DE19816953A1

DE19816953A1 - Grip drive for robotic arm

Info

Publication number: DE19816953A1
Application number: DE1998116953
Authority: DE
Inventors: Juergen Vollbarth; Joerg Gasmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-10-21

Abstract

The drive has grip elements mounted on an elastic film (2) over the end of a hollow support (1). A servo drive moves the film in either direction causing the grip elements to tilt inwards or outwards, depending on the direction of displacement. This provides a grip action without separate linkages. The relative levels of grip for the group of grip elements is controlled by shaped cutouts in the foil and in the support.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von Schwenkbewegungen und kann selbst eine Baugruppe wie Greifer, Kupplungen oder Schalter bilden, Teil dieser Baugruppen sein, oder als Antrieb dieser Baugruppen dienen.The invention relates to an arrangement for generating pivoting movements and can itself form an assembly such as grippers, couplings or switches, be part of these assemblies, or serve as the drive for these modules.

Aus der Literatur zu mechanischen Getrieben des Maschinenbaus und der Feinwerktechnik z. B.:
From the literature on mechanical gears in mechanical engineering and precision engineering such. B .:

- W. Krause: construction elements of precision engineering; Carl Hanser Verlag Munich-Vienna;
- S. Hesse: Gripper practice; Vogel book publisher;
- Paperback mechanical engineering; Verlag Technik Berlin;
- J. Vollmer: Transmission technology (guidelines). 3rd edition Verlag Technik Berlin

sind eine Reihe von Getrieben bekannt, welche Schwenkbewegungen ermöglichen. Diese Getriebe zeichnen sich im Allgemeinen durch den Zusammenbau von separaten Konstruktionselementen wie Hebel, Gelenken etc. aus. Als nachteilig bei derartigen Mechanismen erweist sich, daß bei einem hohen Miniaturisierungsgrad der Fertigungsaufwand für solche Getriebe stark ansteigt. Weiterhin weisen die bekannten Anordnungen oft eine Vielzahl von Einzelteilen auf.a number of gears are known which enable pivoting movements. This gear are generally characterized by the assembly of separate construction elements like levers, joints etc. A disadvantage of such mechanisms is that a high degree of miniaturization, the manufacturing effort for such gears increases sharply. Furthermore, the known arrangements often have a large number of individual parts.

Aus der DE 44 06 771 A1 ist ein Greifer für Industrieroboter bekannt. Der Greifer besteht aus zwei beweglichen Fingern, wobei die Bewegung der Finger durch Elemente aus Formgedächtnislegierungen hervorgerufen wird. Nachteilig ist die Gestaltung der Greiffinger als Einzelelemente, deren Befestigung und Lagerung sowie das Fehlen der Kopplung zwischen den einzelnen Greiffingern zum Erreichen des Gleichlaufes.A gripper for industrial robots is known from DE 44 06 771 A1. The gripper consists of two movable fingers, the movement of the fingers being made up of elements Shape memory alloys is caused. The design of the gripper fingers is disadvantageous Individual elements, their attachment and storage as well as the lack of coupling between the individual gripping fingers to achieve synchronism.

Weitere Greifer mit Antrieben aus Formgedächtniselementen sind aus J. Hesselbach, R. Pitschellis: Greifer für die Mikromontage bekannt.Further grippers with drives made of shape memory elements are from J. Hesselbach, R. Pitschellis: gripper known for micro assembly.

In Feinwerkelemente/Führungen/Federelemente. VDI/VDE Richtlinie 2252, Blatt 9 wird die Gestaltung und Dimensionierung von Festkörpergelenken und Spannbandlagern beschrieben. Diese werden jedoch als separate Konstruktionselemente betrachtet und eignen sich nicht für Anwendungen im Sinne der Erfindung.In precision elements / guides / spring elements. VDI / VDE Guideline 2252, Sheet 9 becomes the Design and dimensioning of solid-state joints and tension band bearings described. However, these are considered as separate construction elements and are not suitable for Applications in the sense of the invention.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung anzugeben, mit der eine Schwenkbewegung auf mehrere Abtriebselemente erzeugt werden kann, die mit kleinem notwendigen Bauraum und möglichst wenigen Bauteilen auskommt und dabei den Gleichlauf der einzelnen Abtriebselemente gewährleistet.The object of the invention is to provide an arrangement with which one Pivotal movement can be generated on several output elements with a small necessary space and as few components as possible and thereby the synchronism of the individual output elements guaranteed.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im Zusammenhang mit den Unteransprüchen.According to the invention the object is achieved with the features mentioned in claim 1. Advantageous embodiments of the invention result in connection with the Subclaims.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß durch die Verwendung eines flexiblen, folienähnlichen Elementes die Integration aller Mechanismenelemente in einen Funktionskörper möglich ist und sich dieser somit gut für den Einsatz in Mikromechanismen eignet.It is essential to the invention that through the use of a flexible, film-like Elementes the integration of all mechanism elements in a functional body is possible and it is therefore well suited for use in micromechanisms.

Die mit der Anordnung erzeugte Schwenkbewegung läßt sich auf verschiedene Weise zum Beispiel in Greifern, Schaltern oder Kupplungen nutzen und eignet sich besonders in Kombination mit Miniaturantrieben wie zum Beispiel Formgedächtnisantrieben, Mikromotoren oder chemomechanischen Aktoren.The pivotal movement generated with the arrangement can be in various ways Use example in grippers, switches or couplings and is particularly suitable in combination with miniature drives such as shape memory drives, micromotors or chemomechanical actuators.

Vorteilhaft ist die Ausbildung von Grundkörper, flexiblem, folienartigem Element und Abtriebselementen als eine stoffliche Einheit.The formation of the base body, flexible, film-like element and is advantageous Output elements as a material unit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung als Greifer in Miniaturform ergibt sich aus Unteranspruch 3. Der Grundkörper, das flexible Element und die Abtriebselemente sind zu einer Einheit zusammengefaßt. Drei Abtriebselemente sind so auf dem flexiblen Element angeordnet, daß sie bei Durchbiegung desselben eine Greifbewegung ausführen. Als Antrieb kann hierbei ein Formgedächtniselement mit entsprechender Aufhängung (Unteranspruch 4) dienen, welches aus einer Formgedächtnislegierung besteht und bei einer Temperaturänderung eine Formänderung erfährt. Das Formgedächtniselement ist mit dem flexiblem Element so verbunden, daß dieses bei Verkürzung des Formgedächtniselementes verformt wird und sich die als Greifbacken gestalteten Abtriebselemente zum Zentrum hin Neigen, womit das Greifen von Teilen ermöglicht wird.An advantageous embodiment as a gripper in miniature form follows from subclaim 3 Base body, the flexible element and the output elements are one unit summarized. Three output elements are arranged on the flexible element so that they perform a gripping movement when the same bends. A drive can be used here Shape memory element with appropriate suspension (dependent claim 4), which serve a shape memory alloy and a change in shape when there is a change in temperature experiences. The shape memory element is connected to the flexible element so that this at Shortening the shape memory element is deformed and designed as gripping jaws Tilt output elements towards the center, which enables parts to be gripped.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.Further advantageous configurations result from the remaining subclaims.

Von Vorteil bei der Erfindung ist, daß durch die Verwendung des flexiblen, folienähnlichen Elementes als Träger der Abtriebselemente, als Verbindungsglied zwischen dem Grundkörper und den Abtriebselementen sowie als Bewegungsumformer und Kraftübertrager ein hoher Grad an Funktionenintegration erreicht wird, wodurch eine starke Miniaturisierung und die oft notwendige Zwangsführung der Abtriebselemente bei Minimierung der Bauteilanzahl auf einfache Art realisiert werden kann. Weiterhin gewährleistet die Erfindung bei symmetrischer Anordnung der Abtriebselemente und dem flexiblen, folienähnlichen Element zum Grundkörper den Gleichlauf der Abtriebselemente.The advantage of the invention is that by using the flexible, film-like Elementes as a carrier of the output elements, as a connecting link between the base body and the output elements as well as a motion converter and power transmission to a high degree Function integration is achieved, resulting in a strong miniaturization and the often necessary Forced guidance of the output elements while minimizing the number of components in a simple way can be realized. Furthermore, the invention ensures with a symmetrical arrangement of the Output elements and the flexible, foil-like element to the basic body the synchronization of the output elements.

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:The invention is explained below using several exemplary embodiments. In the Drawings show:

Fig. 1a eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Erfindung, FIG. 1a is a diagram illustrating the operation of the invention,

Fig. 1b eine Darstellung wie in Fig. 1a mit durchgebogenem flexiblen, folienartigem Element, FIG. 1b is a representation as in Fig. 1a with durchgebogenem flexible, foil-like member,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Grundkörper und drei Abtriebselementen, Fig. 2 shows an arrangement according to the invention with the base body, and three output members,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung bei der der Grundkörper in einer Aufnahme eingesetzt ist in Frontansicht, Fig. 3 shows an arrangement according to the invention in which the base body is inserted into a receptacle in front view,

Fig. 4 eine zu Fig. 3 gehörige Schnittdarstellung. Fig. 4 is a sectional view belonging to Fig. 3.

Fig. 1a und 1b dienen zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Erfindung und stellen zugleich eine stark vereinfachte Greifmechanik dar. Ein hohler Grundkörper 1 weist an einer seiner offenen Endflächen ein flexibles, folienartiges Element 2 auf. Auf dem flexiblem, folienartigen Element sind zwei Abtriebselemente 3 angebracht. Fig. 1a and 1b are illustrative of the operation of the invention, whilst providing a highly simplified grip mechanism. A hollow body 1 comprises at one of its open end surfaces, a flexible, sheet-like element 2. Two output elements 3 are attached to the flexible, film-like element.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit Grundkörper 1 und drei Abtriebselementen 3 dessen Ausführung eine Greifmechanik darstellt. Als flexibles, folienähnliches Element 2 dient die Deckschicht des zylinderförmigen Grundkörpers 1. Auf dem flexiblen, folienähnlichen Element 2 sind als Abtriebselemente 3 drei Greiffinger vorgesehen. Die Funktionselemente Grundkörper 1, flexibles, folienähnliches Element 2, Abtriebselemente 3 in Fig. 1b stehen miteinander in stofflichem Zusammenhang. Fig. 2 shows an arrangement according to the invention with the base body 1 and 3, the execution of which represents three output elements, a gripping mechanism. The cover layer of the cylindrical base body 1 serves as a flexible, film-like element 2 . On the flexible, foil-like element 2 , three gripping fingers are provided as output elements 3 . The functional elements base body 1 , flexible, foil-like element 2 , output elements 3 in FIG. 1b are related to one another in terms of material.

Übt man eine Kraft auf die zentrisch angeordnete Bohrung a im flexiblen, folienähnlichen Element 2 aus, so treten koaxiale Verformungen des flexiblen, folienähnlichen Element 2 um die Bohrung a auf. Aufgrund dieser Verformungen bewegen sich Enden der Abtriebselemente 3 zum Zentrum der Anordnung hin. If a force is exerted on the centrally arranged bore a in the flexible, foil-like element 2 , coaxial deformations of the flexible, foil-like element 2 occur around the bore a. Because of these deformations, ends of the output elements 3 move towards the center of the arrangement.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die erfindungsgemäße Anordnung in einem Miniaturgreifer. Antriebselement ist ein drahtförmiges Formgedächtniselement 5, welches sich bei Temperatur erhöhung verkürzt. Das Formgedächtniselement 5 ist mittels Verbindungselementen 6 und einem Justageelement 7 zwischen der Aufnahme 4 und dem flexiblen, folienähnlichen Element 2 so eingespannt, daß sich letzteres beim Verkürzen des Formgedächtniselementes 5 durchbiegt und sich die als Greiffinger genutzten Abtriebselemente 3 zum Zentrum der Anordnung hin neigen und so ein Objekt greifen können. Als Unterstützung des Rückstellens des Formgedächtniselementes 5 ist eine Feder 8 vorgesehen, welche über ein Druckstück 9 die Rückstellkraft für das Formgedächtniselement 5 zwischen dem Justageelement 7 und dem flexiblen, folienähnlichen Element 2 erzeugt. Alle Bauteile sind in einer Aufnahme 4 montiert. Mit dem Justageelement 7 kann die über die Feder 8 erzeugte Kraft eingestellt werden. Eine Kappe 10 verschließt die Aufnahme 4. Fig. 3 and Fig. 4 show the arrangement according to the invention in a miniature gripper. The drive element is a wire-shaped shape memory element 5 , which shortens when the temperature rises. The shape memory element 5 is clamped by means of connecting elements 6 and an adjustment element 7 between the receptacle 4 and the flexible sheet-like element 2 such that the latter flexes in shortening of the shape memory element 5 and to incline the used as a grasping finger output elements 3 to the center of the assembly back and so can grab an object. To support the resetting of the shape memory element 5 a spring 8 is provided, which generates the restoring force of the shape memory element 5 between the adjustment element 7 and the flexible sheet-like element 2 via a pressure piece. 9 All components are mounted in a holder 4 . With the adjustment element 7 , the force generated by the spring 8 can be adjusted. A cap 10 closes the receptacle 4 .

Reference list

11

Grundkörper
Basic body

22nd

flexibles, folienähnliches Element
flexible, foil-like element

33rd

Abtriebselemente
Output elements

44th

Aufnahme
admission

55

Formgedächtniselement
Shape memory element

66

Verbindungselement
Fastener

77

Justageelement
Adjustment element

88th

Feder
feather

99

Druckstück
Pressure piece

1010th

Kappe
a Bohrung
b Materialschwächung
c Ausbruch
cap
a hole
b Material weakening
c outbreak

Claims

1. Arrangement for generating pivotal movements on output elements ( 3 ), consisting of a base body ( 1 ) which has a flexible, film-like element ( 2 ) on an open end surface, in which at least one output element at a certain angle to the element ( 2 ) ( 3 ) is arranged so that when a force F is applied to the element ( 2 ) it is deformed differently from the starting position and thus the driven element (s) ( 3 ) is (are) pivoted, and the resetting by turning it off the force F occurs through the elasticity of the element ( 2 ) or the additional application of a restoring force opposite the force F, the pivoting movement being used directly or via further transmission elements as an output movement.

2. Arrangement according to claim 1, wherein the base body ( 1 ), the flexible, film-like element ( 2 ) and the (s) driven element (s) ( 3 ) form a material unit.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the flexible, film-like element ( 2 ) and the base body ( 1 ) through bores (b) and cutouts (c) can be influenced in terms of their functional properties.

4. Arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that the base body ( 1 ) is fixed in a receptacle ( 4 ) and in the center of the flexible, film-like element, a shape memory element ( 5 ) is connected as a drive by means of a connecting element ( 6 ), the other end of the shape memory element ( 5 ) being connected to the receptacle ( 4 ).

5. Arrangement according to claim 4, wherein the connecting element ( 6 ) in the bore (a) of the flexible, film-like element ( 2 ) is used.

6. Arrangement according to claim 4, wherein the shape memory element ( 5 ) is a shape memory wire, one end of which is fastened to the flexible, foil-like element ( 2 ) by means of a connecting element ( 6 ) and the other end of which is via a connecting element ( 6 ) and an adjustment element ( 7 ) is connected to the receptacle ( 4 ).

7. Arrangement according to claim 4 or 5, characterized in that the bending back of the flexible, film-like element ( 2 ) is supported by a spring ( 8 ) which, via a pressure piece ( 9 ), a spring force between the adjusting element ( 7 ) and the flexible , film-like element.

8. Arrangement according to claim 4, 5 or 6, wherein the stroke of the pressure piece ( 9 ) is limited by a stop.

9. Arrangement according to claim 4, 5 or 6, wherein the connection of the shape memory element ( 5 ) with the connecting elements ( 6 ) is made by clamping.

10. The arrangement according to claim 4, 5 or 6, wherein the receptacle ( 4 ) can be closed by a cap ( 10 ).

11. The arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the output elements ( 3 ) are designed to be flexible by weakening (b) of the material.