WO2016045658A1 - Working mechanism - Google Patents

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WO2016045658A1
WO2016045658A1 PCT/DE2015/100352 DE2015100352W WO2016045658A1 WO 2016045658 A1 WO2016045658 A1 WO 2016045658A1 DE 2015100352 W DE2015100352 W DE 2015100352W WO 2016045658 A1 WO2016045658 A1 WO 2016045658A1
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working mechanism
segment
guide discs
segments
tubes
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PCT/DE2015/100352
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Inventor
Jessica Burgner-Kahrs
Thien-Dang Nguyen
Original Assignee
Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
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    • A61M25/0138Tip steering devices having flexible regions as a result of weakened outer material, e.g. slots, slits, cuts, joints or coils

Definitions

  • the invention relates to a continuous or quasi-continuous working mechanism for lifting, fixing, gripping, moving and adjusting objects, which has a continuous backbone of concentrically arranged and mutually movable tubes, wherein each of the tubes associated with at least one adjusting means and at one end portion of each of the tubes a limiting element is arranged.
  • Such mechanisms are suitable for the design of robotic arms, limb prostheses or as controllable moving parts in medical instrumentation.
  • a discrete kinematic working mechanism is understood to mean a system of rigid bodies which are connected to one another by movable joints, the joints each having only one degree of freedom.
  • the working space of a kinematic working mechanism is defined by all the space points that the kinematic working mechanism can reach with one end when its other end is stationary.
  • a continuous or quasi-continuous kinematic working mechanism is understood to mean a spatial sequence of flexible segments, also called actuators. These flexible segments each have a plurality of Degrees of freedom.
  • the configuration spaces of continuous and quasi-continuous kinematic work mechanisms are highly overdetermined, that is, in most points within their work spaces, a variety of degrees of freedom are freely adjustable. Due to this property, a continuous or quasi-continuous kinematic working mechanism is often referred to as "kinematically hyperredundant".
  • the segments of a continuous kinematic working mechanism do not contain hinges of rigid materials, but are constructed essentially of plastically and / or elastically deformable materials. Therefore, the segments have a
  • the prior art and predominantly common are continuous manipulators with segments of fixed length, are guided over the guide discs mechanical adjusting means such as cables, rods or the like, wherein by means of the adjusting means a constant curvature per segment can be produced.
  • the guide discs are distributed at equal intervals to each other firmly connected to a flexible backbone, so that upon actuation of a setting means a uniform segment curvature arises.
  • the angle of curvature is dependent on the shortening or lengthening of the
  • the arc length remains immutable in each segment.
  • tubular manipulators are known. These consist of concentrically arranged, displaceable and rotatable, precurved, elastic tubes. One of the peculiarities of tubular manipulators is the opposite of rope-actuated manipulators
  • the tubes of the individual segments have a pre-curvature.
  • the outer tube has a higher rigidity than the next inner, so that the pre-curvature sets only while the respective tube from the
  • a pre-selection of the segments and tubes to realize an insertion in a spatially cramped and obstacle-rich work area is highly complex, especially as the radius of curvature in tubular
  • Manipulators is not adjustable.
  • each segment has one or more pressure chambers, which are influenced by the supply of a gas or a liquid in its extension.
  • pneumatic or hydraulic pressure chambers installed only in relatively large manipulators.
  • An example of this is known from the document US 3,284,964 A, which proposes such a working mechanism mounted on a truck.
  • Further examples of fluid-activated manipulators are known from US Pat. No. 4,848,179 A and US Pat. No. 4,551,061 A.
  • the document DE 198 33 340 A1 which also discloses a working mechanism equipped with pressure chambers, mentions the use of the working mechanism as a medical instrument.
  • a working mechanism has a spatial sequence of flexible segments, wherein each of the segments is bounded by two adjacent limiting elements and comprises a return means, which between two adjacent
  • Limiting elements is arranged and acts on them. This makes it possible to use as adjusting means pressure and / or limp mechanics, which can be made very light and filigree.
  • the movement of each segment, in particular the curving of a segment, is effected by the at least one adjusting means and by the return means directed counter to this in the force effect.
  • the at least one adjusting means assigned to the respective tube is firmly connected to its limiting element. It is by means of concentrically arranged and mutually axially movable tube a change in length of the segments and independently of this, a curvature of the segments is possible by means of the adjusting means attached to the limiting elements. Thus, within a segment, for example cable-actuated, a curvature can be achieved with a dynamic change in the length of the segment. As a result, when using a simple construction, the
  • the return means consists for example of at least one resilient body.
  • a resilient body a helical spring is preferably used, which is arranged concentrically to the tube. It is also possible to arrange a plurality of elastic bodies in the axial direction behind one another and / or next to one another around the tube.
  • the spring-elastic bodies are preferably each on one
  • a return means which has a plurality of magnetic guide discs.
  • a return means By using magnetic guide disks within a rope-actuated segment, for example, a constant curvature can be achieved with a dynamic change in the length of the segment. In this case, a high setting or positioning accuracy in conjunction with a strong miniaturization is possible.
  • the change in the length of the segments by means of slidable in the axial direction tube.
  • the return means consists of a combination of at least one resilient body and a plurality of magnetic guide discs.
  • the guide discs are permanent magnetic. This makes it possible to produce the working mechanism with reduced complexity, which enables a good miniaturization of the working mechanism.
  • Permanent magnetic guide disks are particularly well suited for small-sized continuous manipulators because they lose their magnetic force only at very high temperatures or strong direct mechanical effects.
  • juxtaposed segments which can be impressed by adjusting means over its entire length a continuous curvature, in conjunction with concentrically arranged, mutually displaceable tubes, and the use of permanent magnetic guide discs results in respect to the prior art much improved continuous manipulator. Dynamic adjustment of the segment lengths is possible through the concentric tubes forming the backbone of the manipulator. Segment curvatures can be as needed on the Adjust the adjustment of the adjusting means.
  • the magnetic guide discs ensure a uniform distribution of the guide discs over the length of a segment at each set segment length, so that the set curvature is constant.
  • the concentric, mutually displaceable tubes of the segments are created on the model of tubular manipulators, however, unlike the tubular manipulators have no pre-curvature.
  • the guide discs are toroidal and freely displaceable on the spine in the axial direction.
  • the axial movement of the guide discs is limited by two adjacent boundary elements.
  • the guide discs are arranged concentrically on the tube of their segment.
  • a rotationally symmetrical design of tubes and the passage opening for the spine in the guide discs makes it possible that the guide discs are freely rotatable. Due to the free mobility of the guide discs, a uniform distribution of the guide discs and the forces generated by them within a segment is achieved.
  • At least one of the adjusting means is a pressure-elastic cable pull and / or a pressure-resistant push rod.
  • other, in particular mechanical, adjusting means which counteract the force of the magnetic guide disks, are not excluded.
  • the force of the magnetic guide disks acts like a passive rear-part device.
  • actuation of the at least one actuating means a force is actively applied and directed into the corresponding segment, which at least locally counteracts the magnetic force in the segment.
  • each of the guide discs has at least one hole through which the adjusting means of the working mechanism are guided.
  • the adjusting means and the guide discs are movable relative to each other.
  • at least one of the limiting elements has at least one hole through which a Adjusting means is guided at least one other limiting element.
  • the actuating means and / or tubes are not ferromagnetic. It has proved to be particularly favorable that the tubes are made of a super-elastic material, in particular of a nickel-titanium alloy.
  • the magnetic guide disks arranged in a segment are aligned alternately with opposite polarity.
  • a cable is preferably provided.
  • Guide elements are aligned so that their identical poles always face each other.
  • a segment magnetic guide plates are aligned with the same polarity. This ensures that the guide discs attract each other.
  • a pressure-resistant rod is preferably provided.
  • the carriers are preferably made of a different material from the tube material, which is preferably a plastic.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a working mechanism according to the invention comprising two segments;
  • Figure 2 is a schematic representation of the working mechanism shown in Figure 1 with guide discs and two segments in compressed functional position.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the working mechanism shown in FIG. 1 with guide disks and a segment in expanded functional position
  • FIG. 4 shows a schematic, enlarged representation of a detail of the segment shown in FIG. 3 in the expanded functional position
  • Fig. 5 is a schematic representation of a working mechanism comprising three
  • Fig. 6 is a schematic representation of a first step of using the
  • Fig. 7 is a schematic representation of a second step of using the
  • Fig. 8 is a schematic representation of a third step of the use of
  • Fig. 11 is a schematic representation of a sixth step of using the working mechanism on an application example
  • Fig. 12 is a schematic representation of a seventh step of using the
  • FIG. 1 shows that the working mechanism 1, which is also referred to as a manipulator, consists of two segments 2, 12 arranged in a spatial sequence and a continuous backbone made of concentric and mutually arranged parts movable tube 3 consists.
  • the tubes 3 are not pre-curved, but highly elastic, preferably superelastic. Furthermore, the working mechanism 1, which is also referred to as a manipulator, consists of two segments 2, 12 arranged in a spatial sequence and a continuous backbone made of concentric and mutually arranged parts movable tube 3 consists.
  • the tubes 3 are not pre-curved, but highly elastic, preferably superelastic. Furthermore, the working mechanism 1, which is also referred to as a manipulator, consists of two segments 2, 12 arranged in a spatial sequence and a continuous backbone made of concentric and mutually arranged parts movable tube 3 consists.
  • the tubes 3 are not pre-curved, but highly elastic, preferably superelastic. Furthermore, the working mechanism 1, which is also referred to as a manipulator
  • Working mechanism 1 a plurality of limiting elements 4. At a end effector 5 of the working mechanism 1 facing end portion 6 of each of the tubes 3, a limiting element 4 is arranged and fixedly connected to the respective tube 3. A segment 2, 12 is bounded by two adjacent boundary elements 4.
  • Working mechanism 1 also comprises a plurality of adjusting means 7, wherein each of the tubes 3 is associated with at least one adjusting means 7, each fixed to the
  • Limiting element 4 is connected and movable relative to the limiting elements 4 of the other tube 3.
  • Figures 2 and 3 show in addition that the
  • Working mechanism 1 further comprises a plurality of magnetic guide discs 8 as return means 18, wherein between two adjacent limiting elements 4 always more magnetic guide discs 8 are arranged.
  • FIG. 1 The uniform distribution of the guide discs 8 is achieved by a special orientation of the magnetic guide discs 8.
  • the section of the working mechanism 1 framed by a dashed line 16 is shown enlarged in FIG. This illustrates that the guide discs 8 are aligned alternately with opposite polarity, for example, identical poles are facing each other and the guide discs 8 thus repel each other.
  • the south poles S or the north poles N are alternately facing each other. Since the guide discs 8 repel each other with the same force 1 1, they distribute evenly over the entire segment length, which allows a uniform curvature.
  • FIGS. 5 to 12 show, by means of a working mechanism 1 with three segments 2, 12, 17, an example of application of the working mechanism 1 according to the invention. In FIG.
  • the working mechanism 1 is shown in a fully expanded functional position.
  • the fully expanded functional position is achieved by the movement 10 of the tube 3.
  • the segments 2, 12, 17 are distinguished with respect to their relative position with respect to the end effector 5.
  • the first segment 2 is closest to the end effector 5. As the distance from the end effector 5 increases, only the second segment 12 and then the third segment 17 follow.
  • Figures 6 to 12 show a working area 13, by which the working mechanism 1 is moved. Initially, the working mechanism 1 is in the fully compressed functional state. The working mechanism 1 is horizontal in the
  • Segment 12 its final state ( Figure 1 1). Finally, the first segment 2 is elongated and curved until the end effector 5 reaches its target without damaging any obstacles ( Figure 12).

Abstract

The invention relates to a continuous or quasi continuous working mechanism (1). In order to overcome the drawbacks of the prior art and provide a working mechanism (1) that is more mobile, has a simpler design and is easier to handle, the working mechanism (1) comprises an uninterrupted backbone consisting of concentrically arranged small tubes (3) which are movable relative to one another, at least one control means (7) is associated with each of the small tubes (3), and a limiting element (4) is disposed at an end portion (6) of each of the small tubes (3).

Description

Arbeitsmechanismus  working mechanism
Die Erfindung betrifft einen kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen Arbeitsmechanismus zum Heben, Fixieren, Greifen, Bewegen und Verstellen von Gegenständen, welcher ein durchgängiges Rückgrat aus konzentrisch angeordneten und zueinander beweglichen Röhrchen aufweist, wobei jedem der Röhrchen wenigstens ein Stellmittel zugeordnet und an einem Endabschnitt eines jeden der Röhrchen ein Begrenzungselement angeordnet ist. The invention relates to a continuous or quasi-continuous working mechanism for lifting, fixing, gripping, moving and adjusting objects, which has a continuous backbone of concentrically arranged and mutually movable tubes, wherein each of the tubes associated with at least one adjusting means and at one end portion of each of the tubes a limiting element is arranged.
Solche Mechanismen, auch als Manipulatoren bezeichnet, eignen sich zur Gestaltung von Roboterarmen, Gliedmaßenprothesen oder als steuerbare bewegliche Teile in der medizinischen Instrumententechnik. Such mechanisms, also referred to as manipulators, are suitable for the design of robotic arms, limb prostheses or as controllable moving parts in medical instrumentation.
Ein gattungsgemäßer Arbeitsmechanismus ist beispielsweise aus der US 8, 152,756 B2 bekannt. A generic working mechanism is known for example from US 8, 152,756 B2.
Unter einem diskreten kinematischen Arbeitsmechanismus wird im Folgenden ein System aus starren Körpern verstanden, die durch bewegliche Gelenke miteinander verbunden sind, wobei die Gelenke jeweils nur einen Freiheitsgrad aufweisen. Ein Beispiel sind In the following, a discrete kinematic working mechanism is understood to mean a system of rigid bodies which are connected to one another by movable joints, the joints each having only one degree of freedom. An example is
Industrieroboterarme mit sechs Drehgelenken, deren Drehwinkel jeweils einen Industrial robot arms with six swivel joints, whose rotation angle is one each
unabhängigen Freiheitsgrad des Roboterarmes darstellen. Zu jedem Punkt innerhalb des Arbeitsraumes eines derartigen Roboterarmes gehört dann ein bestimmter Satz von sechs Drehwinkeln. Dabei ist der Arbeitsraum eines kinematischen Arbeitsmechanismus definiert durch alle Raumpunkte, die der kinematische Arbeitsmechanismus mit einem Ende erreichen kann, wenn sein anderes Ende ortsfest ist. represent independent degree of freedom of the robot arm. Each point within the working space of such a robot arm then has a certain set of six angles of rotation. Here, the working space of a kinematic working mechanism is defined by all the space points that the kinematic working mechanism can reach with one end when its other end is stationary.
Im Gegensatz hierzu wird unter einem kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus eine räumliche Abfolge von flexiblen Segmenten, auch Aktuatoren genannt, verstanden. Diese flexiblen Segmente weisen jeweils eine Vielzahl von Freiheitsgraden auf. Die Konfigurationsräume kontinuierlicher und quasikontinuierlicher kinematischer Arbeitsmechanismen sind hochgradig überbestimmt, das heißt, in den meisten Punkten innerhalb ihrer Arbeitsräume ist eine Vielzahl von Freiheitsgraden frei einstellbar. Einen kontinuierlichen oder quasikontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus bezeichnet man aufgrund dieser Eigenschaft häufig auch als "kinematisch hyperredundant". In contrast, a continuous or quasi-continuous kinematic working mechanism is understood to mean a spatial sequence of flexible segments, also called actuators. These flexible segments each have a plurality of Degrees of freedom. The configuration spaces of continuous and quasi-continuous kinematic work mechanisms are highly overdetermined, that is, in most points within their work spaces, a variety of degrees of freedom are freely adjustable. Due to this property, a continuous or quasi-continuous kinematic working mechanism is often referred to as "kinematically hyperredundant".
Im Unterschied zu einem quasikontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus enthalten die Segmente eines kontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus keine Gelenke aus starren Materialien, sondern sind im Wesentlichen aus plastisch und/oder elastisch verformbaren Materialien aufgebaut. Daher weisen die Segmente eines Unlike a quasi-continuous kinematic working mechanism, the segments of a continuous kinematic working mechanism do not contain hinges of rigid materials, but are constructed essentially of plastically and / or elastically deformable materials. Therefore, the segments have a
kontinuierlichen kinematischen Arbeitsmechanismus überabzählbar viele Freiheitsgrade auf. continuous kinematic working mechanism on countless degrees of freedom.
Stand der Technik und überwiegend gebräuchlich sind kontinuierliche Manipulatoren mit Segmenten fester Länge, über deren Führungsscheiben mechanische Stellmittel wie Seilzüge, Stäbe oder Ähnliches geleitet werden, wobei mittels der Stellmittel eine konstante Krümmung pro Segment hergestellt werden kann. Die Führungsscheiben sind dabei in gleichen Abständen zueinander verteilt fest mit einem flexiblen Rückgrat verbunden, sodass bei einer Betätigung eines Stellmittels eine gleichförmige Segmentkrümmung entsteht. Der Krümmungswinkel ist dabei in Abhängigkeit der Verkürzung oder Verlängerung des The prior art and predominantly common are continuous manipulators with segments of fixed length, are guided over the guide discs mechanical adjusting means such as cables, rods or the like, wherein by means of the adjusting means a constant curvature per segment can be produced. The guide discs are distributed at equal intervals to each other firmly connected to a flexible backbone, so that upon actuation of a setting means a uniform segment curvature arises. The angle of curvature is dependent on the shortening or lengthening of the
Stellmittels variabel, wobei die Bogenlänge in jedem Segment unveränderlich bleibt. Variable means, the arc length remains immutable in each segment.
Gleichzeitig ist durch die feste Länge der Segmente auch deren Krümmungscharakteristik gleichbleibend, sodass die einzelnen Segmente eines Manipulators je nach Arbeitsumfeld und Aufgabe vorher festgelegt und der Manipulator entsprechend konstruiert werden müssen.  At the same time by the fixed length of the segments and their curvature characteristic is consistent, so that the individual segments of a manipulator depending on the work environment and task previously determined and the manipulator must be designed accordingly.
Die Einführung eines solchen Arbeitsmechanismus in einen begrenzten Arbeitsraum kann durch den Vorschub des gesamten Arbeitsmechanismus und gleichzeitige Anpassung der Segmentkrümmungen erfolgen. Trotz der Vorabwahl der Segmentlängen gibt es The introduction of such a working mechanism in a limited work space can be done by advancing the entire working mechanism and simultaneously adjusting the segment curvatures. Despite the preselection of the segment lengths, there are
Einsatzgebiete und Arbeitsräume, bei denen ein kontinuierlicher Arbeitsmechanismus nach dem Stand der Technik die gewünschte Endlage nicht erreichen kann. Dies ist Fields of application and work spaces where a continuous working mechanism according to the prior art can not reach the desired end position. This is
beispielsweise der Fall, wenn ein kollisionsfreier Vorschub des Arbeitsmechanismus in die Endlage, insbesondere bei der Umgehung von Hindernissen, nicht möglich ist. For example, the case when a collision-free feed of the working mechanism in the end position, especially in the circumvention of obstacles, is not possible.
Lange Segmente haben den Vorteil, dass eine große Reichweite erzielt werden kann. Long segments have the advantage that a long range can be achieved.
Allerdings können aufgrund der gleichmäßigen Krümmung enge Radien nicht realisiert werden. Für einen Vorschub um enge Kurven ist es daher erforderlich, kurze Segmente zu wählen. Diesen fehlt jedoch die Reichweite. Auch die Reihenfolge der Krümmungen beziehungsweise Segmente muss bei einem kontinuierlichen Arbeitsmechanismus mit mechanischem Stellmittel, wie einem seilaktuierten kontinuierlichen Arbeitsmechanismus, beachtet werden. However, due to the uniform curvature tight radii can not be realized. For a feed around tight curves, it is therefore necessary to short segments too choose. However, they lack the range. The order of the bends or segments must also be taken into account in a continuous working mechanism with mechanical actuating means, such as a rope-actuated continuous working mechanism.
Als Alternative für kontinuierliche Manipulatoren mit mechanischem Stellmittel sind tubuläre Manipulatoren bekannt. Diese bestehen aus konzentrisch angeordneten, verschieb- und drehbaren, vorgekrümmten, elastischen Röhrchen. Eine der Besonderheiten bei tubulären Manipulatoren ist die gegenüber seilaktuierten Manipulatoren umgekehrte As an alternative to mechanical manipulator continuous manipulators, tubular manipulators are known. These consist of concentrically arranged, displaceable and rotatable, precurved, elastic tubes. One of the peculiarities of tubular manipulators is the opposite of rope-actuated manipulators
Krümmungsreihenfolge bei der Aktivierung der Segmente. Bei einem tubulären Curvature order in the activation of the segments. In a tubular
Arbeitsmechanismus wird zunächst das letzte beziehungsweise äußere Segment Working mechanism becomes first the last or outer segment
gemeinsam mit allen innen liegenden Segmenten vorgeschoben. Aus diesem wird dann translatorisch das nächste vorgeschoben und gegebenenfalls rotiert. Dann folgt das nächste Segment und so weiter. Die Röhrchen der einzelnen Segmente weisen eine Vorkrümmung auf. Dabei hat das äußere Röhrchen eine höhere Steifigkeit als das nächstinnere, sodass sich die Vorkrümmung erst einstellt, während das jeweilige Röhrchen aus dem advanced together with all internal segments. For this, the next is then translated and optionally rotated rotatory. Then follows the next segment and so on. The tubes of the individual segments have a pre-curvature. Here, the outer tube has a higher rigidity than the next inner, so that the pre-curvature sets only while the respective tube from the
nächstäußeren herausgeschoben wird. Die Translation der Röhrchen erlaubt eine next out is pushed out. The translation of the tubes allows one
Verlängerung und Verkürzung der einzelnen Segmente. Durch die Rotation der Röhrchen ineinander ist eine Kontrolle über den Austrittswinkel möglich. Die einzelnen Röhrchen haben eine Vorkrümmung, welche auf die Anforderungen der Arbeitssituation hin gewählt ist. Extension and shortening of the individual segments. Rotation of the tubes into each other allows control over the exit angle. The individual tubes have a pre-curvature, which is selected according to the requirements of the work situation.
Auch bei tubulären Arbeitsmechanismen gibt es ungünstige Konfigurationen oder Even with tubular working mechanisms, there are unfavorable configurations or
Arbeitsräume. Ein bekanntes Problem ist das sogenannte Snapping zweier vorgekrümmter Röhrchen, wenn deren Krümmungswinkel entgegengesetzt ausgerichtet sind. Wird diese Positionierung durch Rotation der Röhrchen angefahren, so steigt die Reibungskraft immer weiter an, bis sich die Röhrchen ruckartig überdrehen. Um die Kontrolle über die Workrooms. A well-known problem is the so-called snapping of two pre-curved tubes when their angles of curvature are opposite. If this positioning is approached by rotation of the tubes, the frictional force continues to increase until the tubes over-rotate jerkily. To take control of the
Endeffektposition nicht zu verlieren, wird versucht, solche Konfigurationen, wie Not to lose the final effect position, such configurations, such as
beispielsweise entgegengesetzte Kurven, zu vermeiden. Eine Vorauswahl der Segmente und Röhrchen zur Realisierung einer Insertion in ein räumlich beengtes und hindernisreiches Arbeitsgebiet ist hochgradig komplex, zumal der Krümmungsradius bei tubulären For example, to avoid opposite curves. A pre-selection of the segments and tubes to realize an insertion in a spatially cramped and obstacle-rich work area is highly complex, especially as the radius of curvature in tubular
Manipulatoren nicht einstellbar ist. Manipulators is not adjustable.
Nach dem Stand der Technik sind Manipulatoren bekannt, bei denen die Segmentlänge, die Segmentkrümmung und die Krümmungsreihenfolge reguliert werden können. Bei diesen hat jedes Segment eine oder mehrere Druckkammern, welche durch Zuführung eines Gases oder einer Flüssigkeit in ihrer Ausdehnung beeinflusst werden. Jedoch sind solche pneumatischen oder hydraulischen Druckkammern nur in relativ großen Manipulatoren verbaut. Ein Beispiel dafür ist aus der Druckschrift US 3,284,964 A bekannt, die einen solchen Arbeitsmechanismus montiert auf einem Lastkraftwagen vorschlägt. Weitere Beispiele für fluidaktivierte Manipulatoren sind aus den Druckschriften US 4,848, 179 A und US 4,551 ,061 A bekannt. Zwar nennt die Druckschrift DE 198 33 340 A1 , welche auch einen mit Druckkammern ausgestatteten Arbeitsmechanismus offenbart, die Anwendung des Arbeitsmechanismus als medizinisches Instrument. Jedoch hat sich gezeigt, dass bei Miniaturisierung eines fluidaktivierten Arbeitsmechanismus hinsichtlich der mechanischen Umsetzung und der Aktuierungsgenauigkeit Grenzen gesetzt sind. In the prior art manipulators are known in which the segment length, the segment curvature and the curvature order can be regulated. In these, each segment has one or more pressure chambers, which are influenced by the supply of a gas or a liquid in its extension. However, such are pneumatic or hydraulic pressure chambers installed only in relatively large manipulators. An example of this is known from the document US 3,284,964 A, which proposes such a working mechanism mounted on a truck. Further examples of fluid-activated manipulators are known from US Pat. No. 4,848,179 A and US Pat. No. 4,551,061 A. Although the document DE 198 33 340 A1, which also discloses a working mechanism equipped with pressure chambers, mentions the use of the working mechanism as a medical instrument. However, it has been found that there are limits to miniaturization of a fluid-activated working mechanism in terms of mechanical implementation and actuation accuracy.
Eine alternative Möglichkeit zeigt die Druckschrift DE 10 2010 056 607 A1. Diese beschreibt die Verwendung von elektroaktiven Polymeren als Ersatz für die Verwendung von hydraulischen oder pneumatischen Medien. An alternative possibility shows the document DE 10 2010 056 607 A1. This describes the use of electroactive polymers as a substitute for the use of hydraulic or pneumatic media.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, die Nachteile der vorstehend genannten Lösungen zu beseitigen und einen Arbeitsmechanismus The invention has for its object to provide a way to eliminate the disadvantages of the above solutions and a working mechanism
bereitzustellen, dessen Beweglichkeit verbessert und dessen Konstruktion und Handhabung vereinfacht ist. to provide mobility whose mobility is improved and its construction and handling is simplified.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die weitere Ausgestaltung der Erfindung ist den Unteransprüchen zu entnehmen. Erfindungsgemäß weist also ein Arbeitsmechanismus eine räumliche Abfolge von flexiblen Segmenten auf, wobei jedes der Segmente durch zwei benachbarte Begrenzungselemente begrenzt ist und ein Rückstellmittel umfasst, welches zwischen zwei benachbarten This object is achieved with a device according to the features of claim 1. The further embodiment of the invention can be found in the dependent claims. According to the invention, therefore, a working mechanism has a spatial sequence of flexible segments, wherein each of the segments is bounded by two adjacent limiting elements and comprises a return means, which between two adjacent
Begrenzungselementen angeordnet ist und auf diese einwirkt. Hierdurch wird es möglich, als Stellmittel druck- und/oder biegeschlaffe Mechaniken zu verwenden, welche sehr leicht und filigran ausgeführt sein können. Die Bewegung eines jeden Segmentes, insbesondere das Krümmen eines Segmentes, wird durch das wenigstens eine Stellmittel und durch das diesem in der Kraftwirkung entgegengerichtete Rückstellmittel bewirkt. Limiting elements is arranged and acts on them. This makes it possible to use as adjusting means pressure and / or limp mechanics, which can be made very light and filigree. The movement of each segment, in particular the curving of a segment, is effected by the at least one adjusting means and by the return means directed counter to this in the force effect.
Das dem jeweiligen Röhrchen zugeordnete wenigstens eine Stellmittel ist fest mit dessen Begrenzungselement verbunden. Dabei ist mittels der konzentrisch angeordneten und zueinander axial beweglichen Röhrchen eine Längenänderung der Segmente und unabhängig hiervon mittels der an den Begrenzungselementen befestigten Stellmittel eine Krümmung der Segmente möglich. Somit kann innerhalb eines beispielsweise seilaktuierten Segmentes eine Krümmung bei dynamischer Veränderung der Länge des Segmentes erreicht werden. Hierdurch wird bei Verwendung einer einfachen Konstruktion die The at least one adjusting means assigned to the respective tube is firmly connected to its limiting element. It is by means of concentrically arranged and mutually axially movable tube a change in length of the segments and independently of this, a curvature of the segments is possible by means of the adjusting means attached to the limiting elements. Thus, within a segment, for example cable-actuated, a curvature can be achieved with a dynamic change in the length of the segment. As a result, when using a simple construction, the
Beweglichkeit des Arbeitsmechanismus verbessert. Agility of the working mechanism improved.
Das Rückstellmittel besteht beispielsweise aus wenigstens einem federelastischen Körper. Als federelastischer Körper wird vorzugsweise eine Schraubenfeder verwendet, die konzentrisch zu dem Röhrchen angeordnet ist. Auch ist es möglich, mehrere federelastische Körper in axialer Richtung hintereinander und/oder nebeneinander um das Röhrchen verteilt anzuordnen. Dabei sind die federelastischen Körper vorzugsweise jeweils auf einer The return means consists for example of at least one resilient body. As a resilient body, a helical spring is preferably used, which is arranged concentrically to the tube. It is also possible to arrange a plurality of elastic bodies in the axial direction behind one another and / or next to one another around the tube. The spring-elastic bodies are preferably each on one
Führungsscheibe montiert. Besonders vorteilhaft hat sich ein Rückstellmittel erwiesen, welches mehrere magnetische Führungsscheiben aufweist. Durch die Verwendung von magnetischen Führungsscheiben innerhalb eines beispielsweise seilaktuierten Segmentes kann eine konstante Krümmung bei dynamischer Veränderung der Länge des Segmentes erreicht werden. Dabei ist eine hohe Einstell- beziehungsweise Positioniergenauigkeit in Verbindung mit einer starken Miniaturisierung möglich. Die Veränderung der Länge der Segmente erfolgt mittels der in axialer Richtung verschieblichen Röhrchen. Es ist auch möglich, dass das Rückstellmittel aus einer Kombination wenigstens eines federelastischen Körpers und mehrerer magnetischer Führungsscheiben besteht. Guide washer mounted. Particularly advantageous is a return means has been found which has a plurality of magnetic guide discs. By using magnetic guide disks within a rope-actuated segment, for example, a constant curvature can be achieved with a dynamic change in the length of the segment. In this case, a high setting or positioning accuracy in conjunction with a strong miniaturization is possible. The change in the length of the segments by means of slidable in the axial direction tube. It is also possible that the return means consists of a combination of at least one resilient body and a plurality of magnetic guide discs.
Besonders günstig ist es, dass die Führungsscheiben permanentmagnetisch sind. Hierdurch ist es möglich, den Arbeitsmechanismus mit reduzierter Komplexität herzustellen, welches eine gute Miniaturisierung des Arbeitsmechanismus ermöglicht. Permanentmagnetische Führungsscheiben sind besonders bei kleindimensionierten kontinuierlichen Manipulatoren gut geeignet, da sie ihre magnetische Kraft nur bei sehr hohen Temperaturen oder starken direkten mechanischen Einwirkungen verlieren. Durch die Verwendung von aneinandergereihten Segmenten, welchen mittels Stellmitteln über ihre gesamte Länge eine kontinuierliche Krümmung aufgeprägt werden kann, in Verbindung mit konzentrisch angeordneten, zueinander verschieblichen Röhrchen, sowie der Verwendung permanentmagnetischer Führungsscheiben ergibt sich ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich verbesserter kontinuierlicher Manipulator. Eine dynamische Anpassung der Segmentlängen ist über die konzentrischen Röhrchen, die das Rückgrat des Manipulators bilden, möglich. Segmentkrümmungen lassen sich nach Bedarf über die Verstellung der Stellmittel einstellen. Die magnetischen Führungsscheiben stellen bei jeder eingestellten Segmentlänge eine gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben über die Länge eines Segmentes sicher, sodass die eingestellte Krümmung konstant ist. Die konzentrischen, zueinander verschiebbaren Röhrchen der Segmente sind nach dem Vorbild tubulärer Manipulatoren geschaffen, weisen jedoch im Unterschied zu den tubulären Manipulatoren keine Vorkrümmung auf. It is particularly favorable that the guide discs are permanent magnetic. This makes it possible to produce the working mechanism with reduced complexity, which enables a good miniaturization of the working mechanism. Permanent magnetic guide disks are particularly well suited for small-sized continuous manipulators because they lose their magnetic force only at very high temperatures or strong direct mechanical effects. By using juxtaposed segments, which can be impressed by adjusting means over its entire length a continuous curvature, in conjunction with concentrically arranged, mutually displaceable tubes, and the use of permanent magnetic guide discs results in respect to the prior art much improved continuous manipulator. Dynamic adjustment of the segment lengths is possible through the concentric tubes forming the backbone of the manipulator. Segment curvatures can be as needed on the Adjust the adjustment of the adjusting means. The magnetic guide discs ensure a uniform distribution of the guide discs over the length of a segment at each set segment length, so that the set curvature is constant. The concentric, mutually displaceable tubes of the segments are created on the model of tubular manipulators, however, unlike the tubular manipulators have no pre-curvature.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, dass die Führungsscheiben torusartig ausgebildet und auf dem Rückgrat in axialer Richtung frei verschieblich sind. Die axiale Bewegung der Führungsscheiben wird dabei durch zwei benachbarte Begrenzungselemente limitiert. Die Führungsscheiben sind konzentrisch auf dem Röhrchen ihres Segmentes angeordnet. Eine rotationssymmetrische Ausgestaltung von Röhrchen und der Durchlassöffnung für das Rückgrat in den Führungsscheiben ermöglicht es, dass die Führungsscheiben auch frei drehbeweglich sind. Durch die freie Beweglichkeit der Führungsscheiben wird eine gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben und der von ihnen erzeugten Kräfte innerhalb eines Segmentes erreicht. It has proved to be advantageous that the guide discs are toroidal and freely displaceable on the spine in the axial direction. The axial movement of the guide discs is limited by two adjacent boundary elements. The guide discs are arranged concentrically on the tube of their segment. A rotationally symmetrical design of tubes and the passage opening for the spine in the guide discs makes it possible that the guide discs are freely rotatable. Due to the free mobility of the guide discs, a uniform distribution of the guide discs and the forces generated by them within a segment is achieved.
Für eine gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben hat es sich als praktisch erwiesen, dass in einem Segment alle Führungsscheiben dieselbe magnetische Feldstärke aufweisen. Hierdurch wird auf besonders einfache Weise erreicht, dass sich alle Führungsscheiben eines Segmentes mit gleicher Kraft voneinander abstoßen oder einander anziehen. For a uniform distribution of the guide disks, it has proven to be practical that in one segment all guide disks have the same magnetic field strength. As a result, it is achieved in a particularly simple manner that all guide disks of a segment repel each other with equal force or attract each other.
Es hat sich als praktisch erwiesen, dass zumindest eines der Stellmittel ein druckelastischer Seilzug und/oder eine drucksteife Schubstange ist. Es sind erfindungsgemäß auch andere, insbesondere mechanische Stellmittel nicht ausgeschlossen, die der Kraft der magnetischen Führungsscheiben entgegenwirken. Die Kraft der magnetischen Führungsscheiben wirkt wie eine passive Rücksteileinrichtung. Bei der Betätigung des zumindest einen Stellmittels wird aktiv eine Stellkraft aufgebracht und in das entsprechende Segment geleitet, welche der magnetischen Kraft in dem Segment zumindest lokal entgegenwirkt. Durch ein axial asymmetrisches Einwirken der Stellkraft auf ein Segment wird diesem eine Krümmung aufgezwungen. It has proved to be practical that at least one of the adjusting means is a pressure-elastic cable pull and / or a pressure-resistant push rod. According to the invention, other, in particular mechanical, adjusting means, which counteract the force of the magnetic guide disks, are not excluded. The force of the magnetic guide disks acts like a passive rear-part device. Upon actuation of the at least one actuating means, a force is actively applied and directed into the corresponding segment, which at least locally counteracts the magnetic force in the segment. By an axially asymmetric action of the force on a segment this is forced a curvature.
Vorteilhaft ist es weiterhin auch, dass jede der Führungsscheiben zumindest ein Loch aufweist, durch welches die Stellmittel des Arbeitsmechanismus geführt sind. Die Stellmittel und die Führungsscheiben sind relativ zueinander beweglich. Ebenso ist es vorteilhaft, dass wenigstens eines der Begrenzungselemente zumindest ein Loch aufweist, durch welches ein Stellmittel wenigstens eines anderen Begrenzungselementes geführt ist. Weiterhin hat es sich als praktisch erwiesen, dass die Stellmittel und/oder Röhrchen nicht ferromagnetisch sind. Als besonders günstig erwiesen hat es sich, dass die Röhrchen aus einem superelastischen Werkstoff, insbesondere aus einer Nickel-Titan-Legierung, hergestellt sind. Mittels eines superelastischen Werkstoffes, welcher ein pseudoelastisches Verhalten zeigt, kann zusätzlich zur gewöhnlichen elastischen Verformung eine durch äußere Krafteinwirkung verursachte reversible Formänderung erreicht werden, welche die Elastizität konventioneller Metalle bis zum Zwanzigfachen übertrifft. Dies ermöglicht eine sehr präzise Positionierung des Arbeitsmechanismus in dem Arbeitsraum. Das Material kehrt beim Entlasten durch seine innere Spannung wieder in seine Ursprungsform zurück. It is also advantageous that each of the guide discs has at least one hole through which the adjusting means of the working mechanism are guided. The adjusting means and the guide discs are movable relative to each other. Likewise, it is advantageous that at least one of the limiting elements has at least one hole through which a Adjusting means is guided at least one other limiting element. Furthermore, it has proven to be practical that the actuating means and / or tubes are not ferromagnetic. It has proved to be particularly favorable that the tubes are made of a super-elastic material, in particular of a nickel-titanium alloy. By means of a superelastic material, which shows a pseudoelastic behavior, in addition to the usual elastic deformation caused by external force reversible change in shape can be achieved, which exceeds the elasticity of conventional metals up to twenty times. This allows a very precise positioning of the working mechanism in the workspace. The material returns to its original form when relieved by its internal tension.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die in einem Segment angeordneten magnetischen Führungsscheiben alternierend mit gegenläufiger Polarität ausgerichtet sind. Durch diese Ausrichtung der Führungsscheiben, bei der gleichnamige Pole einander zugewandt sind, wird erreicht, dass sich die Führungsscheiben gegenseitig abstoßen. Als Stellmittel in einem solchen Segment ist vorzugsweise ein Seilzug vorgesehen. Die According to one embodiment, it is provided that the magnetic guide disks arranged in a segment are aligned alternately with opposite polarity. As a result of this alignment of the guide disks, in which poles of the same name face one another, it is achieved that the guide disks repel each other. As actuating means in such a segment, a cable is preferably provided. The
Führungselemente sind so ausgerichtet, dass ihre gleichlautenden Pole stets aufeinander zu weisen. Guide elements are aligned so that their identical poles always face each other.
Gemäß einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform ist vorgesehen, dass alle in einem Segment angeordneten magnetischen Führungsscheiben mit gleichläufiger Polarität ausgerichtet sind. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Führungsscheiben gegenseitig anziehen. Als Stellmittel in einem solchen Segment ist vorzugsweise ein druckfester Stab vorgesehen. According to an alternative or additional embodiment, it is provided that all arranged in a segment magnetic guide plates are aligned with the same polarity. This ensures that the guide discs attract each other. As a control agent in such a segment, a pressure-resistant rod is preferably provided.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die magnetischen In a preferred embodiment, it is provided that the magnetic
Führungsscheiben aus an dem Röhrchen gelagerten Trägern und in den Trägern Guiding discs made of carriers mounted on the tube and in the carriers
angeordneten Permanentmagneten bestehen. Die Träger bestehen vorzugsweise aus einem sich vom Werkstoff der Röhrchen unterscheidenden Material, welches vorzugsweise ein Kunststoff ist. arranged permanent magnets consist. The carriers are preferably made of a different material from the tube material, which is preferably a plastic.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Arbeitsmechanismus umfassend zwei Segmente; The invention allows for various embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in Fig. 1 is a schematic sectional view of a working mechanism according to the invention comprising two segments;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des in Figur 1 gezeigten Arbeitsmechanismus mit Führungsscheiben und beiden Segmenten in komprimierter Funktionsstellung; Figure 2 is a schematic representation of the working mechanism shown in Figure 1 with guide discs and two segments in compressed functional position.
Fig. 3 eine schematische Darstellung des in Figur 1 gezeigten Arbeitsmechanismus mit Führungsscheiben und einem Segment in expandierter Funktionsstellung; FIG. 3 shows a schematic illustration of the working mechanism shown in FIG. 1 with guide disks and a segment in expanded functional position; FIG.
Fig. 4 eine schematische, vergrößerte Darstellung eines Ausschnittes des in Figur 3 gezeigten Segmentes in expandierter Funktionsstellung; 4 shows a schematic, enlarged representation of a detail of the segment shown in FIG. 3 in the expanded functional position;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Arbeitsmechanismus umfassend drei Fig. 5 is a schematic representation of a working mechanism comprising three
Segmente in vollständig expandierter Funktionsstellung;  Segments in fully expanded functional position;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines ersten Schrittes der Benutzung des Fig. 6 is a schematic representation of a first step of using the
Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;  Working mechanism on an application example;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines zweiten Schrittes der Benutzung des Fig. 7 is a schematic representation of a second step of using the
Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;  Working mechanism on an application example;
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines dritten Schrittes der Benutzung des Fig. 8 is a schematic representation of a third step of the use of
Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;  Working mechanism on an application example;
Fig. 9 eine schematische Darstellung eines vierten Schrittes der Benutzung des 9 is a schematic representation of a fourth step of using the
Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;  Working mechanism on an application example;
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines fünften Schrittes der Benutzung des 10 is a schematic representation of a fifth step of using the
Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel;  Working mechanism on an application example;
Fig. 11 eine schematische Darstellung eines sechsten Schrittes der Benutzung des Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel; Fig. 11 is a schematic representation of a sixth step of using the working mechanism on an application example;
Fig. 12 eine schematische Darstellung eines siebten Schrittes der Benutzung des Fig. 12 is a schematic representation of a seventh step of using the
Arbeitsmechanismus an einem Anwendungsbeispiel. Die Figuren 1 bis 4 zeigen zur Erläuterung des Aufbaus und dessen Funktionsweise einen erfindungsgemäßen Arbeitsmechanismus 1. Figur 1 zeigt, dass der auch als Manipulator bezeichnete Arbeitsmechanismus 1 aus zwei in einer räumlichen Abfolge angeordneten Segmenten 2, 12 und einem durchgängigen Rückgrat aus konzentrisch angeordneten und zueinander beweglichen Röhrchen 3 besteht. Die Röhrchen 3 sind nicht vorgekrümmt, jedoch hochgradig elastisch, vorzugsweise superelastisch. Weiterhin hat der Working mechanism on an application example. FIG. 1 shows that the working mechanism 1, which is also referred to as a manipulator, consists of two segments 2, 12 arranged in a spatial sequence and a continuous backbone made of concentric and mutually arranged parts movable tube 3 consists. The tubes 3 are not pre-curved, but highly elastic, preferably superelastic. Furthermore, the
Arbeitsmechanismus 1 mehrere Begrenzungselemente 4. An einem einem Endeffektor 5 des Arbeitsmechanismus 1 zugewandten Endabschnitt 6 eines jeden der Röhrchen 3 ist ein Begrenzungselement 4 angeordnet und fest mit dem jeweiligen Röhrchen 3 verbunden. Ein Segment 2, 12 wird durch zwei benachbarte Begrenzungselemente 4 begrenzt. Der Working mechanism 1 a plurality of limiting elements 4. At a end effector 5 of the working mechanism 1 facing end portion 6 of each of the tubes 3, a limiting element 4 is arranged and fixedly connected to the respective tube 3. A segment 2, 12 is bounded by two adjacent boundary elements 4. Of the
Arbeitsmechanismus 1 umfasst auch mehrere Stellmittel 7, wobei jedem der Röhrchen 3 wenigstens ein Stellmittel 7 zugeordnet ist, welches jeweils fest mit dessen Working mechanism 1 also comprises a plurality of adjusting means 7, wherein each of the tubes 3 is associated with at least one adjusting means 7, each fixed to the
Begrenzungselement 4 verbunden und relativ zu den Begrenzungselementen 4 der anderen Röhrchen 3 beweglich ist. Die Figuren 2 und 3 zeigen ergänzend, dass der Limiting element 4 is connected and movable relative to the limiting elements 4 of the other tube 3. Figures 2 and 3 show in addition that the
Arbeitsmechanismus 1 weiterhin eine Vielzahl von magnetischen Führungsscheiben 8 als Rückstellmittel 18 umfasst, wobei zwischen zwei benachbarten Begrenzungselementen 4 stets mehrere magnetische Führungsscheiben 8 angeordnet sind. Durch eine auf das Röhrchen 3 des ersten Segmentes 2 wirkende Kraft 9 ist das erste Segment 2 in einer komprimierten Funktionsstellung gehalten. Der Arbeitsmechanismus 1 ist vollständig komprimiert. Das erste oder vorderste Segment 2 ist jenes, welches dem Endeffektor 5 am nächsten ist. In Figur 3 ist das Röhrchen 3 des ersten Segmentes 2 in eine der Kraft 9 entgegengesetzte Richtung bewegt 10. Das erste Segment 2 befindet sich nun in einer expandierten Funktionsstellung. Dabei verteilen sich die Führungsscheiben 8 des ersten Segmentes 2 gleichmäßig zwischen den Begrenzungselementen 4. Da die Stellmittel 7 dem Röhrchen 3 mit einer Bewegung 10 im gleichen Maß folgen, wird das erste Segment 2 nicht gekrümmt. Die gleichmäßige Verteilung der Führungsscheiben 8 wird durch eine besondere Ausrichtung der magnetischen Führungsscheiben 8 erreicht. Der von einer gestrichelten Linie 16 umrandete Abschnitt des Arbeitsmechanismus 1 ist vergrößert in Figur 4 dargestellt. Dieser verdeutlicht, dass die Führungsscheiben 8 alternierend mit gegenläufiger Polarität ausgerichtet sind, beispielsweise gleichlautende Pole einander zugewandt sind und sich die Führungsscheiben 8 somit gegenseitig abstoßen. Bei benachbarten Führungsscheiben 8 sind alternierend jeweils die Südpole S oder die Nordpole N einander zugewandt. Da sich die Führungsscheiben 8 untereinander mit der gleichen Kraft 1 1 abstoßen, verteilen sie sich gleichmäßig über die gesamte Segmentlänge, was eine gleichmäßige Krümmung ermöglicht. Die Figuren 5 bis 12 zeigen anhand eines Arbeitsmechanismus 1 mit drei Segmenten 2, 12, 17 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Arbeitsmechanismus 1. Dabei ist in Figur 5 der Arbeitsmechanismus 1 in einer vollständig expandierten Funktionsstellung dargestellt. Die vollständig expandierte Funktionsstellung wird durch die Bewegung 10 der Röhrchen 3 erreicht. Zur Erleichterung des Verständnisses der folgenden Beschreibung des Anwendungsbeispieles werden die Segmente 2, 12, 17 hinsichtlich ihrer relativen Position in Bezug auf den Endeffektor 5 unterschieden. Dem Endeffektor 5 am nächsten ist das erste Segment 2. Mit zunehmender Entfernung vom Endeffektor 5 folgen erst das zweite Segment 12 und dann das dritte Segment 17. Working mechanism 1 further comprises a plurality of magnetic guide discs 8 as return means 18, wherein between two adjacent limiting elements 4 always more magnetic guide discs 8 are arranged. By acting on the tube 3 of the first segment 2 force 9, the first segment 2 is held in a compressed functional position. The working mechanism 1 is completely compressed. The first or foremost segment 2 is that which is closest to the end effector 5. In FIG. 3, the tube 3 of the first segment 2 is moved in a direction opposite to the force 9. The first segment 2 is now in an expanded functional position. In this case, the guide discs 8 of the first segment 2 are evenly distributed between the limiting elements 4. Since the adjusting means 7 follow the tube 3 with a movement 10 to the same extent, the first segment 2 is not curved. The uniform distribution of the guide discs 8 is achieved by a special orientation of the magnetic guide discs 8. The section of the working mechanism 1 framed by a dashed line 16 is shown enlarged in FIG. This illustrates that the guide discs 8 are aligned alternately with opposite polarity, for example, identical poles are facing each other and the guide discs 8 thus repel each other. In adjacent guide disks 8, the south poles S or the north poles N are alternately facing each other. Since the guide discs 8 repel each other with the same force 1 1, they distribute evenly over the entire segment length, which allows a uniform curvature. FIGS. 5 to 12 show, by means of a working mechanism 1 with three segments 2, 12, 17, an example of application of the working mechanism 1 according to the invention. In FIG. 5, the working mechanism 1 is shown in a fully expanded functional position. The fully expanded functional position is achieved by the movement 10 of the tube 3. To facilitate the understanding of the following description of the application example, the segments 2, 12, 17 are distinguished with respect to their relative position with respect to the end effector 5. The first segment 2 is closest to the end effector 5. As the distance from the end effector 5 increases, only the second segment 12 and then the third segment 17 follow.
Die Figuren 6 bis 12 zeigen ein Arbeitsgebiet 13, durch den der Arbeitsmechanismus 1 bewegt wird. Zu Beginn befindet sich der Arbeitsmechanismus 1 in dem vollständig komprimierten Funktionszustand. Der Arbeitsmechanismus 1 wird horizontal in den Figures 6 to 12 show a working area 13, by which the working mechanism 1 is moved. Initially, the working mechanism 1 is in the fully compressed functional state. The working mechanism 1 is horizontal in the
Arbeitsbereich 13 eingeführt (Figur 6). Dann wird das dritte Segment 17 verlängert, bis der Endeffektor 5 fast das Hindernis 14 berührt (Figur 7). Dann wird das zweite Segment 12 expandiert und gleichzeitig durch eine Betätigung des entsprechenden Stellmittels 7 gekrümmt, wobei das dritte Segment 17 unverändert bleibt (Figur 8). Daraufhin wird der Arbeitsmechanismus 1 weiter in den Arbeitsraum 13 hinein bewegt. Dabei wird das zweite Segment 17 weiter expandiert und gekrümmt, bis es schließlich eine vertikale Position erreicht (Figur 9). Nun wird das dritte Segment 17 weiter expandiert und gekrümmt. Bei dem zweiten Segment 12 wird die Krümmungsrichtung geändert, damit das erste Segment 2 mit dem Endeffektor 5 über das Hindernis 14 bewegt wird (Figur 10). Schließlich erreicht das dritte Segment 17 seinen Endzustand. Das zweite Segment 12 wird weiter verlängert und gleichzeitig gekrümmt, um den Zwischenraum 15 zwischen den beiden Hindernissen 14 zu erreichen, ohne eines der Hindernisse 14 zu berühren. Dann erreicht auch das zweiteWork area 13 introduced (Figure 6). Then, the third segment 17 is extended until the end effector 5 almost touches the obstacle 14 (Figure 7). Then, the second segment 12 is expanded and at the same time curved by an actuation of the corresponding actuating means 7, wherein the third segment 17 remains unchanged (Figure 8). Then, the working mechanism 1 is moved further into the working space 13. In this case, the second segment 17 is further expanded and curved until it finally reaches a vertical position (Figure 9). Now, the third segment 17 is further expanded and curved. In the second segment 12, the direction of curvature is changed so that the first segment 2 is moved with the end effector 5 over the obstacle 14 (FIG. 10). Finally, the third segment 17 reaches its final state. The second segment 12 is further extended and curved at the same time to reach the gap 15 between the two obstacles 14 without touching any of the obstacles 14. Then reach the second
Segment 12 seinen Endzustand (Figur 1 1). Schließlich wird das erste Segment 2 verlängert und gekrümmt, bis der Endeffektor 5 ohne Beschädigung jeglicher Hindernisse sein Ziel erreicht (Figur 12). Segment 12 its final state (Figure 1 1). Finally, the first segment 2 is elongated and curved until the end effector 5 reaches its target without damaging any obstacles (Figure 12).

Claims

PATE N TAN SP RÜ C H E PATE N TAN SP RU CHE
1. Kontinuierlicher oder quasikontinuierlicher Arbeitsmechanismus (1), wobei der 1. Continuous or quasi-continuous working mechanism (1), wherein the
Arbeitsmechanismus (1) ein durchgängiges Rückgrat aus konzentrisch angeordneten und zueinander beweglichen Röhrchen (3) aufweist, wobei jedem der Röhrchen (3) wenigstens ein Stellmittel (7) zugeordnet ist und an einem Endabschnitt (6) eines jeden der Röhrchen (3) ein Begrenzungselement (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Working mechanism (1) has a continuous backbone of concentrically arranged and mutually movable tube (3), wherein each of the tubes (3) at least one adjusting means (7) is associated and at one end portion (6) of each of the tubes (3) has a limiting element (4), characterized in that the
Arbeitsmechanismus (1) eine räumliche Abfolge von flexiblen Segmenten (2, 12, 17) aufweist, wobei jedes der Segmente (2, 12, 17) durch zwei benachbarte Working mechanism (1) has a spatial sequence of flexible segments (2, 12, 17), wherein each of the segments (2, 12, 17) by two adjacent
Begrenzungselemente (4) begrenzt ist und ein Rückstellmittel (18) umfasst, welches zwischen zwei benachbarten Begrenzungselementen (4) angeordnet ist und auf diese einwirkt. Limiting elements (4) is limited and comprises a return means (18) which is arranged between two adjacent limiting elements (4) and acts on these.
2. Arbeitsmechanismus (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellmittel (18) wenigstens einen federelastischen Körper und/oder mehrere 2. Working mechanism (1) according to claim 1, characterized in that the return means (18) at least one resilient body and / or more
magnetische Führungsscheiben (8) umfasst. magnetic guide discs (8).
3. Arbeitsmechanismus (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die 3. working mechanism (1) according to claim 2, characterized in that the
Führungsscheiben (8) torusartig ausgebildet und auf dem Rückgrat in axialer Richtung, begrenzt durch zwei benachbarte Begrenzungselemente (4), frei verschieblich sind. Guide discs (8) formed like a torus and on the spine in the axial direction, bounded by two adjacent boundary elements (4), are freely displaceable.
4. Arbeitsmechanismus (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch 4. working mechanism (1) according to one of claims 2 or 3, characterized
gekennzeichnet, dass die Führungsscheiben (8) permanentmagnetisch ausgeführt sind oder aus an dem Röhrchen (3) gelagerten Trägern und an den Trägern befestigten in that the guide discs (8) are made permanently magnetic or are mounted on the tube (3) mounted carriers and on the carriers
Permanentmagneten bestehen. Permanent magnets exist.
5. Arbeitsmechanismus (1) nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Segment (2, 12, 17) angeordneten magnetischen Führungsscheiben (8) alternierend mit gegenläufiger Polarität ausgerichtet sind. 5. Working mechanism (1) according to at least one of claims 2 to 4, characterized in that in a segment (2, 12, 17) arranged magnetic guide discs (8) are aligned alternately with opposite polarity.
6. Arbeitsmechanismus (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Stellmittel (7) ein druckelastischer Seilzug und/oder eine drucksteife Schubstange ist. 6. Working mechanism (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the adjusting means (7) is a pressure-elastic cable and / or a pressure-resistant push rod.
7. Arbeitsmechanismus (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheiben (8) und/oder Begrenzungselemente (4) Löcher für die Stellmittel (7) aufweisen. 7. Working mechanism (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the guide discs (8) and / or limiting elements (4) have holes for the adjusting means (7).
8. Arbeitsmechanismus (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhrchen (3) aus einem superelastischen Werkstoff, insbesondere aus einer Nickel-Titan-Legierung, hergestellt sind. 8. Working mechanism (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the tubes (3) are made of a superelastic material, in particular of a nickel-titanium alloy.
9. Arbeitsmechanismus (1) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsscheiben (8) einen Durchmesser von weniger als 12 Millimeter, vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 2 und 7 Millimeter und/oder die Segmente (2, 12, 17) im expandierten Zustand jeweils eine Länge zwischen 30 und 100 Millimeter und im komprimierten Zustand eine Länge zwischen 5 und 25 Millimeter aufweisen. 9. working mechanism (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the guide discs (8) has a diameter of less than 12 millimeters, preferably a diameter between 2 and 7 millimeters and / or the segments (2, 12, 17) each have a length between 30 and 100 millimeters in the expanded state and between 5 and 25 millimeters in the compressed state.
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