DE19843273A1

DE19843273A1 - Mechanismus zum Erzeugen von Schwenkbewegungen

Info

Publication number: DE19843273A1
Application number: DE1998143273
Authority: DE
Inventors: Juergen Vollbarth; Joerg Gasmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Erzeugen von Schwenkbewegungen an Abtriebselementen (5), bestehend aus einem Grundkörper (1) mit einer Verlängerung (2), einem damit verbundenen Einsatz (3), an dem sich zwischen diesem und dem Abtrieb (5) ein speziell gestaltetes Zwischenstück (4) befindet und sich zwischen dem Grundkörper (1) oder dem Einsatz (3) und dem Abtrieb (5) oder dem Zwischenstück (4) ein oder mehrere Formgedächtniselemente (6) sowie ein oder mehrere Energiespeicher (10) derart befinden, daß durch Verformung der Formgedächtniselemente (6) der Abtrieb (5) eine Schwenkbewegung ausführt. Mit dem Mechanismus lassen sich vorteilhaft miniaturisierte Greifer mit einer gut steuerbaren Greifkraft realisieren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Erzeugen von Schwenkbewegungen, der selbst Baugruppen wie Greifer, Schalter, oder Scheren bilden kann, Teil dieser Baugruppen ist oder als Antrieb dieser Baugruppen dienen kann.

Aus der Literatur des Maschinenbaus und der Feinwerktechnik sind eine Vielzahl unterschiedlicher Mechanismen bekannt, die kontinuierliche oder sprunghafte Schwenkbewegungen ausführen können. Beispielhaft seien hier aufgeführt:
Krause, W.: Konstruktionselemente der Feinwerktechnik, Carl Hanser Verlag München- Wien,
Taschenbuch Maschinenbau, Verlag Technik Berlin,
Hesse, S.: Greifer-Praxis, Vogel Buchverlag,
Vollmer, J.: Getriebetechnik (Leitfaden), Verlag Technik Berlin.

Diese Mechanismen zeichnen sich im allgemeinen durch den Zusammenbau von separaten Konstruktionselementen wie Hebel, Gelenken etc. aus. Als nachteilig erweist sich bei derartigen Baugruppen, daß bei hohem Miniaturisierungsgrad der Fertigungsaufwand für solche Mechanismen stark ansteigt. Weiterhin weisen die bekannten Anordnungen oft eine Vielzahl von Einzelteilen auf.

Weiterhin sind Formgedächtnisaktoren in Form von Drähten und Federn bekannt. Diese führen unter Temperatureinfluß eine kontinuierliche Stellbewegung aus.

Ferner ist aus der DE 44 06 771 A1 beispielsweise ein Greifer für einen Industrieroboterarm bekannt. Der Greifer besteht aus zwei beweglichen Fingern, wobei die Bewegung der Finger durch die Formänderung von Teilen, die aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, hervorgerufen wird. Die Kraftwirkung der Formgedächtnislegierung erfolgt auf Gelenke des Fingers oder die Finger selbst, so daß bei Erwärmung und anschließender Abkühlung eine Greifbewegung ausgeführt werden kann. Nachteilig sind einerseits der komplexe Aufbau des Greifers mit einer Vielzahl an Einzelelementen und andererseits die großen Volumina der selbst aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden Greiferteile, wie z. B. die Finger oder Backen. Beides erschwert die exakt gesteuerte Bewegung des Greifers, verlängert die Schließ- und Öffnungszeiten, verringert den Wirkungsgrad und erhöht den Preis.

Weitere Greifer mit Antrieben aus Formgedächtniselementen sind aus Hesselbach, J. und Pitschellis, R.: Greifer für die Mikromontage bekannt.

In Feinwerkelemente/Führungen/Federelemente, VDI/VDE Richtlinie 2252, Blatt 9 sind 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.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen vielseitig verwendbaren, stark miniaturisierten Mechanismus anzugeben, der eine gesteuerte bzw. geregelte, kontinuierliche und geradlinige Bewegung in eine ebenso kontinuierliche und gesteuerte bzw. geregelte Schwenkbewegung umformt. Dabei hat der Mechanismus insbesondere die Aufgabe, den bei herkömmlichen Mechanismen typischen Verlauf der Abtriebskraft bei Auftreffen des Abtriebselementes auf einen Anschlag so zu verändern, daß der Anstieg der Kraft auf den Abtrieb/Anschlag in Abhängigkeit von der Position des Aktors begrenzt wird. Weiterhin soll der Mechanismus dem Abtriebselement erlauben, sich teilweise oder ganz an den Anschlag anzulegen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß über das erfindungsgemäß gestaltete Gelenk die kontinuierliche geradlinige Bewegung eines Formgedächtniselementes auf ein nachgiebig gelagertes Abtriebselement übertragen wird, wobei das Abtriebselement in der Lage ist, eine Schwenkbewegung auszuführen, welche ihrerseits durch eine Kombination aus Drehen und Kippen gekennzeichnet ist. Infolge dieser kombinierten Schwenkbewegung läßt sich an dem nachgiebig gelagerten Abtriebelement eine tangentiale Kraft abgreifen, welche gegenüber der aus einer einfachen Schwenkbewegung stammenden flacheren Kennlinie folgt (Fig. 2). Die Art und Weise dieser Schwenkbewegung ist von der erfindungsgemäßen Gestaltung des Gelenkes zwischen einem Einsatz und dem Abtriebselement abhängig. Das Formgedächtnis element ist bei der beschriebenen Erfindung ein Bauteil, das aus einer Form gedächtnislegierung besteht, die bei Temperaturänderung eine Formänderung erfährt. Das sind beispielsweise Formgedächtnisdrähte oder Formgedächtnisfedern.

Ein weiteres wesentliches Teil des Mechanismus ist ein Grundkörper, mit dem ein Einsatz direkt verbunden ist. Das Formgedächtniselement ist einerseits direkt oder indirekt mit dem Grundkörper oder dem Einsatz und andererseits direkt oder indirekt mit dem Abtriebselement verbunden. Dabei kann die Befestigung des Formgedächtnislementes auf der Abtriebsseite am Abtriebselement oder am erfindungsgemäß gestalteten Gelenk selbst direkt oder indirekt erfolgen. Unter einer indirekten Verbindung wird hierbei die Verbindung über Koppelelemente verstanden. Somit sind die beiden unterschiedlichen Bewegungen von Formgedächtniselement und Abtrieb gekoppelt.

Die mit dem Mechanismus erzeugte Stellbewegung läßt sich auf unterschiedliche Weise nutzen; in Greifern und Betätigungselementen direkt oder als Antrieb derartiger Baugruppen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung als Greifer in Miniaturform ergibt sich aus Anspruch 8. Als bewegungs- und krafterzeugendes Element ist das Formgedächtniselement vorgesehen, welches einerseits mit dem Grundkörper und andererseits mit dem hier als bewegliche Backe ausgebildeten Abtriebselement des Greifers verbunden ist. Die bewegliche Backe ist durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Festkörpergelenkes mit dem Grundkörper nachgiebig verbunden und so in der Lage die beschriebene kombinierte Dreh-Kipp- Bewegung auszuführen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die Dreh-Kipp-Bewegung des Greifbackenendes einerseits eine wesentlich einfachere Dosierung der am Greifobjekt angebrachten Greifkraft und andererseits ohne zusätzliche parallele Führung eine flächige Anlage des Greifbackenendes an den zu greifenden Teilen möglich sind.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung des erfindungsgemäßen Mechanismus in Form eines Miniaturgreifers,

Fig. 2 eine Darstellung der sich ergebenden Kraft-Weg-Kennlinien entsprechend dem Stand der Technik und bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Mechanismus.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Mechanismus in Form eines Miniaturgreifers dargestellt. Der Miniaturgreifer besteht aus einem Grundkörper 1, welcher an einem Ende als fester Greiferfinger 2 ausgeführt ist. Mit dem Grundkörper 1 ist ein Einsatz 3 fest verbunden. Über das Dreh-Kipp-Gelenk 4 ist der ebenfalls als Greiferfinger ausgebildete Abtrieb 5 mit dem Einsatz 3 verbunden. Für das Erzeugen der Dreh-Kipp-Bewegung des Abtriebs 5 sind ein oder mehrere Formgedächtniselemente 6 vorgesehen, welche an einem Ende durch Befestigungselemente 7 am Grundkörper 1 oder am Einsatz 3 direkt oder mittels Befestigungselemente 8 am Abtrieb 5 oder am Gelenk 4 angebracht sind. An den Enden der Greiferfinger 2 und 5 sind über Befestigungselemente wechselbare Greifbacken 9 angebracht. Eine parallel zu den Formgedächtniselementen 6 angebrachte Feder 10 spannt den Abtrieb 5 derart vor, das dieser eine Ausgangsstellung einnimmt, von welcher aus die Bewegung ausgeführt wird.

In der Fig. 2 sind in einem Kraft-Weg-Diagramm die Kennlinien entsprechend dem Stand der Technik und bei Anwendung eines erfindungsgemäßen Mechanismus dargestellt. Es wird gezeigt daß sich durch die von einem sogenannten Zwischenstück 4 verursachte Dreh- Kipp-Bewegung am Abtrieb 5, eine deutlich flachere Kennlinie bis zum erreichen der Maximalkraft ergibt. Dies kann vorteilhaft zu einer feineren Dosierung der Greifkraft bei einer Anwendung des Mechanismus als Greifer ausgenutzt werden.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Verlängerung/Greiferfinger

3

Einsatz

4

Zwischenstück/Dreh-Kipp-Gelenk

5

Abtrieb/Greiferfinger

6

Formgedächtniselement

7

Befestigungselement

8

Befestigungselement

9

Greifbacken

10

Energiespeicher/Feder

Claims

1. Mechanismus zum Erzeugen von Schwenkbewegungen an Abtriebselementen (5), bestehend aus einem Grundkörper (1) mit einer Verlängerung (2), einem damit verbundenen Einsatz (3) an dem sich zwischen diesem und dem Abtrieb (5) ein speziell gestaltetes Zwischenstück (4) befindet und sich zwischen dem Grundkörper (1) oder dem Einsatz (3) und dem Abtrieb (5) oder dem Zwischenstück (4) ein oder mehrere Formgedächtniselemente (6) sowie einer oder mehrere Energiespeicher (10) derart befinden, daß durch Verformung der Formgedächtniselemente (6) der Abtrieb (5) eine Schwenkbewegung ausführt.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, bei der das Zwischenstück (4) ein flexibles, folienartiges Element ist und mit dem Einsatz (3) und dem Abtrieb (5) eine stoffliche Einheit bildet.

3. Mechanismus nach Anspruch 1, bei der das Zwischenstück (4) ein flexibles, folienartiges Element ist und mit dem Einsatz (3) und dem Abtrieb (5) ohne die Bildung einer stofflichen Einheit verbunden ist.

4. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Zwischenstück (4) durch Wahl der Abmessungen und des Werkstoffs in seinen Funktionseigenschaften veränderbar ist.

5. Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der Abtrieb (5) zunächst nur teilweise und danach vollständig und parallel an die Verlängerung (2) oder dazwischen liegende Elemente anlegbar ist.

6. Mechanismus nach Anspruch 1, bei der das oder die Formgedächtniselemente (6) Drähte oder Bänder sind, dessen eines Ende mittels Verbindungselementen (8) mit dem Grundkörper (1) oder dem Einsatz (4) und dem Zwischenstück (4) oder dem Abtriebselement (5) verbunden ist.

7. Mechanismus nach Anspruch 1, bei der der oder die Energiespeicher Federn sind.

8. Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verlängerung (2) und der Abtrieb (5) als Greifer ausgebildet sind.