeichnet sich im Wesentlichen dadurch, dass der Hohlköper ein seitlich an den Bauteilen angeordneter biegeweicher Schlauch, beispielsweise aus Gummi ist. Er weist eine gewisse Länge und zwei Enden auf, welche an den Befestigungsstellen an den miteinander gelenkig verbundenen Bauteilen durch Verklemmung, Verklebung oder Verschweißung verschlossen sind. Dabei sind die Enden seitlich, d. h. exzentrisch an den Bauteilen befestigt und überbrücken das Gelenk. Der fluidische Schwenkantrieb mit einem derartigen Kennzeichen weist in besonders vorteilhafter Weise einen sehr einfachen und robusten Aufbau auf, wobei die seitliche Anordnung des Schenkantriebs an am Gelenk und an den Bauteilen eine gute Zugänglichkeit der An triebskomponenten und damit eine erheblich verbesserte Wartungsfreundlichkeit erwarten lässt.The invention is characterized in Essentially because the hollow body is on the side of the components arranged flexible hose, for example made of rubber. It has a certain length and two ends, which at the attachment points to each other articulated components closed by jamming, gluing or welding are. The ends are on the side, i.e. H. eccentric on the components fastened and bridged that Joint. The fluidic swivel drive with such a characteristic has in a particularly advantageous manner, a very simple and robust Structure on, with the lateral arrangement of the leg drive on good accessibility of the drive components on the joint and on the components and thus expect a significantly improved ease of maintenance leaves.

Allein durch ein Einleiten eines Fluides mit einem gewissen Überdruck in den Schlauch bewirkt eine Vergrößerung des Hohlvolumens. Der Schlauch dehnt sich, drückt seine Enden auseinander und leitet dadurch eine Kraft über die Befestigungspunkte auf die Bauteile ein. Durch die exzentrische Lage des Schlauchs zum Gelenk wird ein Gelenkstellmoment hervorgerufen, welches eine Schwenkbewegung des Gelenks bewirkt.Simply by initiating one Fluids with a certain overpressure in the hose increases the hollow volume. The Hose expands, presses its ends apart, thereby directing a force across the Attachment points on the components. Because of the eccentric Position of the hose relative to the joint, which causes a pivoting movement of the joint.

Besonders vorteilhafte Eigenschaften erhält der fluidische Schwenkantrieb dann, wenn der Schlauch zudem dehnstarr oder von einem dehnstarren Begrenzerschlauch umgeben ist sowie eine Länge aufweist, welche dem Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen wesentlich übersteigt. Ein derartiger Schlauch lässt sich wie auch ein Begrenzerschlauch flach zusammenlegen, womit sein Hohlvolumen auf nahezu Null reduzierbar ist. Wird ein Fluid in den Schlauch eingeleitet, füllt sich das Hohlvolumen, wobei der Schlauch bestrebt ist, einen kreisförmigen Querschnitt über seine gesamte Länge (ausgenommen vorgegebene Knickstellen und Einspannung des Schlauchs) einzunehmen. Dabei ist das maximale Hohlvolumen aufgrund des dehnstarren Materialverhaltens des Schlauches bzw. des Begrenzerschlauchs begrenzt, und zwar dann, wenn er über seine gesamte Länge den genannten kreisförmigen Querschnitt, welcher nicht durch eine weitere Druckerhöhung erweiterbar ist, eingenommen hat. Insofern ist eine weitere Erweiterung des Hohlvolumens im Schlauch ab einen bestimmten Füllungsgrad, wenn überhaupt, nur noch an Einbuchtungen oder Knickstellen möglich. Das bedeutet auch, dass ein dehnstarrer und biegeweicher Schlauch oder ein Schlauch, umgeben von einem dehnstarren Begrenzerschlauch, dessen Länge den Abstand zwischen zwei Befestigungsstellen wesentlich übersteigt, dann zwangläufig eine erhebliche Kraft über seine verschlossenen Enden auf die Befestigungsstellen überträgt und eine definierbare Schwenkbewegung bewirkt.The fluidic swivel drive obtains particularly advantageous properties if the hose is also rigid or surrounded by a rigid limiter hose and has a length which significantly exceeds the distance between the two fastening points. Such a hose, like a limiter hose, can be folded flat, so that its hollow volume can be reduced to almost zero. If a fluid is introduced into the tube, the hollow volume fills up, the tube endeavoring to assume a circular cross-section over its entire length (with the exception of predetermined kinks and clamping of the tube). The maximum hollow volume is limited due to the rigid material behavior of the hose or the limiter hose, specifically when it has the said circular cross-section over its entire length, which is not caused by another Pressure increase is expandable, has taken. In this respect, a further expansion of the hollow volume in the hose from a certain filling level, if at all, is only possible at indentations or kinks. This also means that a rigid and flexible hose or a hose surrounded by a rigid limiter hose, the length of which considerably exceeds the distance between two fastening points, then inevitably transfers a considerable force to the fastening points via its closed ends and causes a definable pivoting movement.

Präzision und Steuerbarkeit des fluidischen Schenkantriebs lassen sich vorteilhaft noch weiter verbessern, wenn der Schlauch oder der Begrenzerschlauch eine Faltung mit wenigstens einer Knickstelle aufweist. Dadurch erhöht sich insbesondere die Ablaufreproduzierbarkeit der Schwenkbewegung, da der Schlauch bei jedem Schwenkwinkel immer einen vorbestimmten gleichen Faltungszustand einnimmt. Dies ist eine Grundvoraussetzung für die Ermittlung von Kennlinien für eine Steuerung, beispielweise die Zuordnung einer in das Hohlvolumen eingeleitete Fluidmenge mit einem Schwenkwinkel.Precision and controllability of the fluidic drive drives can advantageously be further improved, if the hose or the limiter hose has at least one fold has a kink. This increases process reproducibility in particular the swivel movement, because the hose is always at every swivel angle assumes a predetermined same folding state. This is a basic requirement for the determination of characteristic curves for a control, for example the assignment of one into the hollow volume quantity of fluid introduced with a swivel angle.

Eine Faltung des Schlauches oder Begrenzerschlauches lässt sich zudem durch ein Ein- oder Anlegen von Elementen oder Komponenten in oder an den Schlauch zwangsführen. Die Elemente oder Komponenten sind beispielsweise stab- oder streifenförmig oder als Manschetten ausgebildet. Starre Elemente werden im oder am Schlauch in den Bereichen außerhalb der Knickstellen der Faltung fixiert. Komponenten sind ebenfalls vorzugsweise starr, weisen aber Bereiche mit Biegelenken auf. Sie werden im oder am Schlauch fixiert, wobei die Biegegelenke an den Knickstellen zu positionieren sind. Für die Fixierung eignen sich neben formschlüssigen und reibschlüssigen Verbindugen im Schlauch oder an den Enden auch Klebungen oder ein einvulkanisieren der Elemente oder Komponenten im Schlauch.A fold of the hose or Limiter hose leaves by inserting or creating elements or components force in or on the hose. The elements or components are, for example, rod-shaped or strip-shaped or designed as cuffs. Rigid elements are in or on the hose in the areas outside the folds of the fold fixed. Components are also preferably rigid, but have areas with flexible joints. she are fixed in or on the hose, with the bending joints on the Kinks are to be positioned. Are suitable for fixation in addition to positive and frictional Connections in the hose or at the ends also bonds or a vulcanize the elements or components in the hose.

Eine Längsrillung in den Komponenten, welche in den Schlauch eingelegt sind, insbesondere im Bereich der Biegegelenke oder auch separat im Schlauch fixierte, die Knickstellen überbrückende Abstandshalter oder Leitungen erleichtern den Zu- und Abfluss des Fluids über die Knickstellen hinweg und ermöglichen beispielsweise erst ein vollständiges Evakuieren des Hohlvolumens. Auch wird diese Aufgabe durch eine Verlängerung des Fluidkanals im Schlauch über die Knickstellen hinweg gelöst, wobei der Fluidkanal in den Bereichen zwischen den Knickstellen mit einer ausreichenden Anzahl von Austrittsöffnungen zu versehen ist.Longitudinal scoring in the components, which are inserted into the hose, especially in the area of the Bending joints or spacers fixed separately in the hose, bridging the kinks or lines facilitate the inflow and outflow of the fluid via the Kinks and allow for example, a complete one Evacuate the void volume. This task is also carried out by a renewal of the fluid channel in the hose solved the kinks, the fluid channel in the areas between the kinks is to be provided with a sufficient number of outlet openings.

Eine Rückstellung des Schwenkantriebs durch Evakuieren des Schlauches kann durch eine separat am Gelenk angeordnete Rückholfeder, welche entweder am Schlauch oder am Gelenk direkt angreift, unterstützt werden. Eine separate Rückholfeder ist auch durch eine spezielle Komponente der zuvor beschriebenen Art substituierbar, wenn die Biegegelenke der Komponente als Biegefeder gestaltet und entsprechend der Faltung des Schlauchs in Richtung der rückgestellten Ausgangslage vorgespannt sind.A reset of the rotary actuator by Evacuation of the hose can be done by a separately arranged on the joint return spring which either directly on the hose or on the joint are supported. A separate return spring is also due to a special component of the previously described Kind substitutable if the bending joints of the component as a spiral spring designed and according to the folding of the hose in the direction the deferred Starting position are biased.

Der fluidische Schwenkantrieb wird im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen The fluidic rotary actuator is in the following using two exemplary embodiments explained. Show it

1a und b die Anordnung eines Schwenkantriebs mit einfacher Faltung (eine Knickstelle), sowie 1a and b the arrangement of a rotary actuator with simple folding (a kink), and

2a bis c die Anordnung eines Schwenkantriebs mit zweifacher Faltung (drei Knickstellen). 2a to c the arrangement of a quarter turn actuator with two folds (three kinks).

Alle gezeigten Figuren zeigen als Prinzipskizze je einen fluidischen Schwenkantrieb für zwei durch ein Gelenk 1 miteinander verbundene und um eine Schwenkachse gegenseitig bewegliche Bauteile 2 mit je einer Befestigungsstelle 3 für je ein Ende 4 eines biegeweichen Schlauches 5 sowie einen Fluidkanal 6, welcher als Zu- und Abfluss in den Schlauch einmündet. Der Schlauch 5 weist zudem Knickstellen 7 auf und ist zudem an beiden Enden 4 mit Ausnahme der Einmündung des Fluidkanals 6 verschlossen.All the figures shown show a schematic sketch of a fluidic swivel drive for two through a joint 1 interconnected components that are mutually movable about a pivot axis 2 with one attachment point each 3 for one end each 4 of a flexible hose 5 as well as a fluid channel 6 , which flows into the hose as an inflow and outflow. The hose 5 also shows kinks 7 on and is also at both ends 4 with the exception of the confluence of the fluid channel 6 locked.

Die 1a und 2a zeigen den Schwenkantrieb in der jeweils dargestellten Ausführungsform in Ausgangslage. Der Schlauch ist weitgehend evakuiert.The 1a and 2a show the rotary actuator in the illustrated embodiment in the starting position. The hose is largely evacuated.

Wird durch den Fluidkanal 6 ein Fluid mit einem bestimmten Überdruck in den Schlauch eingeleitet, ist dieser bestrebt, sich gerade auszustrecken insbesondere im Bereich der Knickstellen. Es kommt zu einem Auseinanderdrücken der Befestigungspunkte durch den angespannten Schlauch in Schwenkrichtung 8 (vgl. 1b und 2b und c), unterstützt durch ein zusätzliches Moment, her vorgerufen durch eine exzentrisch neben der Schwenkachse des Gelenks angeordneten Schlauch, welcher insbesondere an den Knickstellen eine Kraft als Reaktion auf den Fluiddruck im Schlauch erzeugt und als Hebelmoment auf die Befestigungspunkte einleitet. Grundsätzlich steigt das Hebelmoment mit dem Abstand der Knickstellen zur Gelenkachse, mit einer zunehmenden Anzahl an Knickstellen zwischen den Befestigungspunkten sowie der Fläche, welche als Kraftangriffsfläche an den Knickstellen zur Verfügung steht. Diese Fläche, exemplarisch in 1b mit dem Bezugzeichen C angedeutet, setzt sich aus dem verbleibenden Querschnitt des Schlauchs an der Knickstelle A sowie der gegenseitige Berührungsfläche der Wandungen der Schlauchabschnitte beidseitig der Knickstelle B zusammen. Ferner beeinflusst der Knickungswinkel gegenüber dem ungeknickten Zustand das Hebelmoment.Is through the fluid channel 6 If a fluid is introduced into the hose with a certain overpressure, the latter strives to extend straight, particularly in the area of the kinks. The fastening points are pushed apart by the tensioned hose in the pivoting direction 8th (see. 1b and 2 B and c ), supported by an additional moment, brought about by a hose arranged eccentrically next to the pivot axis of the joint, which generates a force in particular at the kink points in response to the fluid pressure in the hose and initiates it as a lever torque on the fastening points. Basically, the lever torque increases with the distance of the kinks to the joint axis, with an increasing number of kinks between the fastening points and the area which is available as a force application area at the kinks. This area, exemplary in 1b indicated by the reference symbol C, is made up of the remaining cross section of the hose at the kink A and the mutual contact surface of the walls of the hose sections on both sides of the kink B. Furthermore, the buckling angle influences the lever torque compared to the unbent state.

Insofern ist es ersichtlich, dass die in 1a und b dargestellte Ausführungsform mit einfacher Faltung (eine Knickstelle) sich insbesondere als Schwenkantrieb mit kompakter, einfacher Bauform, die in 2a bis c dargestellte Ausführungsform mit zweifacher Faltung (drei Knickstellen) insbesondere sich als Schwenkantrieb für großer Schwenkwinkel und größerer Stellkraft eignet. Die in 2c dargestellte Schwenkung mit einem Schwenkwinkel größer 90° wäre mit der in 1 dargestellten Ausführungsform wenn überhaupt nur mit sehr geringer verbleibender Stellkraft zu realisieren. Mit einer einfachen Faltung nimmt nämlich die Fläche C (vgl. 1b) der Knickstellen 7 mit zunehmenden Schwenkwinkel erheblich schneller ab als mit der zweifacher Faltung ab (vgl. 1b und 2b und c).In this respect it can be seen that the in 1a and b illustrated embodiment with simple folding (a kink) can be used in particular as a swivel drive with a compact, simple design, in the 2a to c illustrated embodiment with two folds (three folds) is particularly suitable as a swivel drive for a large swivel angle and greater actuating force. In the 2c pivoting shown with a pivoting angle greater than 90 ° would be with in 1 illustrated embodiment to be realized, if at all, only with a very small remaining actuating force. With a simple fold, the area C (cf. 1b ) of the kinks 7 decreases significantly faster with increasing swivel angle than with double folding (cf. 1b and 2 B and c ).

Die Schlauchknickungen 9 im Bereich der Enden spielen für das Hebelmoment und für die Stellkraft in der Art eine Rolle, daß mit zunehmenden Schlauchquerschnitten an den Schlauchknickungen 9 bei einer Fluideinleitung das erreichbare Drehmoment des Schwenkmechanismus zunimmt. Grundsätzlich gelten für eine Abschätzung der Kräfte an diesen Schlauchknickungen 9 die gleichen zuvor erläuterten Flächenbetrachtungen wie bei den Knickstellen 7.The hose kinks 9 in the area of the ends play a role for the lever moment and for the positioning force in such a way that with increasing hose cross sections at the hose kinks 9 when fluid is introduced, the achievable torque of the swivel mechanism increases. Basically apply to an estimate of the forces at these hose kinks 9 the same area considerations previously explained as for the kinks 7 ,

Alle offenbarten fluidischen Schwenkantriebe eignet sich in erweiteter Form auch als Antrieb für mehrachsige Gelenke, wobei für jede Schwenkachse ein eigener Schwenkantrieb vorzusehen ist.All disclosed fluidic rotary actuators In an expanded form it is also suitable as a drive for multi-axis Joints, being for Each swivel axis must have its own swivel drive.

Dabei kann sich, beispielsweise bei einem Kugelgelenk, eine Schwenkbewegung aus den Schwenkbewegungen einzelner Antriebe vektoriell anteilsmäßig zusammensetzen. Auch kann ein Gelenk mit einer Schwenkachse mit zwei gegeneinanderwirkenden Schwenkantrieben ausgestattet sein, womit Schwenkbewegungen mit einer erhöhten Dynamik oder erhöhter Rückstellkraft realisierbar sind.It can, for example, at a ball joint, a swivel movement from the swivel movements Assemble individual drives in vectorial proportions. Can too a joint with a pivot axis with two counteracting Swivel drives can be equipped with which swivel movements an elevated Dynamic or increased Restoring force are realizable.

11
Gelenkjoint
22
Bauteile 2 components 2
33
Befestigungsstellefastening point
44
EndeThe End
55
Schlauchtube
66
Fluidkanalfluid channel
77
Knickstellekink
88th
Schwenkrichtungpan direction
99
SchlauchknickungSchlauchknickung

Claims (9)

Vorrichtung mit fluidischem Schwenkantrieb für zwei durch ein Gelenk (1) miteinander verbundene und um eine Schwenkachse gegenseitig bewegliche Bauteile (2), umfassend a) einen Hohlkörper (5) mit einem expandierbaren Hohlvolumen und zwei Enden (4), welche an je einer Befestigungsstelle (3) je an einem der beiden Bauteile (2) fest verbunden sind, wobei der Hohlkörper die beiden Bauteile (2) bei Überbrückung des Gelenks (1) verbindet und dabei seitlich am Gelenk (1) angeordnet ist, sowie b) mindestens einen Fluidkanal (6), welcher als Zu- und Abfluss für ein Arbeitsfluid mit dem Hohlvolumen verbunden ist dadurch gekennzeichnet, dass c) der Hohlkörper ein biegeweicher Schlauch (5) ist; ` d) die Befestigungsstellen (3) seitlich an den Bauteilen (2) angeordnet sind, sowie e) die Enden (4) des Schlauchs (5) an den Befestigungsstellen (3) durch Verklemmung, Verklebung oder Verschweißung verschlossen sind.Device with fluidic swivel drive for two through a joint ( 1 ) interconnected components that are mutually movable about a pivot axis ( 2 ), comprising a) a hollow body ( 5 ) with an expandable hollow volume and two ends ( 4 ), which at each attachment point ( 3 ) on each of the two components ( 2 ) are firmly connected, the hollow body connecting the two components ( 2 ) when the joint is bridged ( 1 ) connects and at the side of the joint ( 1 ) is arranged, and b) at least one fluid channel ( 6 ), which is connected to the hollow volume as an inflow and outflow for a working fluid, characterized in that c) the hollow body is a flexible hose ( 5 ) is; ` d) the attachment points ( 3 ) on the side of the components ( 2 ) are arranged, and e) the ends ( 4 ) of the hose ( 5 ) at the attachment points ( 3 ) are closed by jamming, gluing or welding. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der biegeweiche Schlauch (5) dehnstarr ist und eine Länge aufweist, welche einen Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen (3) wesentlich übersteigt.Device according to claim 1, characterized in that the flexible hose ( 5 ) is rigid and has a length which is a distance between the two attachment points ( 3 ) significantly exceeds. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der biegeweiche Schlauch (5) von einem biegeweichen dehnstarren Begrenzerschlauch umgeben ist und Schlauch und Begrenzerschlauch eine Länge aufweisen, welche einen Abstand zwischen den beiden Befestigungsstellen (3) wesentlich übersteigt.Device according to claim 1, characterized in that the flexible hose ( 5 ) is surrounded by a flexible, flexible, rigid limiter hose and the hose and limiter hose have a length which is a distance between the two fastening points ( 3 ) significantly exceeds. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch oder der Begrenzerschlauch eine Faltung mit wenigstens einer vorgegebenen Knickstelle (7) aufweist.Device according to claim 2 or 3, characterized in that the hose or the limiter hose is folded with at least one predetermined kink ( 7 ) having. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere starre stab- oder streifenförmige Elemente vorgesehen sind, welche im oder am Schlauch (5) in Bereichen außerhalb der Knickstellen (7) fixiert sind.Apparatus according to claim 4, characterized in that one or more rigid rod or strip-shaped elements are provided, which in or on the hose ( 5 ) in areas outside the kinks ( 7 ) are fixed. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine starre stab- oder streifenförmige Komponente mit mindestens einem Biegegelenk vorgesehen ist, welches im oder am Schlauch (5) fixiert ist, wobei die Biegegelenke an den Knickstellen (7) positioniert sind.Apparatus according to claim 4, characterized in that a rigid rod or strip-shaped component is provided with at least one flexible joint, which in or on the hose ( 5 ) is fixed, with the bending joints at the kinks ( 7 ) are positioned. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk zwischen den beiden Bauteilen zwei Schwenkachsen aufweist und für jede Schwenkachse ein Schlauch mit je zwei unter Bildung eines Hohlvolumen verschlossene Enden vorgesehen sind, welche an je einer Befestigungsstelle je an einem der beiden Bauteile fest verbunden sind, wobei beide Schläuche die beiden Bauteile bei Überbrückung des Gelenks verbinden und dabei seitlich am Gelenk angeordnet sind.Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the joint between the two components has two pivot axes has and for each swivel axis a hose with two each to form a hollow volume closed ends are provided, each at an attachment point are each firmly attached to one of the two components, both hoses the two components when bridging the Connect the joint and are arranged on the side of the joint. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk ein Kugelgelenk ist, dessen Schwenkbewegung sich aus Anteilen um die mehrere Achsen vektoriell zusammensetzt.Apparatus according to claim 7, characterized in that the joint is a ball joint, the pivoting movement of which from parts around which several axes are vectorially composed. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schwenkachsen zusammenfallen und das Gelenk an je einer Seite durch einen der beiden Schläuche überbrückt wird.Apparatus according to claim 7, characterized ge indicates that the two swivel axes coincide and that the joint is bridged on one side by one of the two hoses.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008060900A1 (en) 2008-12-09 2010-06-10 FWBI Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Optimal force transmission device, has working chamber including folding point, which is turned to joint, where distance between fastening points of working chamber with bodies/components corresponds to length of working chamber
DE102011081727A1 (en) * 2011-08-29 2013-02-28 FWBI Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Fluidic soft drive element for e.g. movement-therapeutic apparatus, has two circulating grooves that are formed in freely movable lids, for receiving circulating opening edges to close/lock apertures in hollow structure

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100374257C (en) * 2005-05-19 2008-03-12 江南大学 Fluid-driven single-degree-of-freedom flexible bending joint
US20120247093A1 (en) * 2007-01-10 2012-10-04 Bartels Mikrotechnik Gmbh Displacement element
JP5692781B2 (en) * 2010-10-13 2015-04-01 国立大学法人東京工業大学 Actuator
US11732735B2 (en) * 2021-09-20 2023-08-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Soft actuator with variable-stiffness hinge
US12383066B2 (en) 2022-04-26 2025-08-12 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Chair with shape memory material-based movement synchronized with visual content
US12241458B2 (en) 2023-02-16 2025-03-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Actuator with contracting member
US12270386B2 (en) 2023-02-16 2025-04-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Shape memory material member-based actuator
US12152570B2 (en) 2023-02-22 2024-11-26 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Shape memory material member-based actuator with electrostatic clutch preliminary class
US12163507B2 (en) 2023-02-22 2024-12-10 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Contracting member-based actuator with clutch
US12234811B1 (en) 2023-08-21 2025-02-25 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Monitoring a state of a shape memory material member

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3202061A (en) * 1962-07-09 1965-08-24 Lowell B Johnston Fluid actuated displacement and positioning system
DE2345856A1 (en) * 1973-09-12 1975-03-13 Arnswald Werner Drive for automatic handling devices - uses inflatable bags for articulation and movement

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3202061A (en) * 1962-07-09 1965-08-24 Lowell B Johnston Fluid actuated displacement and positioning system
DE2345856A1 (en) * 1973-09-12 1975-03-13 Arnswald Werner Drive for automatic handling devices - uses inflatable bags for articulation and movement

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008060900A1 (en) 2008-12-09 2010-06-10 FWBI Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Optimal force transmission device, has working chamber including folding point, which is turned to joint, where distance between fastening points of working chamber with bodies/components corresponds to length of working chamber
DE102008060900B4 (en) * 2008-12-09 2013-09-19 FWBI Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Device with fluidic soft-pivot drive
DE102011081727A1 (en) * 2011-08-29 2013-02-28 FWBI Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Fluidic soft drive element for e.g. movement-therapeutic apparatus, has two circulating grooves that are formed in freely movable lids, for receiving circulating opening edges to close/lock apertures in hollow structure
DE102011081727B4 (en) * 2011-08-29 2015-03-19 FWBI Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft mit beschränkter Haftung Fluidic soft drive elements and method for their production

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